{"id":55427,"date":"2009-07-27T11:30:01","date_gmt":"2009-07-27T09:30:01","guid":{"rendered":"https:\/\/cms.galaxiemedia.fr\/tomshardware\/2009\/07\/27\/la-fabrication-dun-processeur-en-images\/"},"modified":"2023-07-15T12:36:38","modified_gmt":"2023-07-15T10:36:38","slug":"la-fabrication-dun-processeur-en-images","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.tomshardware.fr\/la-fabrication-dun-processeur-en-images\/","title":{"rendered":"La fabrication d’un processeur en images"},"content":{"rendered":"\n
\"Image<\/figure>\n\n

Votre processeur est n\u00e9 des sables<\/h2>\n\n\n\n\n\n

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Tout\ncommence par le sable, compos\u00e9 \u00e0 25 % de silicium, l’\u00e9l\u00e9ment chimique le plus\nr\u00e9pandu dans la croute terrestre apr\u00e8s l’oxyg\u00e8ne. Le sable, et plus\nparticuli\u00e8rement le quartz, contient un fort taux de silice sous forme de dioxyde\nde silicium (SiO2) qui se trouve \u00eatre l’ingr\u00e9dient de base pour fabriquer des\nsemi-conducteurs. Cette mati\u00e8re premi\u00e8re a donc le m\u00e9rite d’\u00eatre naturellement abondante.<\/p>\n\n

\"Image<\/figure>\n\n

Purification et culture<\/h2>\n\n\n\n\n\n

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Apr\u00e8s avoir s\u00e9par\u00e9 le silicium du sable brut, celui-ci est purifi\u00e9 \u00e0 de nombreuses reprises pour arriver au standard de fabrication des semi-conducteurs, l’EGS (Electronic Grade Silicon). La puret\u00e9 est telle que l’EGS peut ne contenir qu’un atome \u00e9tranger par milliard d’atomes de silicium. A l’issue de ce traitement, le silicium est liqu\u00e9fi\u00e9 \u00e0 tr\u00e8s haute temp\u00e9rature (plus de 1700 \u00b0C). On voit ici la cr\u00e9ation d’un cristal gr\u00e2ce au silicium liquide purifi\u00e9 : ce monocristal est qualifi\u00e9 de lingot.<\/p>\n\n

\"Image<\/figure>\n\n

Un gros lingot<\/h2>\n\n\n\n\n\n

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Le lingot obtenu \u00e0 partir de l’EGS est un monstre … de finesse : environ 100 Kilos, puret\u00e9 du silicium de l’ordre de 99,9999 %. <\/p>\n\n

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D\u00e9coupage du lingot<\/h2>\n\n\n\n\n\n

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La phase suivante consiste \u00e0 d\u00e9biter le lingot en disques fins, que nous connaissons mieux sous le nom de wafers. Certains lingots d\u00e9passent 1,50 m\u00e8tre et leur diam\u00e8tre varie en fonction des wafers d\u00e9sir\u00e9s : la plupart des processeurs actuels sont issus de wafers de 300 mm.<\/p>\n\n

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Polissage du wafer<\/h2>\n\n\n\n\n\n

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Une fois coup\u00e9s, les wafers sont polis jusqu’\u00e0 l’obtention d’une finition miroir sans la moindre asp\u00e9rit\u00e9. Intel ne produit pas lui-m\u00eame ses lingots et wafers, pr\u00e9f\u00e9rant se fournir aupr\u00e8s de partenaires en wafers pr\u00eats \u00e0 \u00eatre trait\u00e9s. Le proc\u00e9d\u00e9 de fabrication High-K\/Metal Gate utilise des wafers de 300 mm, tandis qu’\u00e0 l’\u00e9poque des premiers processeurs du g\u00e9ant de Santa Clara, ce dernier travaillait sur des wafers de 50 mm. La progression dans la taille des wafers permet ainsi de diminuer le co\u00fbt unitaire des processeurs.<\/p>\n\n

\"Image<\/figure>\n\n

Traitement photor\u00e9sistant<\/h2>\n\n\n\n\n\n

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Le liquide bleu ci-dessus est un traitement photor\u00e9sistant similaire \u00e0 ceux utilis\u00e9s pour les pellicules en photographie argentique. Un mouvement circulaire est imprim\u00e9 aux wafers lors de cette \u00e9tape afin d’optimiser la r\u00e9partition du rev\u00eatement, doux et extr\u00eamement fin.<\/p>\n\n

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Exposition au rayonnement ultraviolet<\/h2>\n\n\n\n\n\n

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Le traitement photor\u00e9sistant est ensuite expos\u00e9 \u00e0 la lumi\u00e8re ultraviolette (UV). Pour reprendre la comparaison avec l’argentique, la r\u00e9action chimique provoqu\u00e9e par les UV est semblable au changement d’\u00e9tat d’une pellicule lorsque l’on d\u00e9clenche un appareil photo.<\/p>\n\n\n\n\n\n

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Les zones du wafer recouvertes du traitement photor\u00e9sistant deviennent solubles apr\u00e8s avoir \u00e9t\u00e9 expos\u00e9es aux UV. Cette exposition se fait \u00e0 l’aide de masques qui agissent comme des stencils. La combinaison de ces masques et des UV permet de cr\u00e9er les divers motifs de circuits ; la cr\u00e9ation d’un processeur implique une r\u00e9p\u00e9tition de ce proc\u00e9d\u00e9 de mani\u00e8re \u00e0 ce que de multiples couches se superposent.<\/p>\n\n\n\n\n\n

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La lentille que l’on voit au centre des trois \u00e9l\u00e9ments r\u00e9duit l’image du masque \u00e0 un point focalis\u00e9. Ainsi, l'”impression” qui en r\u00e9sulte sur le wafer est une r\u00e9duction lin\u00e9aire par quatre du motif du maque.<\/p>\n\n

\"Image<\/figure>\n\n

Seconde exposition<\/h2>\n\n\n\n\n\n

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Voici ce \u00e0 quoi ressemblerait un transistor si l’on pouvait le voir \u00e0 l’\u0153il nu. A titre d’exemple, le core Wolfdale en compte 410 millions sur une superficie de 107mm\u00b2, soit environ 3,8 millions par millim\u00e8tre carr\u00e9 !<\/p>\n\n\n\n\n\n

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Un transistor agit comme un interrupteur, contr\u00f4lant le flux \u00e9lectrique au sein d’une puce. D’apr\u00e8s les chercheurs d’Intel, la miniaturisation des transistors est telle que 30 millions d’entre eux pourraient \u00eatre r\u00e9partis sur une simple t\u00eate d’\u00e9pingle.<\/p>\n\n

\"Image<\/figure>\n\n

Lavage du traitement photor\u00e9sistant<\/h2>\n\n\n\n\n\n

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Les zones bleues, pr\u00e9alablement expos\u00e9es aux UV, sont nettoy\u00e9es par un solvant qui r\u00e9v\u00e8le le motif photor\u00e9sistant. C’est apr\u00e8s cette \u00e9tape que les transistors, interconnexions et autre contacts \u00e9lectriques commencent \u00e0 \u00eatre impl\u00e9ment\u00e9s.<\/p>\n\n

\"Image<\/figure>\n\n

Gravure en profondeur<\/h2>\n\n\n\n\n\n

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Ici, plusieurs agents chimiques gravent le wafer en profondeur autour des zones qui n’ont pas \u00e9t\u00e9 trait\u00e9es pour \u00eatre photor\u00e9sistantes.<\/p>\n\n

\"Image<\/figure>\n\n

Retrait du rev\u00eatement photor\u00e9sistant<\/h2>\n\n\n\n\n\n

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Apr\u00e8s la gravure en profondeur, le rev\u00eatement photor\u00e9sistant est retir\u00e9. Ainsi, les formes pr\u00e9vues deviennent visibles.<\/p>\n\n

\"Image<\/figure>\n\n

Nouveau traitement photor\u00e9sistant<\/h2>\n\n\n\n\n\n

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Un traitement photor\u00e9sistant (en bleu) suppl\u00e9mentaire est appliqu\u00e9 puis \u00e0 nouveau expos\u00e9 aux UV et lav\u00e9 avant l’\u00e9tape suivante, le dopage par faisceau d’ions : les particules ioniques sont expos\u00e9es au wafer, permettant ainsi de changer les propri\u00e9t\u00e9s chimiques du silicium de mani\u00e8re \u00e0 ce que le processeur puisse g\u00e9rer le flux \u00e9lectrique. <\/p>\n\n

\"Image<\/figure>\n\n

Dopage par faisceau d’ions<\/h2>\n\n\n\n\n\n

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Le proc\u00e9d\u00e9 d’implantation ionique (qualifi\u00e9 de dopage dans ce cas) consiste \u00e0 bombarder d’ions les zones expos\u00e9es du wafer en silicium. Leur implantation modifie la conductivit\u00e9 \u00e9lectrique du silicium, qui se rapproche ainsi de celle des m\u00e9taux. Pour arriver \u00e0 ce r\u00e9sultat, les ions sont propuls\u00e9s \u00e0 la surface du wafer \u00e0 tr\u00e8s haute vitesse gr\u00e2ce \u00e0 un champ \u00e9lectrique qui leur permet de d\u00e9passer les 300 000 Km\/h.<\/p>\n\n

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Retrait du second traitement photor\u00e9sistant<\/h2>\n\n\n\n\n\n

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Apr\u00e8s l’implantation ionique, le second rev\u00eatement photor\u00e9sistant est retir\u00e9 lui aussi. Les zones qui ont \u00e9t\u00e9 dop\u00e9es (en vert) regorgent alors d’atomes \u00e9trangers.<\/p>\n\n

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Le transistor<\/h2>\n\n\n\n\n\n

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Le transistor repr\u00e9sent\u00e9 ici est presque termin\u00e9 : trois trous ont \u00e9t\u00e9 creus\u00e9s dans la couche d’isolation (en rose) qui le recouvre, lesquels seront combl\u00e9s avec du cuivre qui permettra d’\u00e9tablir les connexions entre les transistors.<\/p>\n\n

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D\u00e9p\u00f4t Electrolytique<\/h2>\n\n\n\n\n\n

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A ce stade, les wafers sont plong\u00e9s dans une solution \u00e0 base de sulfate de cuivre. Les ions cuivre sont alors r\u00e9partis sur le transistor par un processus de d\u00e9p\u00f4t \u00e9lectrolytique. Ceux-ci vont du p\u00f4le positif (anode) au p\u00f4le n\u00e9gatif (cathode), mat\u00e9rialis\u00e9 par le wafer.<\/p>\n\n

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D\u00e9cantage des ions<\/h2>\n\n\n\n\n\n

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Les ions cuivre se d\u00e9cantent sous la forme d’une fine couche \u00e0 la surface du wafer.<\/p>\n\n

\"Image<\/figure>\n\n

Polissage<\/h2>\n\n\n\n\n\n

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La mati\u00e8re en exc\u00e8s est polie de fa\u00e7on \u00e0 ne laisser qu’une tr\u00e8s fine couche de cuivre.<\/p>\n\n

\"Image<\/figure>\n\n

Construction d’un r\u00e9seau en couches<\/h2>\n


De nombreuses couches m\u00e9talliques sont cr\u00e9es pour assurer l’interconnexion des transistors. Le “c\u00e2blage” de ces connexions varie suivant l’architecture et la conception d\u00e9termin\u00e9es pour un type de processeur. Ainsi, l’apparence tr\u00e8s plate des processeurs est trompeuse : le circuit complexe peut \u00eatre compos\u00e9 de plus de vingt couches superpos\u00e9es. Si l’on regarde un processeur de plus pr\u00e8s, le r\u00e9seau de circuits et transistors imbriqu\u00e9s peut faire penser \u00e0 un \u00e9changeur d’autoroute multi-\u00e9tages futuriste…<\/p>\n\n

\"Image<\/figure>\n\n

Tri des wafers<\/h2>\n\n\n\n\n\n

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Cette portion d’un wafer passe \u00e0 l’\u00e9preuve d’un premier test de fonctionnement : chaque puce re\u00e7oit plusieurs types de signaux-test qui sont alors suivis et compar\u00e9s aux “bonnes r\u00e9ponses”.<\/p>\n\n

\"Image<\/figure>\n\n

D\u00e9coupage du wafer<\/h2>\n\n\n\n\n\n

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Une fois que le rendement (le fameux yield) de processeurs aptes \u00e0 fonctionner a \u00e9t\u00e9 d\u00e9termin\u00e9, le wafer est d\u00e9coup\u00e9 en morceaux que nous connaissons bien sous le nom “dies”.<\/p>\n\n

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Le bon, la brute et le truand<\/h2>\n\n\n\n\n\n

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Les dies qui passent les tests avec succ\u00e8s passent \u00e0 l’\u00e9tape de l’encapsulation (packaging), tandis que ceux qui ont \u00e9chou\u00e9 sont jet\u00e9s. Il y a quelques ann\u00e9es, Intel en faisait des porte-cl\u00e9s. On se souvient que ce concept a \u00e9t\u00e9 repris il y a quelques mois par NVIDIA.<\/p>\n\n

\"Image<\/figure>\n\n

Zoom sur le die<\/h2>\n\n\n\n\n\n

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Voici donc le r\u00e9sultat du d\u00e9coupage, le die d’un processeur (ici un Core i7).<\/p>\n\n

\"Image<\/figure>\n\n

Encapsulation<\/h2>\n\n\n\n\n\n

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Le substrat, le die et le heatspreader sont assembl\u00e9s pour aboutir au processeur dans sa forme finale. Reli\u00e9 au socket de la carte m\u00e8re, le substrat vert joue un r\u00f4le d’interface \u00e9lectrique et m\u00e9canique entre le processeur et le reste des composants. La capsule (heatspreader) est quant \u00e0 elle l’interface thermique sur laquelle la solution de refroidissement est appliqu\u00e9e. Certains d’entre nous n’h\u00e9sitent pas \u00e0 la polir au papier de verre pendant des heures pour optimiser la surface d’\u00e9change, voir \u00e0 la retirer, ce qui reste tr\u00e8s dangeureux et plus vraiment int\u00e9ressant d\u00e9sormais.<\/p>\n\n

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Le processeur, roi des produits finis<\/h2>\n\n\n\n\n\n

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Les microprocesseurs sont les produits manufactur\u00e9s les plus complexes au monde. Il est important de noter que leur fabrication se fait au travers d’une centaine d’\u00e9tapes, seules les plus importantes ont donc \u00e9t\u00e9 repr\u00e9sent\u00e9es depuis le d\u00e9but de ce reportage photo. <\/p>\n\n

\"Image<\/figure>\n\n

Phase de test terminale<\/h2>\n\n\n\n\n\n

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S’il y a bien une \u00e9tape \u00e0 laquelle on voudrait assister pour faire son choix, c’est ici : les processeurs sont test\u00e9s par rapport \u00e0 leurs caract\u00e9ristiques principales, parmi lesquelles dissipation et fr\u00e9quence maximale.<\/p>\n\n

\"Image<\/figure>\n\n

R\u00e9partition des processeurs<\/h2>\n\n\n\n\n\n

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Suivant les r\u00e9sultats des tests par classe de CPU, les processeurs ayant les m\u00eames capacit\u00e9s sont dispos\u00e9s sur une palette de transport commune. Cette \u00e9tape est qualifi\u00e9e de “binning” : on d\u00e9termine alors la fr\u00e9quence maximale, ce qui permet de les trier par lot (batch) pour finalement les vendre en fonction des sp\u00e9cifications stables valid\u00e9es.<\/p>\n\n

\"Image<\/figure>\n\n

Direction revendeurs<\/h2>\n\n

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Au final, les processeurs sont envoy\u00e9s nus aux assembleurs ou bien en version bo\u00eete pour la vente directe au consommateur.<\/p>\n\n

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Nous remercions Intel de nous avoir fourni les illustrations de ce reportage photo, ainsi que le texte en anglais, lequel a \u00e9t\u00e9 adapt\u00e9. Ces illustrations en grand format ainsi que le texte original sont disponibles sur le site du fabricant. Si l’anglais ne vous rebute pas, Global Foundries a de son c\u00f4t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9 un tr\u00e8s bon documentaire sur le m\u00eame th\u00e8me.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

\u00ab Mais au fait, comment fabrique-t-on un processeur ? \u00bb C\u2019est \u00e0 cette question que nous avons voulu r\u00e9pondre tr\u00e8s simplement, en contactant Intel. Reportage sur les \u00e9tapes essentielles de la fabrication du produit manufactur\u00e9\u2026<\/p>","protected":false},"author":82,"featured_media":55428,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"templates\/single-photos.php","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"ep_exclude_from_search":false,"footnotes":""},"categories":[4068,4071],"tags":[493],"hubs":[],"acf":{"post_show_excerpt":true,"post_source":{"title":"Tom's Hardware FR","url":"http:\/\/www.presence-pc.com\/","target":""}},"yoast_head":"\nLa fabrication d'un processeur en images<\/title>\n<meta name=\"description\" content=\"\u00ab Mais au fait, comment fabrique-t-on un processeur ? \u00bb C\u2019est \u00e0 cette question que nous avons voulu r\u00e9pondre tr\u00e8s simplement, en contactant Intel. 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