CPUの仕組みはすごいと思われるかもしれませんが、何十年にもわたる巧妙なエンジニアリングの結果なのです。チップを構成するトランジスタが微細化するにつれて、その製造方法はますます複雑になっています。

フォトリソグラフィー

トランジスタがあまりにも小さくなったので、**商人**は通常の方法では**回せなくなった。精密旋盤や3Dプリンターでも非常に複雑な製品を作ることはできますが、一般的には最高ミクロンレベル（約1/3インチ）の精度であり、今日のナノメーターレベルのチップには適していません**。

フォトリソグラフィーは、この問題を解決するために、複雑な機械を非常に精密に動かす必要がありません。その代わり、教室で見かける昔ながらのプロジェクターのように、光を使って画像をチップにエッチングするのだが、逆にステンシルを必要な精度に縮小する。

この画像はシリコンウェハーに投影される。ウェハーは管理された実験室で非常に高い精度で加工される。ウェハーにわずかなゴミが付着するだけで、数千ドルの損失が発生するからだ。ウェハーにはフォトレジストと呼ばれる材料が塗られ、光に反応して洗い流され、CPUのエッチングが残る。このエッチングに銅を充填したりドープしたりして、トランジスタを形成することができる。これを何度も繰り返し、3Dプリンターでプラスチックを積み上げるように、CPUを積み上げていく。

ナノスケールリソグラフィーにおけるいくつかの問題点

トランジスタがダメなら、小さくすればいいというものでもなく、ナノテクノロジーは物理的な問題にぶつかる。トランジスタは、スイッチを切ると電気の流れが止まるはずなのですが、小さくなりすぎて、電子がそのまま通過してしまうのです。これは量子トンネルと呼ばれ、シリコン技術者にとって大きな問題である。

不具合も問題です。フォトリソグラフィーでも精度に上限がある。プロジェクターの映像がぼやけるのと同じで、拡大・縮小すると鮮明でなくなる。現在、ファウンドリーでは、人間が知覚できる波長よりもはるかに高い「極端な」紫外線を真空チャンバー内で使用することで、この影響を軽減しようとしている。しかし、規模が小さくなればなるほど、この問題は続くことになります。

欠陥がCPUコアに当たると、そのコアを無効にしてローエンド部品として販売するビニングというプロセスによって、欠陥が緩和されることがあります。実は、ほとんどのCPUファミリーは同じ設計図**を使っているのですが、コアを無効化して低価格で販売しているのです。キャッシュやその他の重要な部品に欠陥が及ぶと、チップを廃棄しなければならなくなり、歩留まりが悪くなり、価格も高くなる。7nmや10nmといった新しいプロセスノードでは、欠陥率が高くなり、その分コストも高くなります。

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包み込むように

民生用CPUの梱包は、単に箱に入れ発泡スチロールを入れるだけではありません。CPUが終了しても、他の部分と接続できなければ意味がない。パッケージング」とは、多くの人が "CPU "と思っている基板に、繊細なシリコンチップを貼り付ける方法のことです。

この工程では高い精度が要求されるが、前の工程ほどではない。CPUチップは、マザーボードと接触するすべてのピンを電気的に接続したシリコン基板に搭載される。最近のCPUは数千のピンを持つことができ、ハイエンドのAMD Threadripperは4094ピンを持っています。

CPUの発熱が大きく、前面からも保護する必要があるため、上部に「統合型ヒートスプレッダー」を搭載しています。これが金型に接触し、上部に搭載されたクーラーに熱を伝える。一部のエンスージアストにとっては、この接続に使用する熱伝導ペーストが十分でなかったため、より高度なソリューションを適用するためにプロセッサをダウングレードする人がいました。

それらを組み合わせれば、本物の箱に収められ、棚に並べられ、未来のコンピューターに入れられるようになります。これだけ複雑な**産業**であれば、ほとんどのCPUが数百ドルしかしないのも不思議ではありません。

CPUがどのように作られているか、より技術的な情報が必要な場合は、Wikichipのリソグラフィープロセスとマイクロアーキテクチャの解説をご覧ください。