TÌM HIỂU CẤU TẠO MÁY TÍNH ĐIỆN TỬ

Tiêu đề: Phần cứng máy tính 2009-11-09, 23:42

Đặc điểm:Bố trí tản nhiệt bằng ống dẫn nhiệt cầu nam-cầu bắc-transistor
Có 3 khe PCI Express X16 cho các bo mạch đồ hoạ hoạt động ở chế độ Crossfire

Thuật ngữ Bo mạch chủ thường dùng nhiều nhất trong ngành công nghiệp máy tính nói chung như một từ rành riêng mặc dù có rất nhiều thiết bị khác cũng có thể bản mạch chính được gọi là "bo mạch chủ". Bài viết này nói đến Bo mạch chủ trong các máy tính nói chung mà trú trọng nhiều hơn là của máy tính cá nhân.

Bo mạch chủ của máy tính trong tiếng Anh là motherboard hay mainboard và thường được nhiều người gọi tắt là: mobo, main.

Mục lục:
1 Cách thiết bị thường có mặt trên bo mạch chủ
1.1 Kết nối với bo mạch chủ
1.2 Thiết bị khác liên quan
2 Cấu trúc bo mạch chủ
2.1 Cấu trúc sử dụng CPU của hãng Intel
2.2 Cấu trúc sử dụng CPU của hãng AMD
3 Cấu tạo bản mạch in của bo mạch chủ
4 Tản nhiệt trên bo mạch chủ
5 Thiết kế riêng của các nhà sản xuất phần cứng
6 Các chuẩn bo mạch chủ thông dụng đến năm 2007
6.1 Chuẩn ATX
6.2 Chuẩn BTX
7 Các chuẩn kích thước của bo mạch chủ
7.1 Các chuẩn cổ điển trước đây
7.2 Các chuẩn hiện tại
7.3 Kích thước không theo chuẩn
8 Kết nối thông thường
9 Tài liệu tham khảo
............................

_Trong các thiết bị điện tử Bo mạch chủ là một bản mạch đóng vai trò là trung gian giao tiếp giữa các thiết bị với nhau. Một cách tổng quát, nó là mạch điện chính của một hệ thống hay thiết bị điện tử. Có rất nhiều các thiết bị gắn trên bo mạch chủ theo cách trực tiếp có mặt trên nó, thông qua các kết nối cắm vào hoặc dây dẫn liên kết, phần này trình bày sơ lược về các thiết bị đó, chi tiết về các thiết bị xin xem theo các liên kết đến bài viết cụ thể về chúng.
Chipset cầu bắc cùng với chipset cầu nam sẽ quyết định sự tương thích của bo mạch chủ đối với các CPU
Chipset cầu nam:
BIOS: Thiết bị vào/ra cơ sở, rất quan trọng trong mỗi bo mạch chủ, chúng có thể được thiết đặt các thông số làm việc của hệ thống. BIOS có thể được liên kết hàn dán trực tiếp vào bo mạch chủ hoặc có thể được cắm trên một đế cắm để có thể tháo rời.
Các linh kiện, thiết bị khác: Hầu hết còn lại là linh kiện điện tử
(giống như các linh kiện điện tử trong các bo mạch điện tử thông thường
.....................
-Nguồn máy tính: Không thể thiếu trong hệ thống, nguồn máy tính cung cấp năng lượng cho hệ thống và các thiết bị ngoại vi hoạt động.
CPU: Thường được cắm vào bo mạch chủ thông qua các đế cắm (socket) riêng biệt tuỳ theo từng loại CPU (dùng từ "cắm" chỉ là tương đối bởi các đế cắm hiện nay sử dụng tiếp xúc)
-RAM: Rất quan trọng trong hệ thống máy tính, RAM được cắm trên bo mạch chủ thông qua các khe cắm riêng cho từng thể loại.
-Bo mạch đồ hoạ: Sử dụng tăng tốc đồ hoạ máy tính, một số bo mạch chủ có thể không sử dụng đến bo mạch đồ hoạ bởi chúng được tích hợp sẵn trên bo mạch chủ.
-Bo mạch âm thanh: Mở rộng các tính năng âm thanh trên máy tính, một số bo mạch chủ đã được tích hợp sẵn bo mạch âm thanh.
-Ổ cứng: Không thể thiếu trong hệ thống máy tính cá nhân. Một số máy tính tuân theo chuẩn PC nhưng sử dụng trong công nghiệp có thể không sử dụng đến ổ cứng truyền thống, chúng được sử dụng các loại ổ flash.
-Ổ CD, ổ DVD: -Các ổ đĩa quang.
-Ổ đĩa mềm: Hiện nay các máy tính cá nhân thường không cần thiết đến chúng, tuy nhiên trong một số hệ thống cũ ổ đĩa mềm vẫn tồn tại thường dùng để sao lưu hay nâng cấp BIOS.
-Màn hình máy tính: Phục vụ giao tiếp giữa máy tính với người sử dụng.
-Bàn phím máy tính: Sử dụng nhập dữ liệu và làm việc với máy tính.
-Chuột (máy tính): Phục vụ điều khiển và làm việc với máy tính.
Bo mạch mạng: Sử dụng kết nối với mạng. Bo mạch mạng có thể được tích hợp sẵn trên bo mạch chủ hoặc được cắm vào các khe PCI hoặc ISA (với các hệ thống máy tính cũ trước kia).
-Modem: Sử dụng kết nối với Internet hoặc một máy tính từ xa.
-Loa máy tính: Xuất âm thanh ra loa máy tính; Thiết bị này kết nối trực tiếp với các bo mạch chủ được tích hợp bo mạch âm thanh trên nó. Trong trường hợp khác nó kết nối thông qua giao tiếp -USB hoặc bo mạch âm thanh rời.
Webcam: Sử dụng cho tán ngẫu trực tuyến, hội họp trực tuyến...
-Máy in: Dùng trích xuất văn bản, hình ảnh ra giấy.
-Máy quét: Sử dụng số hoá các bức ảnh hoặc văn bản


_Vỏ máy tính là thiết bị mà bo mạch chủ cần lắp đặt trong nó cùng với các thiết bị khác (ở trên) cấu thành nên một máy tính hoàn chỉnh. Tuy nhiên đôi khi một số overlocker có thể không cần sử dụng đến thiết bị này nhằm tạo ra hệ thống máy tính dể dàng cho việc tháo lắp, thay đổi và thuận tiện cho việc làm mát các thiết bị của họ

Cấu trúc bo mạch chủ sơ lược giải nghĩa như sau:
CPU kết nối với Chipset cầu bắc (North Bridge), tại đây chipset cầu bắc giao tiếp với RAM và bo mạch đồ hoạ. Nói chung, cấu trúc máy tính cá nhân dùng bộ xử lý Intel đến thời điểm năm 2007 CPU sử dụng RAM thông qua chipset cầu bắc. Chipset cầu bắc được nối với chipset cầu nam thông qua bus nội bộ. Do tính chất làm việc "nặng nhọc" của chipset cầu bắc nên chúng thường toả nhiều nhiệt, bo mạch chủ thường có các tản nhiệt cho chúng bằng các hình thức khác nhau.
Chipset cầu nam nối với các bộ phận còn lại, bao gồm các thiết bị có tính năng nhập/xuất (I/O) của máy tính bao gồm: các khe mở rộng bằng bus PCI, ổ cứng, ổ quang, USB, Ethernet

_Về cơ bản, cấu trúc bo mạch chủ sử dụng CPU của hãng AMD giống như cấu trúc của bo mạch chủ sử dụng CPU của hãng Intel. AMD cũng như nhiều hãng khác đều chưa đưa ra định hướng riêng của mình mà phải theo cấu trúc của Intel bởi sự phát triển của máy tính cá nhân ngay từ thời điểm sơ khai đã phát triển theo cấu trúc nền tảng của các hãng IBM - Intel.
Phần này chỉ nói ra những sự khác biệt nhỏ trong cấu trúc bo mạch chủ sử dụng CPU của AMD so với bo mạch chủ sử dụng CPU của hãng Intel: về một số cấu trúc bo mạch chủ cho bộ xử lý AMD có thể cho phép CPU giao tiếp trực tiếp với RAM mà điều này cải thiện đáng kể sự "thắt cổ chai" thường thấy ở cấu trúc bo mạch chủ sử dụng CPU của hãng Intel.


Cấu trúc một bo mạch chủ tiêu biểu sử dụng CPU của hãng AMD. Điểm khác biệt ở đây là CPU được nối thẳng tới RAM không thông qua Chipset cầu bắc
Cấu tạo bản mạch in của bo mạch chủ

Hệ thống theo chuẩn BTX

_Bản mạch in của bo mạch chủ có cấu tạo khác biệt một chút so với các bản mạch in của các thiết bị điện tử thường thấy khác. Đa số các bản mạch in ở các mạch điện đơn giản đều có cấu tạo hai mặt (mặt trước và mặt sau) để chứa các đường dẫn trên nó. Do có rất nhiều các đường dẫn hoạt động với tần số khác nhau nên (theo quy tắc chung) bản mạch phải được thiết kế với các đường dẫn không gây nhiễu sang nhau, đây là một điểm khác biệt khiến việc thiết kế bản mạch của bo mạch chủ khác với các bo mạch thông thường.

_Ở bo mạch chủ, do chứa nhiều linh kiện với các đường dẫn lớn nên chúng được thiết kế từ 3 đến 5 lớp (thậm trí nhiều hơn): Ngoài hai lớp mặt trước và mặt sau thì ở giữa của bo mạch cũng có các đường dẫn.

_Ngoài tác dụng để cắm và dán các linh kiện trên bề mặt nó, bo mạch chủ còn được thiết kế để truyền một phần nhiệt từ các thiết bị toả nhiệt trên nó và truyền nhiệt ra một diện tích rộng để được làm mát bằng không khí. ASUS là một hãng phần cứng của Đài Loan thường rất thành công trong việc thiết kế tản nhiệt ra bản mạch của bo mạch chủ.

Do có nhiều linh kiện có thể phát nhiệt tại trực tiếp hoặc được cắm, gắn trên bo mạch chủ nên vấn đế tản nhiệt rất được coi trọng trong thiết kế.
Phương thức tản nhiệt thường thấy trên bo mạch chủ bao gồm:

_Sử dụng các tấm, phiến tản nhiệt bằng nhôm hoặc đồng độc lập với cách truyền nhiệt tự nhiên ra môi trường xung quanh hoặc tận dụng luồng gió từ quạt CPU thổi ra.
Sử dụng quạt tạo sự tản nhiệt cưỡng bức, tuy nhiên cách dùng quạt hiện nay dần ít được dùng bởi sự rủi ro có thể xảy đến khi bo mạch chủ được sử dụng sau vài năm và quạt có thể bị hư hỏng dẫn đến thiết bị được tản nhiệt bằng quạt này sẽ bị hư hỏng.
_Sử dụng công nghệ ống truyền nhiệt để liên kết các cụm chi tiết cần tản nhiệt với nhau. Các cụm được gắn kết với nhau thường là: Chipset cầu bắc-Chipset cầu nam-Transistor điều tiết điện năng cho CPU và bo mạch chủ.
_Cho phép sự tản nhiệt bằng nước với các hệ thống tản nhiệt nước gắn ngoài bằng cách thiết kế các đầu cắm ống nước chờ sẵn.

_Chipset cầu bắc là thiết bị mà bất kỳ bo mạch chủ nào cũng phải tản nhiệt cho nó bởi sự phát nhiệt lớn tỏa ra bởi chúng là cầu nối quan trọng của hệ thống và làm việc liên tục. Nhiều bo mạch chủ tích hợp sẵn bo mạch đồ hoạ trong chipset cầu bắc khiến chúng càng toả nhiệt nhiều hơn.
Chipset cầu nam mới được coi trọng sự tản nhiệt trong thời gian gần đây (trước đây chúng thường được để trần mà không được gắn bất kỳ một tấm tản nhiệt nào) bởi các tính năng và thiết năng mở rộng có thể làm nó hoạt động mạnh hơn và phát nhiệt nhiều hơn.
Các transistor trường cho phần điều chế nguồn của bo mạch chủ và CPU:
Nhiều bo mạch chủ thiết kế áp mặt lưng của các transistor này xuống trực tiếp bo mạch để tản nhiệt ra bo mạch, một số bo mạch chủ thiết kế các tấm phiến tản nhiệt riêng, số ít các bo mạch chủ cao cấp thiết kế ống truyền nhiệt liên kết chúng với các thiết bị tản nhiệt khác

_+Các nhà sản xuất phần cứng luôn tạo ra các sự thay đổi trong thiết kế cấu trúc của bo mạch chủ nên mỗi hãng khác nhau sẽ tạo ra một sự thay đổi nào đó so với các kiến trúc thông thường để hướng sự _chú ý của khách hàng. Chính điều đó đã thúc đẩy công nghệ phát triển, tạo ra sự phát triển không ngừng.

Sự thay đổi thiết kế có thể kể đến:
_Tăng số khe cắm PCI-Express X16 lên 3-4 khe để có thể hoạt động với đồng thời 2-4 bo mạch đồ hoạ hỗ trợ công nghệ CrossFire.
_Tạo ra những phương thức tản nhiệt hiệu quả.
Cho phép ép xung của hệ thống.
_Thay đổi các loại linh kiện truyền thống bằng các linh kiện tốt hơn, bền hơn và chịu đựng được nhiệt độ cao hơn: Ví dụ: Việc sử dụng các tụ rắn thay cho tụ hoá thông thường.


ATX là chuẩn bo mạch chủ thông dụng nhất hiện nay, chúng được phát triển có chọn lọc trên nền các chuẩn cũ (Baby-AT và LPX) với sự thay đổi của thiết kế và liên quan nhiều đến việc thay đổi đầu nối nguồn với nguồn máy tính, tính năng quản lý điện năng thông minh và sự thay đổi nút khởi động một phiên làm việc. Một thay đổi khác là sự tập hợp các cổng kết nối vào/ra về phía sau của hệ thống máy tính cá nhân (bao gồm các khe cắm mở rộng ở phía dưới và cụm cổng vào/ra ở phía trên (I/O connector panel) đối với vỏ máy tính kiểu đứng).
Hình minh hoạ đầu tiên của bài viết này là một bo mạch chủ theo chuẩn ATX.

_Đầu nối nguồn cho bo mạch chủ theo chuẩn ATX bao gồm hai loại đầu: 20 chân và 24 chân.
Hình phần trên: Đầu nối 24 chân cung cấp điện năng cho bo mạch chủ;
hình dưới: Đầu nối vào bo mạch chủ cung cấp nguồn +12V cho CPU
Theo sự quy ước (như hình) thì các đầu nối 20 chân chỉ khác biệt 4 chân dưới cùng. Nếu bỏ các chân 11, 12, 23, 24 (theo quy ước như hình) thì đầu nối 24 chân trở thành đầu nối 20 chân. Chính vì điều này mà một số nguồn máy tính đã thiết kế loại đầu cắm 20+4 chân phù hợp cho cả hai loại bo mạch chủ.

_Nút power ở các chuẩn cũ thuộc thể loại "công tắc", chúng có nguyên lý hoạt động giống như các công tắc bật đèn thông thường trong dân dụng (đây là điều tạo lên sự dễ phân biệt các chuẩn ATX và chuẩn cũ). Theo chuẩn ATX thì nút "Power" trên vỏ máy tính là một nút nhấn "mềm" (chúng tự đàn hồi về trạng thái 0 sau khi bấm), nút này có thể được lựa chọn tuỳ biến thành các chức năng khác nhau khi máy tính đã khởi động vào hệ điều hành (Ví dụ có thể trở thành một trong các nút: Stand by, Hibernate, Shutdown

BTX là một chuẩn mới xuất hiện và thường chỉ dùng cho các hệ thống máy tính cá nhân cao cấp, điểm đặc biệt của bo mạch chủ theo chuẩn này là sự sắp xếp lại vị trí của các thiết bị trên bo mạch chủ nhằm tạo ra sự lưu thông không khí tối ưu trong thùng máy.
CPU được chuyển gần ra phía trước của thùng máy cùng với quạt tản nhiệt
CPU thiết kế kiểu thổi ngang (song song với bo mạch chủ) sẽ lấy gió từ phía mặt trước của vỏ máy (được thiết kế bắt buộc các lưới thoáng).
Cách thiết kế này cải tiến so với chuẩn ATX bởi CPU theo chuẩn ATX có thể sử dụng luồng gió luẩn quẩn nếu không được thiết kế thông thoáng và định hướng gió hợp lý hoặc sử dụng vỏ máy tính theo chuẩn 38°.
_Luồng gió đầu vào sau khi làm mát CPU có thể tiếp tục làm mát bo mạch đồ hoạ, một phần thoát ra phía sau theo quạt thông gió của vỏ máy tính phía sau, một phần qua RAM để thoát ra ngoài thông qua nguồn máy tính.
Kết nối nguồn của chuẩn BTX không có khác biệt so với của chuẩn ATX 24 chân.
BTX hiện nay chưa trở thành thông dụng với đa số người dùng do đó các hãng sản xuất phần cứng cũng chưa cho ra đời nhiều loại bo mạch chủ theo chuẩn này.
Các chuẩn kích thước của bo mạch chủ
Kích thước của bo mạch chủ thường được chuẩn hoá để đảm bảo tương thích với các vỏ máy tính.
1_Các chuẩn cổ điển trước đây:
3_Kích thước không theo chuẩn:

This image has been resized. Click this bar to view the full image. The original image is sized 719x600.


Hình ảnh so sánh kích thước các loại bo mạch chủ với các khổ giấy (ví dụ khổ A4)
Trong một số trường hợp các nhà sản xuất máy tính có thể sản xuất các bo mạch chủ với kích thước riêng của họ nhưng loại này chỉ được lắp ráp tại các máy tính đồng bộ mà không được bán riêng lẻ ra thị trường.

This image has been resized. Click this bar to view the full image. The original image is sized 800x534.
Scott Mueller; Upgrading and Repairing Pcs, 17th Edition.
................................

_CPU viết tắt của chữ Central Processing Unit (tiếng Anh), tạm dịch là đơn vị xử lí trung tâm. CPU có thể được xem như não bộ, một trong những phần tử cốt lõi nhất của máy vi tính. Nhiệm vụ chính của CPU là xử lý các chương trình vi tính và dữ kiện. CPU có nhiều kiểu dáng khác nhau.
_Ở hình thức đơn giản nhất, CPU là một con chip với vài chục chân. Phức tạp hơn, CPU được ráp sẵn trong các bộ mạch với hàng trăm con chip khác. CPU là một mạch xử lý dữ liệu theo chương trình được thiết lập trước. Nó là một mạch tích hợp phức tạp gồm hàng triệu transitor trên một bảng mạch nhỏ. Bộ xử lý trung tâm bao gồm Bộ điều khiển và Bộ làm tính.

_Là các vi xử lí có nhiệm vụ thông dịch các lệnh của chương trình và điều khiển hoạt động xử lí,được điều tiết chính xác bởi xung nhịp đồng hồ hệ thống. Mạch xung nhịp đồng hồ hệ thống dùng để đồng bộ các thao tác xử lí trong và ngoài CPU theo các khoảng thời gian không đổi.Khoảng thời gian chờ giữa hai xung gọi là chu kỳ xung nhịp.Tốc độ theo đó xung nhịp hệ thống tạo ra các xung tín hiệu chuẩn thời gian gọi là tốc độ
_xung nhịp - tốc độ đồng hồ tính bằng triệu đơn vị mỗi giây-Mhz. Thanh ghi là phần tử nhớ tạm trong bộ vi xử lý dùng lưu dữ liệu và địa chỉ nhớ trong máy khi đang thực hiện tác vụ với .

Bộ số học-logic (ALU-Arithmetic Logic Unit)

Có chức năng thực hiện các lệnh của đơn vị điều khiển và xử lý tín hiệu. Theo tên gọi,đơn vị này dùng để thực hiện các phép tính số học(+,-,*,/)hay các phép tính logic(so sánh lớn hơn,nhỏ hơn...)
.......................
Chức năng cơ bản của máy tính là thực thi chương trình. Chương trình được thực thi gồm một dãy các chỉ thị được lưu trữ trong bộ nhớ. Đơn vị xử lý trung tâm(CPU) đảm nhận việc thực thi này. Quá trình thực thi chương trình gồm hai bước: CPU đọc chỉ thị từ bộ nhớ và thực thi chỉ thị đó. Việc thực thi chương trình là sự lặp đi lặp lại quá trình lấy chỉ thị và thực thi chỉ thị.
.......................

_Tốc độ xử lý của máy tính phụ thuộc vào tốc độ của CPU, nhưng nó cũng
phụ thuộc vào các phần khác (như bộ nhớ trong, RAM, hay bo mạch đồ họa).
Có nhiều công nghệ làm tăng tốc độ xử lý của CPU. Ví dụ: Công nghệ Core 2 Duo.

_Tốc độ CPU có liên hệ với tần số đồng hồ làm việc của nó (tính bằng các đơn vị như MHz, GHz, ...). Đối với các CPU cùng loại tần số này càng cao thì tốc độ xử lý càng tăng. Đối với CPU khác loại, thì điều này chưa chắc đã đúng; ví dụ CPU Core 2 Duo có tần số 2,6GHz có thể xử lý dữ liệu nhanh hơn CPU 3,4GHz một nhân. Tốc độ CPU còn phụ thuộc vào bộ
nhớ đệm của nó, ví như Intel Core 2 Duo sử dụng chung cache L2 (shared cache) giúp cho tốc độ xử lý của hệ thống 2 nhân mới này nhanh hơn so với hệ thống 2 nhân thế hệ 1 ( Intel Core Duo và Intel Pentium D) với mỗi core từng cache L2 riêng biệt. (Bộ nhớ đệm dùng để lưu các lệnh hay
dùng, giúp cho việc nhập dữ liệu xử lý nhanh hơn). Hiện nay công nghệ sản xuất CPU làm công nghệ 65nm.
Hiện đã có loại CPU Quad-Core (4 nhân). Hãng AMD đã cho ra công nghệ gồm 2 bộ xử lý, mỗi bộ 2-4 nhân.
....................

1.Thiết kế: Đây là bước các kiến trúc sư thiết kế chip, nghĩa là cách nó sẽ làm việc như thế nào.
2.Chế tạo đế sản xuất (wafer): Đây là quá trình chính trong việc sản
xuất chip và chúng ta sẽ xem xét đến nó trong hướng dẫn này.
3.Chuẩn bị kiến khuôn rập: Bước này cơ bản gồm việc cắt các chip từ wafer
4.Đóng gói: Trong bước này, các thiết bị đầu cuối và phần chính được bổ sung vào chip
5.Kiểm tra: CPU được kiểm tra trước khi đem đi bán
Các nhà sản xuất
Hai nhà sản xuất CPU lớn hiện nay là Intel và AMD.
Một trong những CPU đầu tiên của hãng Intel là chip Intel 4004. Tung ra thị trường vào tháng 11 năm 1971, Intel 4004 có 2250 transistors và 16 chân. Một CPU của Intel năm 2006 là chiếc Intel Northwood P4, có 55 triệu transistors và 478 chân.
Nhà sản xuất AMD (Advanced Micro Devices) cũng được đánh giá cao cho một số sản phẩm CPU của họ.
Xem thêm
.::Quản Trị Mạng::.
QuanTriMang.com - QuanTriMang.com.vn

--------------------------------------------------------------------------------
Bạn đã từng bao giờ biết các chip như bộ vi xử lý, bộ xử lý video, bộ nhớ, chipset,… được sản xuất như thế nào chưa? Trong hướng dẫn này, chúng tôi sẽ giới thiệu các thông tin cần thiết để bạn có thể nắm được các kiến thức cơ bản về quá trình sản xuất chip như thế nào.
_Thiết kế chip: Đây là bước các kiến trúc sư thiết kế chip, nghĩa là cách nó sẽ làm việc như thế nào.
Chế tạo đế chip (wafer): Đây là quá trình chính trong việc sản xuất chip và chúng ta sẽ xem xét đến nó trong hướng dẫn này.
_Chuẩn bị kiến khuôn rập: Bước này cơ bản gồm việc cắt các chip từ wafer
_Đóng gói: Trong bước này, các thiết bị đầu cuối và phần chính được bổ sung vào chip
Kiểm thử: Chip được kiểm tra trước khi đem đi bán.
Khi nói “sản xuất chip” thì thường là chúng ta nghĩ về bước chế tạo, đây là bước phức tạp nhất. Và đây cũng là bước mà chúng tôi sẽ giải thích đến trong hướng dẫn này.
Wafer là một đế mà các chip sẽ được xây dựng trên đó. Các wafer thô được sản xuất bằng silicon, thành phần hợp chất của cát biển. Chúng được tạo thông qua quá trình có tên gọi là Czochralski, ở đây một mẩu tinh thể silicon có cấu trúc hình que sau đó được nhúng vào trong silicon nóng chảy. Cấu trúc hình que này sẽ được kéo và quay đồng thời, tạo nên một mẩu hình trụ lớn của tinh thế silicon, mẩu tinh thể cỡ lớn này vẫn được biết đến là thỏi.
Thỏi được tạo ra trong quá trình này có kích thước cỡ dài từ 1 đến 2m và có thể có đường kích lên đến 300mm (đây chính là nguồn gốc của thuật ngữ 300-mm wafer mà chúng ta vẫn hay sử dụng ngày nay).


-Một câu hỏi thường hay có ở đây là tại sao wafer lại có hình tròn mà không phải hình vuông. Câu trả lời cho điều này thật đơn giản. Lý do là thông qua quá trình Czochralski, thỏi này được tạo ra bằng cách kéo và quay đồng thời silicon nóng chảy, chính vì vậy hình dạng tự nhiên của tinh thể silicon được tạo ra trong quá trình này sẽ có hình tròn mà không phải là vuông.

Kỹ thuật in

Các chip được trên wafer thông qua quá trình có tên gọi là kỹ thuật in.
Dưới quá trình này, các chất hóa học bị ảnh hưởng mạnh bởi ánh sáng bức xạ đã được sử dụng. Khi được lộ sáng các tia bức xạ này, chúng có thể trở thành mềm hoặc cứng. Chính vì vậy về cơ bản quá trình này gồm công đoạn khóa tia bức xạ cho các chất hóa học đã được áp dụng cho wafer bằng cách sử dụng các khuôn nền (hay mặt nạ đã được tạo bởi các kỹ sư), gỡ bỏ các thành phần mềm và sau đó lặp lại quá trình này lần nữa bằng một mặt nạ khác, quá trình này được thực hiện lặp lại cho tới khi nào chip được thực hiện xong.
Kỹ thuật in được thực hiện như thế nào

Rõ ràng mỗi mặt nạ lại có các mẫu khác nhau và chúng chính là cách các transistor và dây dẫn bên trong chip được chế tạo. Số mặt nạ được sử dụng cũng thay đổi phụ thuộc vào mỗi dự án nhất định. Ví dụ, các bộ vi xử lý Pentium 4 sử dụng đến 26 mặt nạ.

Chúng ta hãy xem xét chính xác quá trình này được thực hiện như thế nào.

Thứ đầu tiên được thực hiện đối với wafer thô là cấy silicon dioxide (SiO2) trên nó, cách thực hiện này bằng việc lộ sáng wafer với nhiệt độ và gas cực nóng. Việc cấy này cũng tương tự như cách gỉ sắt bám trên bề mặt kim loại khi lộ sáng wafer, tuy nhiên nó sẽ xảy ra nhanh hơn.
-Tiếp theo wafer được tạo một loại vật chất có tên gọi là photoresist, đây là loại vật chất có thể bị hòa tan khi lộ sáng tia bức xạ. Mặt nạ đầu tiên được áp dụng và wafer được lộ sáng tia bức xạ. Phần mềm của photoresist được tách bằng một dung dịch và sau đó các thành phần của lớp silicon dioxide đã bị lộ sẽ được tách trong quá trình tách axit.
Phần thừa của photoresist được tách bỏ, chính vì vậy lúc này chúng ta có wafer với lớp silicon dioxide có hình thù như mặt nạ đầu tiên.
-Một lớp silicon dioxide khác tiếp tục được thực hiện trên wafer, lớn polysilicon được áp trên mặt trên của nó và sau đó một lớp photoresist khác được thực hiện tiếp trên chúng. Mặt nạ thứ hai được thực hiện và wafer được lộ sáng tia bức xạ lần thứ hai. Phần photoresist mềm được tách bỏ bằng dung dịch và sau đó các phần của polysilicon và lớp silicon dioxide đã được lộ sáng bị tách bới axit. Phần dư thừa của photoresist được tách bỏ và lúc này chúng ta có wafer với lớp silicon
dioxide có khuôn hình như mặt nạ đầu tiên và phần trên của nó là một polysilicon và các lớp silicon dioxide có khuôn hình của mặt nạ thứ hai.
-Sau hai bước này, một quá trình có tên gọi doping (hay còn gọi là sự ion hóa) sẽ diễn ra. Ở đây các vùng đã được lộ sáng của wafer được in đậm bằng các biểu tượng khác nhau, mục đích để thay đổi đường các vùng lộ sáng dẫn điện. Các vùng lộ sáng sẽ được biến đổi thành chất bán dẫn loại P (cực dương) hoặc bán dẫn kiểu N (cực âm), phụ thuộc vào các chất hóa học đã được sử dụng: Phốt pho, Atimom và thạch tín là các chất điển hình vẫn được sử dụng để tạo lớp bán dẫn N, còn Bo, Indi và Gali được sử dụng để tạo các lớp bán dẫn P. Việc sắp xếp các lớp bán dẫn này sẽ tạo nên các transistor PNP hoặc NPN.
-Việc tạo lớp và dùng mặt nạ được lặp lại nhiều lần sau layout của mặt nạ kế tiếp. Một kim loại sau đó sẽ được ép vào wafer, lấp đầy các lỗ đã được hình thành để tạo kết nối giữa các lớp với nhau. Các quá trình sử dụng mặt nạ và tách axit sẽ được thực hiện để bổ sung thêm các kết nối điện.
-Quá trình này được lặp lại nhiều lần cho tới khi chip được thực hiện xong, nghĩa là các mặt nạ đã được sử dụng hết. Quá trình sản xuất và số các lớp phụ thuộc vào thành phần được sản xuất. Ví dụ với bộ vi xử lý Pentium 4 thì chúng đã sử dụng 26 mặt nạ và 7 lớp kim loại.


-Các chip trên wafer sau khi được kiểm thử và wafer được gửi đến bước tiếp theo trong quá trình sản xuất, trong bước này các chip sẽ được cắt wafer, có các thành phần đầu cuối của chúng gắn kèm và được đóng gói.
-Sau đó chúng sẽ được mang ra test thử, đóng nhãn hiệu và bán.
Tất cả quá trình mô tả ở trên xảy ra bên trong một phòng có tên gọi là “clean room”. Bạn có thể đã từng nhìn thấy một số bức tranh của những người đang làm việc trong phòng này với những bộ quần áo đặc biệt có tên gọi là “bộ đồ con thỏ”.


Do chúng ta đang sản xuất các transistor siêu nhỏ chính vì vậy chỉ cần một hành động làm bẩn nhỏ cũng có thể gây hư hỏng chip, bạn có thể xem các ví dụ trong hình:


Một chút vệ sinh bẩn cũng có thể làm hỏng chip


CPU Intel

Mục lục
1 Lịch sử CPU Intel
1.1 BXL 4bit
1.2 BXL 8bit
1.2.1 BXL 16bit
1.3 BXL 32bit vi kiến trúc NetBurst (NetBurst MICRO-ARCHITECTURE)
1.4 BXL Pentium II
1.4.1 BXL Pentium III
1.5 BXL Pentium IV
1.6 BXL Celeron
1.7 Pentium 4 Extreme Edition
2 BXL 64 BIT, Vi kiến trúc NETBURST
2.1 P4 Prescott (năm 2004)
2.1.1 Pentium D (năm 2005)
2.2 Pentium Extreme Edition (năm 2005)
2.3 BXL 64bit, kiến trúc Core
2.4 Intel Core 2 Duo
2.5 Core 2 Extreme