آشنایی با عناصر تشکیل دهنده پردازنده های مرکزی

عناصر پردازنده ها

پردازنده مرکزی

تا حالا شده به این موضوع فکر کنید که پردازنده های رایانه شخصی اتان، از چه عناصری تشکیل شده؟ یا بر پایه ی کدام عناصر موجود در طبیعت ساخته میشوند؟….

تقریبا عموم افراد تصور میکنند که، قطعات تشکیل دهنده ی پردازنده ها و قطعات سخت افزاری کامپوتر، از عناصری چون طلا، نقره و مس تشکیل شده است، درصورتی که یکی از مهم ترین عناصر جدول تناوبی که دنیای ساخت قطعات سخت افزاری را قبضه کرده است، نادیده گرفته شده.

شاید باور کردنش کمی سخت باشه ولی واقعیت این است که تمام تراشه های گرافیکی، تراشه های نیمه هادی و میکروکنترلر ها از انبوه شن های ساحلی طراحی و تولید مشوند. شاید براتون سوال شده که چرا از شن؟ واقعیت اینه که یکی از بهترین مولفه ها و عناصر تشکیل دهنده شن، دی اکسید سیلیکون می باشد. این عنصر حدود 25 درصد از عناصر موجود در پوسته زمین را به خود اختصاص داده است و دومین عنصر شیمیایی مورد استفاده در انجام آزمایش ها، طراحی و توسعه ی مواد گوناگون میباشد.

سیلیکون

عنصر سیلیکون موجود در شن، پس از جمع آوری و استخراج، برای رسیدن به درجه ی مناسب، توسط روش هایی مورد پالایش قرار میگیرد. در آخر نیز به صورت شمش های کرستالی، در دسترس کمپانی های طراح و سازنده پردازنده های نیمه هادی و میکروکنترلر ها قرار میگیرد. اما اکنون سوال دیگری مطرح میشود که جنس پردازنده های مرکزی چیست؟…..

همانطور که میدانید پردازنده ها از تعداد زیادی ترانزیستور تشکیل می شود. اما سوال اصلی اینجاست که جنس ترانزیستور ها چیست؟ در پاسخ باید گفت که عناصر مورد استفاده در طراحی و توسعه ترانزیستور های مصرفی تراشه های نیمه هادی، در گروه چهاردهم جدول تناوبی دسته بندی میشوند. با مشاهده ی این جدول بلافاصله عنصر ژرمانیوم و سیلیکون به چشم میخورد که از مهم ترین عناصر تشکیل دهنده ی ترانزیستور ها میباشد. (البته سیلیکون بیشتر)

جدول تناوبی

تا به حال با عناصر اصلی ساخت Die ( Die سطح سیلیکونی CPU است که ترانزیستورها برروی آن قرار می گیرند) و ترانزیستور ها آشنا شدیم. اکنون نوبت به آن است که به جنس پین های اتصال دهنده پردازنده مرکزی بپردازیم. دریافت و ارسال انواع داده‌های مختلف در سخت‌افزارهایی نظیر پردازنده مرکزی که وظیفه خطیر پردازش و محاسبات اطلاعات را بر دوش می‌کشند از اهمیت بسیار بالایی برخوردار می‌باشد. ازآنجایی‌که پین‌های اتصال دهنده تنها راه ارتباطی سخت افزار نامبرده با دیگر قطعات موجود در بطن رایانه به شمار می‌روند استفاده از عنصری که علاوه بر قدرت بالا، از سرعت بالایی در انتقال یون‌های الکتریسیته نیز برخوردار باشد از دیگر فاکتورهای توسعه‌ای بسیار مهم محسوب می‌شود. فلزاتی مانند مس، طلا و نقره نسبت به فلزات دیگر، مقاومت کم تری نسبت به الکتریسیته از خود نشان میدهند. فلز نقره در مقایسه با دو فلز دیگر دارای توان بالاتری در انتقال یون‌های الکتریسیته یا به‌عبارتی‌ دیگر رسانایی می‌باشد. فلزات طلا و مس در مقایسه با یکدیگر از برتری خاصی در انتقال الکتریسیته برخوردار نبوده و در حقیقت مس خالص در برابر طلا از نسبت رسانایی بیشتری نیز برخوردار می‌باشد، اما قدرت ایستادگی بسیار پایین فلزات نقره و مس در برابر واکنش‌هایی نظیر زنگ‌زدگی، خوردگی، تغییر رنگ و … از مهم‌ترین فاکتورهای کاهش دهنده محبوبیت آن‌ها به منظور استفاده در واحدهای پردازنده مرکزی و تراشه‌های شتاب‌دهنده گرافیکی به شمار می‌روند. همان‌طور که مستحضر هستید فلز طلا در مقایسه با دیگر فلزات نامبرده از قدرت بسیار بالایی در برابر واکنش‌های شیمیایی مذکور برخوردار بوده و علاوه بر آن وجود درصد مناسب رسانایی آن را به گزینه ایده آلی جهت استفاده در رابط‌های Die و پین‌های اتصال دهنده پردازنده‌های مرکزی و گرافیکی مبدل ساخته‌اند.

ترانزیستور

در گذشته به علت تعداد پایین ترانزیستور های به کار رفته در توسعه ی پردازنده ها و همچنین نبود تکنولوژی هایی مانند اورکلاک، نیازی به وجود پوشش محافظتی IHS به منظور جلوگیری از صدمات احتمالی ناشی از دمای بالا، نبود. در پردازنده های امروزی از میلیون ها ترانزیستور استفاده میشود که سیستم را با پالش گرما ی زیاد مواجه میکند، گرمایی که توانایی ذوب واحد های پردازشی را تنها پند ثانیه پس از آغاز به کار کردن دارا میباشد. پس ب توجه به این تفاسیر، روش خنک کردن پردازنده ها از اساسی ترین موضوعاتی است که در پروسه طراحی و ساخت باید مورد توجه باشد. IHS یا پخش کننده گرمای داخلی، اولین مانع برای جلوگیری از افزایش دمای واحد های پردازشی و همپنین در مصون‌سازی سخت‌افزار در مقابل دست‌کاری و آسیب‌های فیزیکی میباشد. موضوع مورد اهمیت در این جا، جنس این پوشش های محافظتی است.

باید از فلزی استفاده شود که خاصیت انقال دمای خوبی داشته باشد، فلز نقره سرامد این ویژگی در بین فلزات است و بعد از آن فلز مس جایگاه دوم را دارد. همانطور که متوجه شدیم فلز نقره، بهترین گزینه برای استفاده در سیتم های خنک سازی است. البته فلز مس نیز خاصیت انتقال حرارت نزدیکی با نقره دارد که با توجه به قیمت پایین تری که دارد میتواند گزینه ایده آلی باشد.

اما این آخرین فلز استفاده شده در این فرآیند نیست، وجود یک لایه نیکل به منظور جلوگیری از مشکلاتی نظیر زنگ‌زدگی، خوردگی و … در طراحی سیستم‌های خنک‌سازی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار می‌باشد. علاوه بر آن واکنش های شیمیایی بین فلزات مختلف نظیر واکنش‌های گالوانی موجود بین آلومینیوم (هیت سینک سیستم خنک‌سازی) و مس (سطح IHS) وجود لایه نازکی نیکل بین فلزات نامبرده را کاملاً توجیه می‌کند. رنگ سفید لایه ی بیرونی پردازنده های مرکزی، به علت وجود فلز نیکل است. اگر با سمباده این سطح را خراش دهید، لایه ی نیکل از بین رفته و فلز مس پخش کننده ی گرما قابل مشاهده است.

0 دیدگاه

برای نوشتن دیدگاه ، باید وارد حساب کاربری خود شوید.

قوانین و مقررات ارسال دیدگاه در "به اضافه" را مطالعه کرده و آنها را می‌پذیرم.


نمایش دیدگاه ها
هیچ دیدگاهی وجود ندارد!