[컴퓨터구조] (semiconductor) technologies

<Old computer systems>

 

- numerous individual chips per function

can't fit many transistors inside a single IC

 

- CPU has a single processor core

 

- drawbacks:

1. chip-to-chip data communication: slow

2. high power consumption

3. expensive

4. low reliability (one of the chip fails -> fail / small component can effect)

 

이후에 large amount of transistor -> increase performance of system

 

-트랜지스터(transistor)란?

전기로 제어되는 온/오프 스위치

 

집적회로는 수십, 수백 개의 트랜지스터를 칩 하나에 집적시킨 것.

Like Moore said, 집적회로의 집적도는 매우 일정한 속도로 증가하고 있다.

(1977년 이래로 DRAM의 용량은 3년에 4배씩 꾸준히 증가하여 35년 만에 무려 16,000배로 늘어났다.)

 

집적회로 칩의 생산은 모래의 구성 성분인 실리콘에서부터 출발한다.

실리콘은 전기를 통하기는 하는데 썩 잘 통하는 편은 아니어서 반도체(semiconductor)라고 부른다.

 

특수한 화학적 처리를 거쳐 불순물을 첨가하면 실리콘의 작은 부분을 다음 세 가지 중 하나로 바꿀 수 있다.

1. 전기의 양도체 (초소형 구리나 알루미늄 전선)
2. 전기 절연체 (플라스틱 피복이나 유리 같은)
3. 조건에 따라 도체가 되기도 하고 절연체가 되기도 하는 물질(스위치) -> 트랜지스터가 여기에 속함!

 

- Manufacturing Integrated Circuits (ICs) 집적회로 제조 과정

Silicon ingot (bulk of silicon) -> (slicer) -> wafers(웨이퍼)

이렇게 잘라진 웨이퍼는 화학 물질을 첨가하여 부분 부분을 트랜지스터, 도체, 절연체로 바꾸는 일련의 공정을 거치게 된다. 각 계층의 도체는 절연체 층으로 분리된다.

웨이퍼 어느 한 부분이라도 흠집이 생기면 그 부분은 못 쓰게 된다. 웨이퍼를 컴포넌트별로 자른다. -> die / chip

검사를 통과한 die는 패키지에 붙이고, 납품하기 전 다시 한 번 검사를 거친다.

=> finally, ship to customoers

 

여러 조각으로 나누면 웨이퍼에 결함이 생겼을 때 웨이퍼 전체를 버리는 대신 해당 다이만 버리면 된다!

Yield(수율): percentage of correctly working dies

(웨이퍼 상의 전체 다이 중 정상 다이의 비율)

다이 원가 = 웨이퍼당 가격 / (웨이퍼당 다이의 수 * 수율)

 

chip 크기 크면 클수록 비싼 경향이 있다.

but, 원가는 결함의 비율이나 다이와 웨이퍼의 크기에 따라 달라지기 때문에, 일반적으로 다이 크기에 선형으로 비례하지는 않는다. (non-linear relation to area and defect rate)

 

(참고) "Chiplet" Trend

요즘 추세는 multiple small chips known as "chiplets"

divided to smaller parts -> 1980년대 칩 문제점 지닐 수도.

but, 이전과 다르게 small chips' connection does not rely on large wire