Как делаются компьютеры на заводе

Обновлено: 06.07.2024

В статье охарактеризованы особенности промышленных компьютеров и перечислены их преимущества, позволяющие им являться самым высокопроизводительным, гибким и универсальным средством автоматизации производственных процессов.

Что умеют современные промышленные компьютеры

Без сомнения, компьютеры в настоящее время играют серьезную роль в промышленных системах автоматизации. Применение первых мейнфреймов, облегчивших документооборот в офисах крупных корпораций, стало важным шагом, но проникновение мини- и микрокомпьютеров на уровень цеха представляло собой настоящую революцию.

История промышленных компьютеров началась в 1984 году, когда компания IBM вывела на рынок Industrial Computer 5531 – специализированную версию IBM XT под управлением MSDOS версии 5. Это изделие могло быть установлено рядом со шкафом управления и использовано для сбора и анализа данных с помощью пакета Lotus 1-2-3. Для упрощения этой процедуры могли быть использованы специализированные платы, вставлявшиеся в слоты ISA. Чтобы компьютер не потерял работоспособность в промышленных условиях, в него был установлен усиленный блок питания, добавлена система фильтрации приточного воздуха. Появление этого изделия способствовало ускорению обработки и анализа оперативных данных о работе технологического оборудования.

Рис. 1. Компьютер управления стерилизатором IPC477D PRO

Основным фактором, усилившим эту тенденцию в дальнейшем, стала гибкость. Инженеры могли достаточно быстро адаптировать алгоритмы системы управления к требуемым изменениям. Однако имелись и недостатки:
- поскольку основным языком программирования в то время был ассемблер, требовалось наличие собственного штата квалифицированного персонала;
- компьютер тогда был достаточно дорогим устройством. Он должен был заменять собой довольно большое количество рабочих, чтобы окупиться;
- системы имели ограниченные возможности общения с оператором – черно-белый текстовый или псевдографический дисплей, кнопочную клавиатуру.

По мере становления этого сегмента рынка было разработано программное обеспечение, позволившее использовать программирование на основе диаграмм (так называемые средства разработки low-code и no-code). Стоимость микроэлектроники последовательно и быстро снижалась: примерно в 10 раз за каждые 4 года. К настоящему дню эти тенденции привели к существенному расширению спектра применений в условиях промышленного производства, что и будет рассмотрено в данной статье.

Рис. 2. Панель управления на молочном производстве

Отличия компьютеров промышленного класса

При работе над проектом у заказчиков зачастую возникает желание использовать в промышленной среде компьютеры бытового или коммерческого классов. Они мотивируют это ценовым фактором. Рассмотрим те характеристики компьютеров промышленного класса, которые заставляют отдать им предпочтение при выборе конкретного изделия для проекта.

Прежде всего компьютеры промышленного класса допускают более суровые условия эксплуатации (широкий диапазон рабочих температур, воздействие вибрации, высокий уровень допустимых электромагнитных помех). Ряд изделий имеют также повышенную степень защиты корпуса от пыли и влаги, а плат электроники – от биологически, химически и механически активных веществ. Для реализации этих требований используются различные приемы, отсутствующие в изделиях коммерческого класса: специализированная компонентная база (SMD-элементы, вентиляторы и т. п.), дополнительные покрытия печатной платы и установленных элементов, увеличенная ширина дорожек печатных плат и площадь пайки компонентов (для компенсации разницы температурного расширения печатной платы и самого элемента) и т. п. Все эти приемы призваны увеличить срок службы собранного изделия до возникновения отказа (и, как следствие, остановки управляемого оборудования).

Вторым важным фактором следует признать компоненты с длительным сроком производства (longevity). Промышленные системы призваны работать на протяжении многих лет, поэтому ремонтопригодность системы в целом определяется доступностью отдельных компонентов. В мире промышленных компьютеров для отсчета сроков обычно используется календарь Intel, где отмечено снятие с производства центральных процессоров и чипсетов. Для чипов категории Embedded эта величина составляет 7 лет, а для категории Desktop – 3…5 лет.

Совместимость с имеющимся программным обеспечением при замене аппаратной платформы – это третий фактор, имеющий значение при подборе промышленного компьютера. В идеальном случае вендором программного и аппаратного обеспечения должна выступить одна и та же организация. Тогда может быть обеспечена не только совместимость, но и преемственность версий при модернизации всего комплекса.

Четвертый фактор в пользу выбора специализированного решения – это расширяемость. Для ПК бытового или коммерческого назначения обычным является наличие 2…4 слотов для плат расширения типа PCIe. В большем количестве нет необходимости. Для промышленных же систем на архитектуре ATX привычное решение – 9…11 слотов, а для архитектуры PICMG 1.0/1.3 – до 20 слотов. Такие величины отвечают потребностям в скоростном обмене с внешними линиями дискретного или аналогового ввода/вывода или специализированными платами коммуникационных портов. При этом следует отметить, что в промышленных компьютерах до сих пор встречаются не только платы PCI, но и платы ISA, давно забытые в других сегментах этого рынка.

Управление технологическими единицами

Когда речь заходит о промышленных компьютерах, первое, о чем вспоминают проектировщики, это решение задач управления технологическим оборудованием. Визуализация на основе ПК обычно применяется для задач с объемом от 400–500 тегов (для проектов меньшего размера берут операторские панели).

Применение панельных или безвентиляторных компьютеров для управления отдельными технологическими объектами или постами является хорошим решением при наличии потребностей, чуть превышающих стандартную функциональность операторских панелей. К таковым относятся:
- сложные сетевые конфигурации (VPN, авторизация, фильтрация трафика, работа с модемами и т. п.);
- архивирование и (или) периодическая отправка собранных данных;
- обращение к уровню ОС (драйвера устройств, прочие программные компоненты).

Рис. 3. Операторский пост на заводе ThyssenKrupp («ТюссенКрупп»)

При решении таких задач обычно нет высоких требований к производительности, а наиболее критичными техническими параметрами становятся требуемое разрешение (и соответственно размер экрана), необходимые порты связи и допустимые условия эксплуатации. Примерами используемого в таких случаях программного обеспечения являются Siemens WinCC Advanced и Advantech WebAccess/HMI.

Системы визуализации

Наиболее распространено применение промышленных компьютеров в SCADA-системах, управляющих совокупностями технологических объектов (производственными участками и линиями). Они могут создаваться в виде как одноместных, так и клиент-серверных конфигураций, реализуя задачи объемом от одной до десятков тысяч переменных. Применение промышленных компьютеров в таких проектах обосновывается установкой постов управления в операторских, которые обычно находятся в непосредственной близости к управляемому оборудованию, а также потребностью в поддержке промышленных коммуникационных шин.

Требования к промышленным ПК для систем визуализации меняются в достаточно широких пределах и определяются выбранным программным обеспечением. Самыми критичными параметрами следует признать объем оперативной памяти и структуру реализации системы хранения данных.

Говоря о современных SCADA-системах, необходимо упомянуть о двух тенденциях их развития. Первая связана с виртуализацией серверной части приложений. С одной стороны, это требует от эксплуатирующей организации переработать ИТ-инфраструктуру предприятия (уменьшить количество серверов и увеличить производительность каждого отдельного сервера, увеличить пропускную способность сети, вероятно, модернизировать систему хранения данных), с другой стороны, такой переход заметно упрощает дальнейшее развитие системы, повышает ее устойчивость к различным воздействиям.

Посты сборки и контроля качества

Отдельно следует упомянуть применения, когда панельный компьютер является центральным элементом рабочей станции поста сборки или контроля качества. Решение таких задач хорошо укладывается в современную тенденцию повышения охвата автоматизированными системами всё большего количества процессов на промышленном предприятии. Как следствие, улучшается прослеживаемость отдельных выпущенных экземпляров продукции, системы аналитики могут на основании показателей качества, близких к граничным, предсказывать реальные сроки отказа продукции в процессе эксплуатации.

Рис. 4. Пост контроля качества на производстве турбин

В обоих случаях прикладное программное обеспечение, скорее всего, будет выполнено с использованием языков программирования высокого уровня либо систем лабораторного уровня типа LabView или MathLab. Требования к вычислительной мощности, наличию возможностей расширения основной платформы и другим характеристикам определяются исключительно поставленной задачей в каждом конкретном случае.

Шлюзы данных и Edge Computing

Увеличение доступности и пропускной способности беспроводных сетей привело к появлению идеологии интернета вещей. Как следствие, появилась возможность сбора информации из тех точек, которые раньше были недоступны. Для решения этой задачи был создан отдельный тип промышленных компьютеров с невысокой вычислительной мощностью, наличием одного или нескольких слотов miniPCIe для компактных коммуникационных плат (LoRa, NB-IoT, 3G/4G, Wi-Fi и др.) и зачастую расширенным диапазоном рабочих температур. При этом конструкция может быть и рассчитанной только на коммуникации, и содержать небольшое количество входов/выходов.

Этот класс устройств помимо собственно формирования канала связи обычно также реализует функции преобразования протоколов и контроль целостности канала передачи данных. Для этого могут использоваться как программирование на языках высокого уровня, так и различные варианты систем low-code и no-code (например, Node-Red или Advantech TagLink).

Рис. 5. Шлюз данных Simatic IPC127E

Промышленные компьютеры уже несколько десятков лет являются неотъемлемой частью спектра средств автоматизации. Они отличаются большей гибкостью и производительностью, чем классические ПЛК, и большей универсальностью, чем операторские панели. По мере роста вычислительных возможностей на современном производстве появляется все больше новых задач, решение которых может быть выполнено с использованием ПК. Разумеется, описываемый класс устройств может применяться еще в целом ряде отраслей, не включенных в данную статью (на транспорте, в системах видеонаблюдения, контроля доступа, управления зданиями, для обработки платежей и т. д.). Этот вопрос будет освещен в следующих публикациях.

18 декабря 2018 года я в составе небольшой делегации посетил завод компании «Аквариус», на котором производят компьютерную технику. Завод находится в небольшом городе Шуя в Ивановской области.

Завод имеет уже почти 30-летнюю историю — он был построен в 1990 году при участии зарубежных партнеров. С тех пор завод расширялся: открывались новые цеха, строились новые корпуса. На настоящий момент производственная площадь достигла размера 10970 кв. м.

Текущая мощность производства составляет 400 тысяч устройств в год. На заводе могут изготавливаться компьютеры, ноутбуки, моноблоки, информационные терминалы, системы хранения данных, серверы и телекоммуникационное оборудование. Работают на заводе 230 человек, средняя зарплата равна 25 т.р.

Вероятно, человек, далекий от ИТ, и вправду может придерживаться этих мифов.

Началась экскурсия с того, что мы заглянули в окошко на двери термокамеры.

В термокамере при температуре 30-35 градусов проходит удаленное тестирование серверного оборудования стрессовой нагрузкой.

Перед входом в производственные цеха все надели специальные антистатические бахилы, работу которых нужно было проверить специальным прибором. Разряд статического электричества может запросто повредить электронные компоненты, поэтому использование специальной обуви или бахил обязательно, есть требования к свойствам напольного покрытия, а все сборщики «прикованы» к рабочему месту антистатическими браслетами.

По пути в цех мы прошли мимо стенда для клонирования накопителей. Скорее всего, большинство компьютеров, если не все, выпускаются с предустановленным ПО хотя бы в виде системы. Задачу копирования образов системы облегчают специальные устройства на несколько десятков накопителей. Далее накопители с уже залитой системой поступают на сборочный конвейер. Мощность конвейера составляет 500 единиц продукции в смену. Во время экскурсии на конвейере собирали системные блоки миникомпьютеров (видимо, на платах Mini-ITX — на фотографии засветилась коробочка от Asus H110T — или похожих по размеру).

Выполнение основных операций сборки, например, установка комплектующих, подтверждается сканированием штрих-кодов. Отметим, что женщин на сборке работает больше, чем мужчин, так как у женщин лучше развита мелкая моторика. Отдельным этапом сборки идет подключение внутренних кабелей и их фиксация термоклеем. Собранные компьютеры проходят предварительное тестирование, затем помещаются на специальные тележки, которые загружаются в термокамеру, рассчитанную на 520 мест (дверца на фотографии слева).

В ней тележки с компьютерами под действием силы тяжести скользят по наклонным направляющим по направлению к выходу. Во время этого неторопливого путешествия компьютеры проходят стрессовое тестирование в автономном режиме. Результат тестирования записывается в лог-файл и затем анализируется. Питание 220 В к тележкам подается по токопроводящим шинам.

Одним из последних этапов является проверка корпуса на пробой напряжением в 2,5 кВ, правда, я не уточнил, между чем и чем прикладывается такое напряжение. Собранные компьютеры проходят выборочное дополнительное тестирование. В данном случае тестируются моноблоки из предыдущей партии.

Выборочное тестирование также выполняется с использованием климатической камеры. Цель этого тестирования — выяснить, выдержит ли продукция транспортировку в условиях пониженной или повышенной температуры.

За слегка тонированным окном видно цех поверхностного монтажа печатных плат, где производятся, например, материнские платы ноутбуков и оперативной памяти.

Для справки: на плате ноутбука распаяно порядка 1300 компонентов. Печатные платы завод заказывает у китайских и российских производителей.

Цех номер 2 является цехом так называемой стапельной сборки, где изделие (например, моноблок или ноутбук) от начала и до конца собирается одним оператором. В этом цеху могут выполняться мелкосерийные заказы, вплоть до одной штуки.

Мощность цеха — те же 500 единиц продукции за смену. Клонирование ПО на компьютеры выполняется по сети, также в режиме он-лайн выполняется стрессовое тестирование. Специальная термокамера в данном случае не используется, впрочем, техника на стеллажах стоит плотными рядами (на фотографии — на заднем плане) и хорошо нагревается сама по себе.

Гостям выпал шанс не только посмотреть на процесс, но и самим почувствовать, как это — работать на ИТ-производстве, — собрав ноутбук. Организаторами было подготовлено три демонстрационных рабочих места. На одном ноутбук собирал специалист компании, на двух других трудились две команды гостей.

Сборка осуществлялась согласно подробной иллюстрированной инструкции, и, по идее, должна была проходить с контролем этапов с помощью сканеров штрих-кодов и специального ПО, но этот контроль в итоге не функционировал.

Наталья, выступавшая в этом соревновании за хозяев, справилась с задачей примерно за 30 минут и из кучки деталей собрала работающий ноутбук.

Команды гостей трудились,

Используя в том числе врожденные навыки мелкой моторики и инструменты:

Кстати, устройство, похожее на печать, является приспособлением для установки процессора в гнездо.

Видимо, так снижается вероятность повреждения массива мельчайших контактных лепестков в современных процессорных гнездах. Между прочим, то, что процессор в собираемом ноутбуке не распаян прямо на плате, несколько необычно, но это позволяет оперативно переконфигурировать ноутбук под требования заказчика.

Но в итоге у команд гостей также получилось по работающему ноутбуку. С чем мы их и поздравляем.

Возвращаясь к четырем мифам. Надеюсь, эта заметка наглядно доказывает, что в России есть ИТ-производители, российский ИТ-производитель может выпускать качественную продукцию, ноутбук Аквариус можно назвать российским и да, на производстве работают люди.

Сегодня практически у каждого человека есть компьютер. Но большинство пользователей даже и представить себе не могут, как делают компьютеры и что скрывается за металлическим корпусом системного блока.

Компьютер состоит из двух крупных блоков устройств:

системного блока. Именно здесь расположены основные узлы компьютера;
периферийных устройств ввода и вывода. К этому блоку относятся:

клавиатура;
мышь;
монитор;
сканер;
принтер;
модем.

Системный блок

Системный блок состоит из:

микропроцессора;
материнской платы;
видеокарты;
жесткого диска;

Микропроцессор

Основа-основ, мозг любого компьютера. Его основная задача – это управление работой всего устройства. Именно он выполняет различные логические и арифметические операции, работает со всей информацией, которая поступает в компьютер. Основных характеристик процессора две:

Разрядность. Этот параметр указывает, какое количество бит информации процессор примет и обработает за единицу времени.
Тактовая частота. А вот она как раз определяет скорость, говорит о том, сколько операций процессор может выполнить в секунду.

Современный микропроцессор состоит из миниатюрного чипа, установленного на электронную карту. Его производство начинается с изготовления специального керамического квадрата: подложки. На нём закрепляют сам микрочип. После установки чипа на подложку происходит пайка. Для этого будущий процессор отправляют в печь с температурой 360 градусов. Далее на процессор устанавливают специальную крышку. Она одновременно защищает его и поглощает выделяемое тепло. Последний этап проверки чипа перед установкой его на электронную карту – контрольная проверка качества. Чип на 12 часов отправляется в печь, разогретую до 140 градусов. И только после этого, уже на другом заводе, собирают чип и электронную карту вместе, производят, собственно, сам микропроцессор.

Материнская плата

«Сердце» компьютера. Именно на материнскую плату устанавливается микропроцессор, к ней подключаются остальные узлы компьютера.

Первым делом создаётся эталонная конструкция материнской платы. Она определяет её основные конфигурации и принцип работы. Как правило, на основе эталонной конструкции в дальнейшем разрабатывают три варианта:

В начале сборки платы попадают в автомат, который наносит припой в необходимых местах. После этого, со скоростью в десятые доли секунды аппарат-укладчик устанавливает на плату различные чипы.

На втором этапе, уже вручную, добавляют более крупные компоненты (это разнообразные порты, разъёмы, слоты). Закрепляют эти компоненты в специальной машине. Последними на материнскую плату устанавливают системы охлаждения. В процессе создания и сразу после материнская плата постоянно проходит тестирование.

Видеокарта

Именно она преобразует графический образ из памяти компьютера в то, что мы видим на мониторе. Встроенные видеокарты – неотъемлемая часть материнской платы. Для сборки видеокарт применяют две технологии:

открытый монтаж;
монтаж с использованием отверстий в плате. Именно в эти отверстия помещают компоненты платы, после чего припаивают их. Закрепляются компоненты на плате с помощью паяльной пасты. А наносят пасту по особому шаблону.

Открытый монтаж

Открытый монтаж делается специальным автоматом и тут принцип похож на создание материнской платы. Со скоростью 10 компонентов в секунду аппарат автоматически устанавливает их в нужных местах.

Сама припайка компонентов к плате происходит в конвекционной печи при температуре в 240 градусов. Все разъёмы видеокарты в соответствующие отверстия на плате устанавливаются вручную.

Жёсткий диск или винчестер

Основное хранилище информации в компьютере. Именно здесь хранится всё: от текстовых документов до всевозможных игр.

Жёсткий диск состоит из магнитных пластин и блока головок с соленоидным мотором. Всё это монтируется в алюминиевом корпусе.

Самый ответственный и сложный процесс в изготовлении жёсткого диска – производство слайдера. Это кристаллы с головками чтения и записи. Они – самые мелкие и точные компоненты винчестера. Создают их, формируя особые многослойные структуры и рисунки на поверхности пластин из особого материала: сплава оксида алюминия и карбида титана.

Эти пластины впоследствии на фабрике в специальной машине режут на полосы, с которыми уже работают дальше. Эти полосы проходят многоступенчатую обработку, в результате которой получаются уже индивидуальные «слайдеры» с парой головок в каждом.

Корпус жёсткого диска герметичен, и собирают его в специальной «чистой» комнате, так как расстояние между компонентами жёсткого диска измеряется в нанометрах и любая пылинка может уничтожить оборудование.

Несмотря на то, что большинство процессов в изготовлении компьютерных комплектующих автоматизированы, до сих пор существует много операций, которые выполнить можно только вручную. Так что, на одном и том же предприятии трудятся и суперсовременные роботы, и обычные сборщики. И все вместе они делают компьютеры.

Чтобы создать сверхмощный процессор, достаточно простого.

Песок. В наших компьютерах в буквальном смысле песок, вернее — составляющий его кремний. Это основной элемент, благодаря которому в компьютерах всё работает. А вот как из песка получаются компьютеры.

Что такое процессор

Процессор — это небольшой чип внутри вашего компьютера или телефона, который производит все вычисления. Об основе вычислений мы уже писали — это транзисторы, которые собраны в сумматоры и другие функциональные блоки.

Если очень упрощённо — это сложная система кранов и труб, только вместо воды по ним течёт ток. Если правильным образом соединить эти трубы и краны, ток будет течь полезным для человека образом и получатся вычисления: сначала суммы, потом из сумм можно получить более сложные математические операции, потом числами можно закодировать текст, цвет, пиксели, графику, звук, 3D, игры, нейросети и что угодно ещё.

Кремний

Почти все процессоры, которые производятся в мире, делаются на кремниевой основе. Это связано с тем, что у кремния подходящая внутренняя атомная структура, которая позволяет делать микросхемы и процессоры практически любой конфигурации.

Самый доступный источник кремния — песок. Но кремний, который получается из песка, на самом первом этапе недостаточно чистый: в нём есть 0,5% примесей. Может показаться, что чистота 99,5% — это круто, но для процессоров нужна чистота уровня 99,9999999%. Такой кремний называется электронным, и его можно получить после цепочки определённых химических реакций.

Когда цепочка заканчивается и остаётся только чистый кремний, можно начинать выращивать кристалл.

Кристалл и подложка

Кристаллы — это такие твёрдые тела, в которых атомы и молекулы вещества находятся в строгом порядке. Проще говоря, атомы в кристалле расположены предсказуемым образом в любой точке. Это позволяет точно понимать, как будет вести себя это вещество при любом воздействии на него. Именно это свойство кристаллической решётки используют на производстве процессоров.

Самые распространённые кристаллы — соль, драгоценные камни, лёд и графит в карандаше.

Большой кристалл можно получить, если кремний расплавить, а затем опустить туда заранее подготовленный маленький кристалл. Он сформирует вокруг себя новый слой кристаллической решётки, получившийся слой сделает то же самое, и в результате мы получим один большой кристалл. На производстве он весит под сотню килограмм, но при этом очень хрупкий.

Готовый кристалл кремния.

После того, как кристалл готов, его нарезают специальной пилой на диски толщиной в миллиметр. При этом диаметр такого диска получается около 30 сантиметров — на нём будет создаваться сразу несколько десятков процессоров.

Каждую такую пластинку тщательно шлифуют, чтобы поверхность получилась идеально ровной. Если будут зазубрины или шероховатости, то на следующих этапах диск забракуют.

Готовые отполированные пластины кремния.

Печатаем транзисторы

Когда диски отполированы, на них можно формировать процессоры. Процесс очень похож на то, как раньше печатали чёрно-белые фотографии: брали плёнку, светили сверху лампой, а снизу клали фотобумагу. Там, куда попадал свет, бумага становилось тёмной, а те места, которые закрыло чёрное изображение на плёнке, оставались белыми.

С транзисторами всё то же самое: на диск наносят специальный слой, который при попадании света реагирует с молекулами диска и изменяет его свойства. После такого облучения в этих местах диск начинает проводить ток чуть иначе — сильнее или слабее.

Чтобы так поменять только нужные участки, на пути света помещают фильтр — прямо как плёнку в фотопечати, — который закрывает те места, где менять ничего не надо.

Потом получившийся слой покрывают тонким слоем диэлектрика — это вещество, которое не проводит ток, типа изоленты. Это нужно, чтобы слои процессора не взаимодействовали друг с другом. Процесс повторяется несколько десятков раз. В результате получаются миллионы мельчайших транзисторов, которые теперь нужно соединить между собой.

Соединяем всё вместе

То, как соединяются между собой транзисторы в процессоре, называется процессорной архитектурой. У каждого поколения и модификации процессоров своя архитектура. Все производители держат в секрете тонкости архитектуры, потому что от этого может зависеть скорость работы или стоимость производства.

Так как транзисторов много, а связей между ними нужно сделать немало, то поступают так: наносят токопроводящий слой, ставят фильтр и закрепляют проводники в нужном месте. Потом слой диэлектрика и снова токопроводящий слой. В результате выходит бутерброд из проводников, которые друг другу не мешают, а транзисторы получают нужные соединения.

Токопроводящие дорожки крупным планом. На фото они уже в несколько слоёв и не мешают друг другу.

В чём сложность

Современные процессоры производятся на нанометровом уровне, то есть размеры элементов измеряются нанометрами, это очень мало.

Если, например, во время печати очень толстый мальчик упадёт на пол в соседнем цехе, еле заметная ударная волна прокатится по перекрытиям завода и печатная форма немного сдвинется, а напечатанные таким образом транзисторы окажутся бракованными. Пылинка, попавшая на пластину во время печати — это, считай, загубленное ядро процессора.

Поэтому на заводах, где делают процессоры, соблюдаются жёсткие стандарты чистоты, все ходят в масках и костюмах, на всех воздуховодах стоят фильтры, а сами заводы находятся на сейсмических подушках, чтобы толчки земной коры не мешали производить процессоры.

Крышка и упаковка

Когда дорожки готовы, диск отправляют на тесты. Там смотрят на то, как работает каждый процессор, как он греется и сколько ему нужно энергии, заодно проверяют на брак.

После тестов диск разрезают на готовые процессорные ядра.

Пластина со множеством одинаковых процессорных ядер. Робот вырезает ядра из готовой пластины.

После этого к ядру процессора добавляют контакты, чтобы можно было вставить его в материнскую плату, и накрывают крышкой. Чёрный или металлический прямоугольник, из которого торчат ножки, — это как раз крышка.

Крышка выполняет две функции: защищает сам кристалл от повреждений и отводит от него тепло во время работы. Дело в том, что миллионы транзисторов при работе нагреваются, и если процессор не остужать, то он перегреется и кристалл может испортиться. Чтобы такого не произошло, на крышку процессора ставят воздушные кулеры или делают водяное охлаждение.

Система на чипе

Чипы процессоров уже настолько маленькие, что под одной крышкой можно поместить какое-нибудь ещё устройство. Например, видеосистему — то, что обсчитывает картинку перед выводом на экран. Или устройство радиосвязи с антенной.

В какой-то момент на маленьком чипе площадью около 1 см 2 уже можно было поместить процессор, видео, модем и блютус, сделать всё нужное для поддержки памяти и периферии — в общем, система на чипе. Подключаете к этому хозяйству экран, нужное количество антенн, портов и кнопок, а главное — здоровенную батарею, и у вас готовый смартфон. По сути, все «мозги» вашего смартфона находятся на одном маленьком чипе, а 80% пространства за экраном занимает батарея.

Читайте также: