CPU 제조 과정 알아보기

 

https://www.youtube.com/watch?v=Q5paWn7bFg4

 

 

이것만 보고서 '이해 안 되는데 뭐 어쩌라고' 하실수도 있지요.

 

 

사진으로 하나하나 봅시다.

 

이름은 거창합니다.

 

 

대충 번역을 하자면 『모래에서 실리콘이 되기까지』

 

 

많은 분들이 혼동하실거 같은데

 

여기서 말하는 실리콘은 창틀에 붙어 있는 그 실리콘(Silicone)이 아닙니다.

 

규소(Silicon) 의 영어 이름입니다.

 

규소는 모래에 많아서 모래를 주 원료로 사용합니다.

 

이제 모래에서 순수한 규소를 뽑아내야합니다.

 

99.9%정도로 규소의 순도를 아주 높게 해야합니다.

 

실리콘 덩어리를

 

 

굳게 해 주면 됩니다.

 

완벽하게 굳으면 도로 꺼내줍니다.

 

이렇게 만들어 진 놈은 잉곳(Ingot) 이라고 부릅니다.

 

팽이 비스무리하게 생겼습니다.

 

이 상태로 보면 별로 안 커 보이지만

 

실제 무게는 100kg 정도가 된다고 합니다.

 

 

잉곳을 잘라서 웨이퍼(Wafer)로 만들어줍니다.

 

하나의 웨이퍼의 지름은 300mm 정도 됩니다.

(웨이퍼가 클수록 단가가 저렴해집니다. 다만 크게 만들기 위해선 그만큼의 기술이 필요합니다)

 

실제로는 저렇게 무식하게 전기톱으로 자르지 않습니다.

 

여기서 '잉곳하고 웨이퍼는 왜 원형인가' 에 대해서 궁금해 하시는 분들이 있을수도 있는데

 

원형 구조로 하면 규소의 순도를 동일하게 하기에 편하고, 후술하겠지만 감광 처리할때도 균일하게 뿌리기 때문에 더 좋습니다.

 

또한 끝 부분이 둥글면 열 관리 면에서도 더 좋고, 사각 구조는 뜨거운 규소가 식었을 때 변형될 우려가 있지만, 원형 구조는 식어도 변형될 우려가 적거나 없습니다.

 

이 부분도 후술하겠지만 CPU의 다이 크기가 크기 않아서 생각보다 버려지는 웨이퍼가 적습니다.

 

잘려진 웨이퍼 하나를 꺼내서 감광(感光) 처리를 해야합니다.

 

아마 사진상으론 잘 안 보일거 같습니다.

 

이 부분은 영상으로 보시는게 좋을거 같네요.

 

 

감광 처리를 하는 이유는 레이져로 회로를 찍어내기 위해서입니다.

 

작게 해야되니까 UV광(자외선)을 이용해서 설계한 회로를 축소해서 찍어줍니다.

 

회로를 다 찍어내면 감광 처리한 것을 다른 화학 물질로 용해해서 없애줍니다.

 

용해해서 없애줄 때 일부 규소층이 드러나는데

 

2차적으로 감광 처리를 해 주고서 이온(Ion) 처리 후 절연층을 덧씌워줍니다.

 

이 과정에서 트랜지스터의 N, P가 생성됩니다.

 

지금 보이는 6개의 네모난 것이 6개의 트랜지스터입니다.

 

CPU안에 이렇게 작은 트랜지스터가 몇억~몇십억 개 있습니다.

 

이제 각 트랜지스터 끼리 금속 회로를 연결을 해야 합니다.

 

금속층을 어떤 구조로 배치하느냐에 따라서 CPU의 아키텍쳐가 결정되고, 아키텍쳐로 성능과 용도가 결정됩니다.

(금속층의 높이는 대충 20층이 됩니다)

 

 

다 하면 금속층이 드러나지 않게 덮어줍니다.

 

 

이 부분을 엉망으로 설계하면 넷버스트(NetBurst)나 불도저(Bulldozer) 같은 성능이 구린 CPU가 나옵니다.

 

위와 같은 복잡한 과정을 웨이퍼 하나에다가 다 해줍니다.

 

 

이렇게 만들어진 웨이퍼에서 다이(Die)로 자릅니다.

 

위에서 웨이퍼를 자를때처럼 무식하게 전기톱 안 씁니다.

 

잘 잘려진 놈들에서 한놈을 빼서 CPU를 만들때 쓸겁니다.

 

다이를 보니까 네할렘 i7 같네요.

 

여담으로 네할렘 i7의 다이 크기는 296mm² 입니다.

 

 

https://en.wikichip.org/wiki/intel/microarchitectures/nehalem

 

기판에 다이를 옮긴 후 붙이면 됩니다.

 

영상에서는 풀로 붙이는 것처럼 쉽게 나왔지만

 

실제론 쉽지 않지요.

 

 

위에서 먼저 언급한 것처럼 네할렘의 다이 크기는 296mm² 이기 때문에

(CPU 다이 치고는 작은건 아닙니다만 그래도 크기가 작지요)

 

조심히 다뤄야합니다.

 

그 다음 코어를 보호하는 IHS(Integrated Heat Spreader. 방열기. 쉽게 말하면 CPU뚜껑) 까지 붙여줍니다.

 

IHS는 CPU의 높을 열을 빼야하는 만큼 열전도가 중요하기 떄문에 주로 구리로 만듭니다.

 

 

여기서 한 가지 과정이 빠졌는데

 

CPU하고 IHS사이에는 미세한 틈이 있어서 열전도가 잘 안 됩니다.

 

그렇기에 열전도가 높고, 실리콘과 구리에 잘 붙는 물질로 틈을 땜빵해야하는데, 적합한 물질인 '인듐'으로 솔더링을 해야합니다.

 

 

여담으로 인텔의 3세대 Core i 시리즈 부터는 인듐 솔더링따위 없고, 똥써멀을 처바릅니다.

 

이유는 단가 낮추려고 하는거지요.

 

그래서 뚜따 한번만 해줘도 CPU 온도가 20도 넘게 떨어지는 기적을 보실 수 있는 겁니다.

 

잘 만들어진 CPU를 테스트 후 출시하면 되는데

 

테스트 중에는 가끔씩 문제가 생기는 제품이 나옵니다.

 

 

클럭이 좀 낮거나, 코어가 불완전하거나, 캐시(Cache)가 불완전한 제품이 대표적입니다.

 

클럭이 낮으면 그만큼 낮게 설정을 해서 출시합니다.

 

대표적인 예시로는 i5 6400, 6500, 6600, 6600K 가 있겠네요.

 

 

코어가 불완전하면 다른 하나도 더 죽여서 출시합니다.

 

4코어 다이에서 2코어를 죽이고, 캐시도 줄여서 4MB로 출시히면 i3 라인업의 CPU가 되는겁니다.

(3MB캐시를 가진 i3는 다이를 새롭게 설계해서 뽑아내는 것입니다)

 

 

캐시가 불완전하면 이놈도 줄여서 출시하면 됩니다.

 

캐시를 4MB까지 줄이고, 정상적인 2코어를 더 죽이면 코어 죽일때와 마찬가지로 i3 라인업의 CPU가 됩니다.

 

캐시만 불완전하면 i5 라인업의 CPU가 되고요.

 

캐시가 모두 완전하면 i7 라인업의 CPU가 됩니다.

 

 

완전한 놈들과, 불완전한 놈들 모두 포장 후 출시하면 됩니다.