Fabricación e instalación de procesadores Cristofer Martel Miranda Periféricos e Interfaces 11 de Noviembre de 2008

Contenido Fabricación de procesadores Sockets y slots Refrigeración Co-procesadores matemáticos Bugs Resolución de problemas

Fabricación de procesadores Cuando los transistores comenzaron a desbancar a los tubos de vacío en la mayoría de los circuitos electrónicos, el material que se empleaba para construirlos era el germanio. No mucho después comenzó a utilizarse el silicio, cuyo costo, características y abundancia lo hacían mucho más interesante. El silicio es el elemento mas abundante en la corteza terrestre después del oxigeno. Los procesadores son fabricados principalmente con este material pero el proceso de fabricación es muy complejo y costoso. Los fabricantes invierten miles de millones de dólares en la construcción de sus plantas de fabricación de procesadores.

Fabricación de procesadores Para convertir el silicio en chips tenemos que obtener cristales de silicio puro y lo haremos mediante el método de Czochralski. Lo primero que tenemos que hacer es purificar el silicio, para ello, seguimos los siguientes pasos: Primero metemos la materia prima(rocas de cuarzo) en un horno de arco eléctrico y obtenemos Silicio de grado metalúrgico que tiene un 99% de pureza pero esto no es suficiente para procesos electrónicos.

Fabricación de procesadores Entonces, volvemos a purificar el silicio pero ahora por unos procesos químicos hasta que la concentración de impurezas es inferior al 0.2 partes por millón y obtenemos el Silicio grado semiconductor. Después, se deposita en un recipiente que tiene forma barra, ésta se divide en trozos y cada uno se mete en un crisol de cuarzo y son metidos )) en un horno a más de 2500 ° Fahrenheit para eliminar las impurezas que les puedan quedar.

Fabricación de procesadores Cuando los trozos ya están fundidos, controlando que la temperatura este por encima del punto de fusión, se introduce una varilla que tiene en un extremo un cristal que actúa como semilla para que el silicio tenga la misma estructura cristalina que la semilla Dependiendo de la temperatura y la velocidad de rotación podemos obtener lingotes de mayor o menor diámetro.

Fabricación de procesadores Los lingotes que se obtienes son de 200mm o 300mm de diámetro

Fabricación de procesadores Cada lingote es cortado con una sierra de diamante de alta precisión en más de mil obleas, cada una de menos de un milímetro de ancho. Cada una de ellas son pulidas hasta que su superficie sea como la de un espejo.

Fabricación de procesadores Los chips son construidos en las obleas mediante el proceso de fotolitografía. A través de este proceso creamos transistores, circuitos y señales del camino de datos depositando diferentes capas de varios materiales encima del chip una detrás de otra.

Fabricación de procesadores Primero se pone a la oblea una capa de aislante de dióxido de silicio que aumenta la oblea ?¿? Después se le aplica una capa de material foto-resistente y se le proyecta el diseño del chip a través de una máscara sobre una superficie sensible a la luz.

Fabricación de procesadores Cuando hayamos impreso toda la oblea aplicamos una solución caústica en las áreas donde la luz ha golpeado el foto-resistente imprimiendo los circuitos de los componentes. El proceso sigue con el dopaje, depositamos una capa de material semiconductor en la oblea y encima el foto-resistente y repetimos el proceso anterior hasta que el chip haya sido completado.

Fabricación de procesadores En las zonas de interconexión se efectúan mediante capas de metalización. En el 2002 se utilizaba principalmente aluminio, pero empieza a utilizarse cobre que es mejor conductor y permite interconexiones más pequeñas. Este no se había utilizado antes debido a que tenia problemas de corrosión que fueron solucionados más adelante.

Fabricación de procesadores Silicon on insulator (SOI) es una tecnología de fabricación microelectrónica en la que se sustituye el sustrato tradicional compuesto de silicio mono cristalino por otro compuesto por un sándwich de capas de silicio-aislante-silicio

Fabricación de procesadores Cuando cada oblea esta acabada se le hace pasar unos test especiales a cada uno de los chips de la oblea y se marcan los malos para ser separados más tarde. Después, se corta cada chip de la oblea y cada uno de estos es testeado de nuevo, empaquetado y testeado de nuevo. El proceso de empaquetado se refiere a las uniones del chip con los pines encima del chip. Aqui

Fabricación de procesadores Hay varios tipos de empaquetado: El más común es el PGA (pin grid array), el zócalo clásico para la inserción en una placa base de un microprocesador, fue usado para procesadores como el 386 y el 486; consiste en un cuadrado de conectores en forma de agujero donde se insertan las patitas del chip por pura presión.

Fabricación de procesadores Después salió una versión ZIP(zero insertion force) que permite insertar y quitar componentes sin hacer fuerza y de una forma fácil, ya que lleva una palanca que impulsa todas las patillas con la misma presión, por lo que también evita que se dañen.

Fabricación de procesadores Había varias variantes del PGA, por ejemplo: PPGA (plastic pin grid array) FCPGA (flip-chip pin grid array) Estas dos fueron creadas por Intel Corporation para sus procesadores Pentium.

Fabricación de procesadores Otro tipo de empaquetado distinto al PGA es el SECC (Single Edge Contact Cartridge), es un cartucho con solo un borde que se conecta a la placa base. El SECC es usado para el Pentium II y el III.

Fabricación de procesadores Hay muchos chips que siendo de la misma oblea corren a velocidades diferentes, 75% correr a una alta velocidad y el 25% no llega a esa velocidad. Entonces son vendidos como procesadores de menor velocidad. Con el tiempo la gente descubrió que estos procesadores podían ir a más velocidad de la que ponía en sus especificaciones y aquí surgió el Overlocking.

Fabricación de procesadores Debido a lo anterior, muchos vendedores manipulaban procesadores de menor velocidad y los vendían como si fueran de mayor velocidad. La diferencia entre uno de baja velocidad y otro de alta velocidad podía estar entre los 130€ de diferencia siendo algo muy lucrativo para los vendedores pero no tanto para los compradores ya que solo algunos procesadores aguantaban el overcloking.

Intel y AMD intentaron poner fin a todo aquello poniendo un seguro en sus procesadores para que la velocidad del procesador no fuera manipulada pero no sirvió de mucho. Al final los estafadores eran capaz de desbloquear su dispositivo anti – overcloking.Lo mejor es tener cuidado donde comprar y verificar el número de la especificación y el de serie con Intel o AMD.

Fabricación de procesadores La tendencia de la industria es usar obleas mas grandes y reducir cada vez más el tamaño de los circuitos y los transistores en el chip. Se prevé que para el 2010 tengamos un aumento de un 1 billón por chip.

Fabricación de procesadores En la siguiente tabla se puede apreciar como han evolucionado los procesos de fabricación y como se prevé en el futuro.

Sockets y Slots ¿Qué es un Socket y un Slot? Son unas piezas de plástico que funcionan como intermediarios entre la placa base y el microprocesador. ¿Por qué se creo el Slot? Los slots se crearon para integrar cache y otros componentes de una manera barata para producir.

Sockets y Slots

Sockets y Slots Los primeros sockets fueron los siguientes Socket 1

Sockets y Slots Socket 2

Sockets y Slots Socket 3

Sockets y Slots Socket 6 Esto fueron construidos para el 486

Sockets y Slots Socket 4

Sockets y Slots Socket 5

Sockets y Slots Socket 7

Sockets y Slots Sockets 8 Todos estos fueron construidos para los Pentium y Pentium Pro

Sockets y Slots Ahora veremos los sockets actuales Socket T Usado para el Pentium 4 Prescott y Pentium Extreme Edition

Sockets y Slots Socket M2 Usado para Athlon64, Athlon64 FX, Athlon64 X2.

Sockets y Slots Solo hay 2 tipos de Slots Slot 1 Se usaba en el Pentium II y III, tenía 242 pines Slot 2 Se usaba en el Pentium II Xeon y III Xeon, tenía 330 pines

Voltajes de operación

Voltajes de operación

Refrigeración Debido a la alta velocidad del procesador, esté consume mucha energía y genera bastante calor. El procesador tiene que estar a una temperatura adecuada para funcionar correctamente Con el disipador y el ventilador conseguimos mantener una buena temperatura para el procesador Ahora veremos el correcto montaje del procesador y el conjunto del disipador con el ventilador refrigeración

Co-procesadores Matemáticos Un coprocesador es un microprocesador de un ordenador utilizado como suplemento de las funciones del procesador principal y su función es evitar que el procesador principal tenga que realizar estas tareas de cómputo intensivo, estos coprocesadores pueden acelerar el rendimiento del sistema por el hecho de esta descarga de trabajo en el procesador principal y porque suelen ser procesadores especializados que realizan las tareas para las que están diseñado más eficientemente.

Co-procesadores Matemáticos La mayoría de las aplicaciones que usan el punto flotante ahora usan SSE, SSE2, SSE3, estas instrucciones son más rápidas y más precisas que otro X87 Coprocesador.

Bugs El procesador es el cerebro de un sistema, la mayoría de los sistemas no funcionan con un procesador defectuoso. Algunos problemas del sistema se construyen adentro en la fábrica, aunque estos defectos del diseño son raros. Muchos fallos en el diseño de un procesador pueden ser fijados alterando el micro-código en el procesador. Es importante instalar la BIOS más reciente de la placa base siempre que se instale un procesador nuevo para así tener los fallos corregidos .

Resolución de problemas La mayoría de los problemas en el ordenador son causados por otros dispositivos pero si sospecha del procesador puede mirar la siguiente tabla para identificar el problema

Resolución de problemas Posible causa Solución El sistema esta muerto No hay nada Cable de alimentación Reemplazar Fuente de alimentación La placa madre Memoria No hay pitidos, se bloquea Todos los componentes están instalados Revisar todos los componentes y resetearlos Hay pitidos en el arranque y no hay cursor en la pantalla Falla la tarjeta gráfica o Resetear o reemplazar la tarjeta grafica El sistema arranca y el ventilador funciona pero no hay pitidos El procesador no esta apropiadamente instalado Resetear o reinstalar el procesador

Problema Posible Causa Solución Se bloquea o un poco después POST? Pobre disipación Revisar la CPU/ Reemplazar si es necesario Voltaje inapropiado Colocar el voltaje apropiado Velocidad del Front-side bus equivocada Colocar la velocidad apropiada Identificación incorrecta durante el POST BIOS vieja Actualizarla Placa no configurada apropiadamente Revisar el manual El sistema no arranca después de haber instalado un procesador nuevo La CPU no esta bien instalada La BIOS no soporta a la CPU Instalar de nuevo la CPU La placa no puede usar la CPU Verificar el soporte de la placa

Problemas Posible Causa Solución El S.O no se carga disipación pobre Revisar el ventilador de la CPU Voltajes inapropiados Corregir los voltajes Reloj de la CPU incorrecto Corregir el reloj El sistema trabaja pero no se ve El monitor esta apagado O falla Revisar el monitor y el cable de alimentación / Reemplazar