1. Računarstvo i informatika III
Karakteristike i tehnologije proizvodnje mikroprocesora

2. Osnovni modeli Intel mikroprocesora familije 80x86
U ovoj lekciji...
Šta ćemo učiti
Osnovni modeli Intel mikroprocesora familije 80x86
Osnovni modeli Intel kompatibilnih mikroprocesora
Projektovanje čipova
Fabrikacija čipova
Pakovanje mikroprocesora

3. Sirovine za proizvodnju čipova
Silicijumske oblande - vejferi (wafers)
isecaju se iz šipki hemijski čistog silicijuma
Hemikalije i gasovi
za nagrizanje i ispiranje nepotrebnih slojeva
Metali (aluminijum, bakar, zlato)
za povezivanje komponenti u samom čipu i za povezivanje čipa sa spoljašnjim svetom
Ultravioletna svetlost
za omekšavanje fotorezistora u postupku formiranja slojeva
Maske
za zaštitu oblasti na kojima treba da ostane fotorezistor posle osvetljavanja
Osnovna sirovina za izradu čipova je silicijum koji se nalazi u svakom kamenu i pesku. Topljenjem i pročišćavanjem prave se šipke iz kojih se izrezuju pločice čistog silicijuma.
Hemijski element silicijum - silicon (Si), nakon kiseonika najrašireniji element u Zemljinoj kori, koja ga sadržava 27% (više nego svih ostalih elemenata zajedno). Tehnički se dobija u električnim pećima iz kvarca i koksa u prisustvu metala.
Silikon - silicone: veštačka polimerna silicijumorganska jedinjenja, koja obično sadrže više silicijuma nego ugljenika. Termički stabilnija od organskih polimera, vodoodbojna, imaju odlična elektroizolaciona svojstva. Proizvode se u obliku gume, ulja ili smole.
Silicijum se može oksidacijom pretvoriti u staklo i od njega napraviti električni izolator, mogu se u njega ugraditi aluminijumski vodovi koji će poput žica provoditi elektricitet, a može se bombardovati atomima joda (ili se nekako drugačije dopirati - “hemijski zaprljati”) i tako ga naterati da u nekim okolnostima provodi struju, a u nekim opet ne. Ta mu je osobina darovala ime - poluprovodnik.

4. Šipka hemijski čistog silikona
Od sirovog materijala (kvarcnih stena) u složenom procesu (topljenje, destilacija) proizvode se šipke % čistog silicijuma
Svaka šipka dugačka je oko 1.5 m, teži stotine kg i ima prečnik 200 do 300 mm.
Priprema silicijuma za proizvodnju čipova je dugačak proces koji počinje proizvodnjom kristala čistog silicijuma u procesu koji se naziva metod Czochralskog.
Sirov materijal, kvarcne stene dobijene miniranjem pećima dovode se u metaluršku vrstu silicijuma. Zatim se ovaj materijal topi, destiliše i vraća u formu silicijumske poluge koja % čist silicijum. Ove poluge se mehanički lome u komade, pakuju u kvarcne sudove od vatrostalnog materijala koje se stavljaju u električne peći. Tu se komadi silicijuma tope na više od 2500 stepeni F da bi se izbacile nečistoće. Kada se silicijum istopi, u njega se stavlja mala kristalna semenka i čitav sud polako rotira. Kada se kristalna semnka izvadi, zajedno sa njom izlazi i deo silicijuma koji očvršnjavanjem dobija istu kristalnu strukturu kao seme. Pažljivom kontrolom brzine vađenja semena (10-40 mm/h) i temperature kristal raste u uzanu šipku koja se zatim proširuje do željenog prečnika. Zavisno od čipa koji se proizvodi svaka poluga je dugačka oko 5 stopa i ima prečnik od oko 12 inča.
Poluga se zatim seče u cilindre sa prečnikom od 200 ili 300 mm. Iz svake poluge se preciznom dijamantskom testerom isecaju diskovi debljine manje od milimetra (bude ih oko 1000 iz jedne poluge), koji se zatim poliraju do ogledalskog sjaja. Za ove silicujumske diskove koji predstavlju usnovu na kojoj će biti napravljeni čipovi koristi se termin vejfer (wafer).

5. Isecanje silicijumskih obladi
Standardne vrednosti danas - 200mm prečnika  mm2
Pentium II na 300MHz sa oko 7.5 miliona tranzistora
proizvodi se u 0.35 procesu, die=202 mm2  150 Pentiuma II na 1 vejferu
Trend veći vejferi manji čipovi se odnosi na veličinu individualnih kola i tranzistora u čipu.
Pentium II na 450MHz proizvodi se u 0.25 procesu, die=104 mm2  300 Pentiuma II na istom vejferu
Pentium III na 600MHz i brži čipovi proizvode se u 0.18 procesu, die=104 mm2  300 Pentiuma III na 1 vejferu, mada je u svaki od njih ugrađeno oko 28.1 miliona tranzistora (računajući i ugrađen L2 keš)
U budućnosti sa 0.18 procesa prelazi se na 0.13, a sa vejfera koji imaju prečnik 8 inča na vejfere sa 12 inča u prečniku, odnosno dobija se više nego dvostruki broj čipova po vejferu. Ovo povećava izdašnost (yield = dobri/loši)
Izdašnost je u početku proizvodnje novog čipa manja od 50%, a pri kraju veća od 90%. Što je izdašnost manja, cena je veća i čipovi se sporo isporučuju mušterijama.

6. Tacna sa silikonskim pločicama ulaže se u peć za obradu pod visokom temperaturom
Slika ilustruje osnovni problem proizvodnje čipova: Što je više što manjih čipova na jednoj tacni, to je proizvodnja veća, a cena manja.

7. Proizvodnja (Fabrication)
Mikroprocesori se proizvode u slojevima na silicijumskoj oblandi (silicon wafer) kroz različite postupke uz korišćenje hemikalija, gasova i osvetljlavanja.
Mada se na jednom vejferu proizvodi više mikroprocesora, naša demonstracija prikazivaće proizvodnju samo jednog od njih.
Litografija
Čipovi se prave procesom litografije, tj. umnožavanjem matrice na ploče od silicijuma koje se uobičajeno nazivaju silicijumske oblande. Matrica koja se prenosi sadrži strukturu, po slojevirna, kompletnog čipa uključujući tranzistore, njihove spojeve i ostale komponente. Za pravljenje slike matrice se koristi fotootpornik sastavljen od polimera, materijala sačinjenog od dugačkih lanaca komponenti koje se ponavljaju. Pri pravljenju svakog od slojeva na čipu, na kompletnu površinu silicijumske oblande se nanosi po jedan sloj fotootpornika. Kada laserski zrak krećući se po matrici deluje na fotootpornik, osvetljeni delovi se rastvaraju, dok neeksponirani ostaju na istom mestu. Deo fotootpornika koji ostaje nadalje se koristi kao zaštita, bilo kao štit od jonskih zraka kojima je materijal izložen, bilo za određivanje mesta smeštanja novih materijala. Postupak se ponavlja za svaki sloj na matrici sa koje se vrši preslikavanje. Kada se na kraju procesa preostali fotootpornik ukloni pomoću organskog rastvora, silicijumska oblanda ostaje sa narezanom željenom strukturom na površini.
Koristeći ovu tehnologiju na svakoj oblandi se istovremeno narezuje velik broj čipova. Posle testiranja ispravnosti oblanda se deli na pojedinačne čipove. Ako su u pitanju mikroprocesorski čipovi, oni se tada montiraju na okvir na kome se nalaze kontakti preko kojih mikroprocesor komunicira sa spoljašnjom okolinom. Najčešće se kao okvir ili podloga koriste keramika ili organski materijali.

8. Zatim se vejfer pokriva supstancom fotorezistora.
Prvi sloj SiO2 oblaže se izlaganjem ekstremno visokoj temperaturi i gasovima. Njegov rast nalikuje pojavi korozije na metalu kada se izloži vodi.
Sloj SiO2 na vejferu raste mnogo brže i suviše je tanak da bi se video golim okom.
Zatim se vejfer pokriva supstancom fotorezistora.
Čipovi se proizvode od vejfera procesom koji se naziva fotolitografija. U toku ovog fotografskog procesa tranzistori i ostali elementi i putanje signala proizvode se od poluprovodnika postavljanjem raznih slojeva od raznih materijala jedan preko drugog. U preseku se formiraju tranzistori ili prekidači. Fotolitografski proces počinje kada se sloj SiO2 postavi na vejfer kroz naslage pare. Zatim se pokriva fotorezistivnim materijalom i preko maske se izlaže ultravioletnom zračenju. Doping je termin koji se koristi da opiše nečistoće koje se dodaju silicijumu (prirodno neprovodljivom) da bi se napravio materijal sa poluprovodničkim karakteristikama.
Postoje dve vrste hemijskih nečistoća: donori i akceptori. Donori su hemijske nečistoće koje sačinjavaju atomi petovalentnih elemenata kao što su antimon (Sb) ili arsen (As). Poluprovodnik sa donorom naziva se poluprovodnikom N tipa jer ima veću koncentraciju negativno naelektrisanih elektrona. U poluprovodniku P tipa, koji se dobija dodavanjem trovalentnih elementa akceptora, na primer aluminijuma (Al) ili galijuma (Ga), šupljine imaju znatno veću koncentraciju nego slobodni elektroni.

9. Fotolitografija
U procesu koji se naziva fotolitografija, UV svetlo se propušta kroz maske. Maske zaštićuju pojedine delove vejfera od osvetljavanja. Svetlo pretvara izložene oblasti fotorezistora u gnjecavu masu.
Za svaki sloj koristi se maska sa drugačijim uzorkom.

10. Graviranje
Omeškali fotorezistor se rastvara kiselinama i otkriva oblasti SiO2 koje nisu bile pokrivene maskom.
Otkriveni SiO2 se korišćenjem hemikalija gravira - uklanja.
Ostatak fotorezistora se ispira. Ovaj proces ostavlja grebene SiO2 na silikonskoj osnovi.

11. Postavljanje nove fotografske maske preko gotove stukture
Projektor koristi specijalno kreiranu masku koja u stvari predstavlja negativ sloja na čipu koji treba nagristi na kvarcnoj površini. U proizvodnju Pentium III procesora koristi se više od 20 maski za kreiranje 6 slojeva od metala i poluprovodnika.
Svaki zaseban čip imidža zove se die. Uređaj koji se zove steper pomera vejfer u malim koracima i ista maska se koristi da bi se uzorci postavili jedan uz drugi. Pošto se tako pokrije cela površina vejfera, kiselinama se ispira oblast koja je pod dejstvom ultravioletne svestlosti omekšala, ostavljajući mesta za povezivanje različitih niovoa. Zatim se sledeći sloj poluprovodničkog materijala postavlja na vejfer, prekriva se fotorezistorom i osvetljava kroz sledeću masku. Ovaj postupak se ponvalja sve dok se sve komponente i svi slojevi svakog čipa ne kompletiraju. Završna maska formira metalizacioni sloj koji predstavlja metalne veze za povezivanje svih pojedinačnih tranzistora i drugih komponenti u čipu. Danas se kod mnogih čipova koristi aluminijum, mada će ubuduće to verovatno biti bakar. Prvi komercijalni PC čip koji koristi bakar je Athlon proizveden u AMD-ovoj fabrici. Bakar je bolji provodnik od aluminijuma i omogućava manje veze sa manjim otporom, dakle manje i brže čipove. Do sada nije bio korišćen zato što se teško rešavao problem korozije za vreme proizvodnje (tog problema nema sa aluminijumom)

12. Priprema maski
U prostorijama u kojima nema ni trunke prašine radnice pomoću mikroskopa usklađuju fotografske maske pre svake faze litografskog postupka.

13. Zatim se postavlja sloj polikristala i još jedan sloj fotorezistora.
Slojevi
Pri postavljanju sledećeg sloja prvo se nanosi tanak premaz SiO2 preko cele površine čipa.
Zatim se postavlja sloj polikristala i još jedan sloj fotorezistora.
Površina se kroz drugu masku izlaže UV svetlosti .
Fotorezistor se rastvara kiselinom i otkriva polikristal koji se zatim sastruže korišćenjem hemikalija.
Ostatak fotorezistora se uklanja ostavljajući grebene polikristala i SiO2.
Čipovi se sastoje od velikog broja tranzistora, između kojih se nalazi izolator koji blokira protok elektriciteta. U osnovnim komponentama računarskih čipova slojevi izolatora se koriste da bi razdvojili vrata od kanala kojim se dovodi i odvodi signal. Takođe, izolatori se koriste da bi razdvojili slojeve žica koji spajaju tranzistore na čipu i sprečili kontakt između njih. U CMOS čipovima kao izolator se koristi silicijum dioksid. Pored toga što je dobar izolator, on se može jednostavno smestiti na svako mesto gde je potreban jer je kompatibilan sa silicijumom. Međutim, zbog sve veće minijaturizacije sloj silicijum dioksida koji se koristi kao izolator je morao da bude sve tanji i tanji kako je rastao broj tranzistora. Današnji sloj izolatora je debeo 3-4nm i njegovim daljim smanjivanjem ispod 2nm silicijum dioksid prestaje da bude izolator. Predviđa se da će u vrlo skoroj budućnosti (na­rednih 5-6 godina) broj tranzistora u čipu dostići red veličine od milijardu. Kako će u takvim čipovima, zbog uštede prostora, debljina izolatora morati da bude manja od 2nm, u laboratorijama širom sveta se vrše eksperimenti sa novim materijalima koji mogu da posluže kao izolatori.

14. Dopiranje (Ion Implantation)
Kroz proces dopiranja izložene zone na vejferu se bombarduju jonima “hemijskih nećistoća” - trovalentnih ili petovalentnih elemenata. Na taj način dobijamo “zaprljane” zone koje se ponašaju kao provodnici.

15. Dopiranje
Silicijumske oblande (vejferi) se u kompjuterski upravljanim vakuumskim pećima izlažu bombardovanju (dopiranju) atomima metala koji u svojoj atomskoj strukturi imaju po jedan atom više ili manje od silicijuma.

16. Slojevi preko slojeva
Postavljanje slojeva i izlaganje svetlosti kroz masku se ponavlja i treba napraviti otvore kroz koje će se napraviti veza između slojeva.
Otvori se popunjavaju atomima metala. Tako napravljene metalne stazice omogućavaju povezivanje sa izvorom struje.
Broj slojeva zavisi od složenosti čipa. Mikroprocesori se danas proizvode u 20-tak slojeva.

17. Mnoštvo procesora na vejferu
Proizvodnja mikroprocesora je mnogo složenija od ove pojednostavljene prezentacije.
U stvarnosti treba obaviti oko 250 koraka da se dođe do vejfera sa stotinama gotovih identičnih čipova.
Svaki čip se testira, izrezuje, stavlja u kućište i ponovo testira.
Na kraju, specijalni uređaji testiraju svaki čip na vejferu i markiraju loše. Čipovi se isecaju laserski vođenim dijamantskim testerama, ponovo se testiraju , pakuju i opet testiraju. Pakovanje (bounding) vrše specijalne mašine koje ugrađuju fine zlatne žičice između die i pinova. Gotova integralna kola se zatim testiraju u uslovima različitog pritiska temperature i brzine, i u zavisnosti od testova koje sa uspehom prođu formira se njihova cena.

18. Wafer
Na tankoj silicijumskoj oblandi odjednom se pravi nekoliko stotina čipova koji se pomoću kompjutera kontrolišu i nakon toga razdvajaju.

19. Pakovanja čipova
Mikroprocesorski čip se lepi na donji deo plastičnog kućišta, a kontakti se pomoću tankih žičica povezuju sa nožicama (pinovima) kućišta

20. Procesorsko kućište bez čipa
Integralno kolo
Kućište IC u koje je smešten čip. S obe strane kućišta vide se nožice koje služe za lemljenje čipa na štampanu ploču.
Procesorsko kućište bez čipa
Čip spojen vrlo tankim vodovima na mnogo čvršće nožice postavljene u dva reda, po jedan sa svake strane kućišta.
Na početku ere razvoja mikroprocesora za osnovu na kojoj su montirani čipovi korišćena je keramika, dok su veze obezbeđivane spajanjem samo na krajevima kalupa na kome se nalazio mikroprocesor. Ova tehnologija je nazvana DIP (Dual-In-line Pacakges). Kod ove tehnologije broj pinova je bio relativno mali (do 40) kao i brzina rada (do 2OMHz).
Nove mogućnosti mikroprocesora i zahtevale su povećan broj kontakata (do 100 kod 80386). Zbog povećanja broja kontakata kao i povećanja radnog takta časovnika (kod na 33MHz) koje je uz istovremeno U/I prekidanje moglo da dovede do neželjenih električnih smetnji u pakovanju, koristi se PGA (Pin-Grid-Array) pakovanje. Ono omogućava da se veći broj veza smesti na manju površinu.
Sa pojavom P6 arhitekture promenio se i način pakovanja. Kod Pentium Pro procesora keš memorija i procesorski čip su bili smešteni na dvostrukom keramičkom pakovanju. Počevši od Pentiuma II, procesor i keš memorija su smeštani na posebnim pakovanjima koji su povezivani pomoću standardne štampane ploče. Dolazi do pojave i upotrebe LGA (Land Grid Array), PLGA (Plastic LGA) i OLGA (Organic LGA) pakovanja u kojima se keramika zamenjuje organskim materijalima.
U ovom periodu počinje da se koristi pakovanje u obliku kertridža koje omogućuje smeštanje keša i ostalih čipova na različite načine u zavisnosti od sistema komeje procesor namenjen. Umesto iglica, kod kertridža se kontakti ostvaruju SECC (Single Edge Cartridge Connector) vezom..
Sem ovih postoje i drugi načini pakovanja čipova. Jedan od njih, koji se npr. koristi za PowerPC u raznim varijantama, je BGA (Ball Grid Array). BGA sistem se sastoji od kontakata u obliku loptica na pakovanju čipa koje se užlebljuju za podnožje.

21. Integralno kolo - uvećano
Veliko povećanje. Logički sklopovi se sastoje od nekoliko tranzistora. Oni predstavljaju arhitekturu čipa i raspoređeni su u blokovima
Zidovi su visoki samo hiljaditi deo mm. Ceo čip uvećan do razmera ove slike imao bi stranicu dugačku 6.5 km

22. Osnovni modeli Intelovih mikroprocesora familije 80x86
8086 ima 16-bitne registre i 16-bitnu eksternu magistralu podataka. Zahvaljujući 20-bitnom adresnom busu omogućava adresiranje 1 MB adresnog prostora je identičan, jedino ima 8-bitni eksterni data bus. Ovi procesori uveli su IA segmentaciju, ali samo u realnom režimu.
80286 uveo je zaštićeni režim u IA u kome je max veličina OM proširena na 16MB i omogućeno korišćenje virtualne memorije zasnovane na razmeni segmenta između OM i HDD, kao i niz mehanizama zaštite.
386 uveo je u IA 32-bitne registre. Oni se koriste i za argumente sa kojima se vrše računanja i za adresiranja. Novi virtual-8086 režim omogućio je veću efikasnost pri izvršavanju programa pisanih za 8086 i 8088 CPU. 32-bitna adresna magistrala omogućava 4GB adresni prostor. Skup instrukcija je proširen novim 32-bitnim argumentima, novim načinima adresiranja i potpuno novim instrukcijama za rad sa bitovima. Intel386 uveo je straničenje (paging) u IA. sa fiksnom 4KB straničnom organizacijom - značajno boljim mehanizmom za upravljanje virtualnom memorijom nego što je segmentna realizacija virtualne memorije. Mogućnost rada sa segmentima većim od 4GB fizičkog adresnog prostora udružena sa straničenjem omogućila je da se uvede zaštićeni linearni (flat) model adresiranja memorije u IA, uključujući kompletnu implementaciju OS UNIX.
486 dodaje nove mogućnosti za paralelnu obradu proširujući Intel386 jedinice za dekodiranje i izvršavanje u 5-nivosku tekuću liniju u kojoj svaki nivo (kada je popunjen) može da radi paralelno sa ostalim nivoima, čime se omogućava uporedo izvršavanje 5 instrukcija koje se nalaze u različitim fazama izvršavanja. Svaki nivo obrađuje jednu instrukciju za jedan takt pa 486 može da izvršava većinu instrukcija za samo jedan takt. U procesor je ugrađen L1 keš i numerički koprocesor, a sam procesor dobio je nove pinove, nove kontrolne bitove u fleg registru i instrukcije za podršku L2 keša i višeprocesorski rad. Kasniji Intel486 procesori imali su mogućnost da podrže uštedu energije i druge mogućnosti za upravljanje sistemom sa Intel486SL proširenjem. (za prenosne računare koji rade na baterije).
Pentium dodaje drugu tekuću liniju za podršku superskalarnih performansi (dve tekuće linije, poznate kao U i V, zajedno izvršavaju 2 instrukcije za jedan takt). Ugrađeni L1 keš takođe je udvostručen sa 8KB za kod i još 8KB za podatke. Predviđanje granja pomoću tabele grananja koja je ugrađena u čip dao je bolje performanse za izvršavanje petlji. Proširenja su dodata i u virtualni-8086 režim koji je sada efikasniji, a takođe može da se radi i sa 4KB i sa 4MB stranicama. Glavni registri su i dalje 32-bitni, ali su interni putevi podataka od 128 do 256 bitova široki kako bi se ubrzo interni prenos i burst prenos preko eksterne magistrale podataka koja je 64-bitna. Poboljšani kontroler prekida APIC dodao je mogućnost da se radi sa više Pentium procesora, a novi pinovi i specijalan mod (dual processing) projektovani su da podrže sisteme sa dva razdvojena procesora.

23. Aktuelni modeli procesora
Athlon 64 FX
Athlon 64
Athlon XP 3200+
Pentium4 C
Pentium 4 EE
Radni takt
2.2 2
3.2
proces izrade
0.13 SOI
0.13
tranzistora (miliona)
105.9
37.5 55
168
napon
1.55
1.65
Setovi instrukcija
SSE/SSE2/3DNow
SSE/3DNow
SSE /SSE2
L1cache
64 / 64
8 + 20
L2 cache
1 MB
512 KB
512 Kb
L3 cache -
2 MB
cache width
128bit
64bit
256bit

24. Intelovi mikroprocesori
Intel Pentium II Koristi SECC (Slot1)
Intel Pentium MMX
Intel Celeron sa SEPP (Slot1) konektorom
Intel Pentium III Katmai SECC2 (Slot1)
Intel Pentium III Coppermine FC-PGA
Intel Pentium MMX do nedavno PC standard za većinu primena. Više se ne proizvodi, ali se drugi procesori i dalje upoređuju sa njim.
Pentium Pro procesor uveo je "dinamičko izvršavanje". On ima superskalarnu arhitekturu sa tri puta (three-way) koja omogućava da se tri instrukcije izvršavaju za jedan ciklus. Tri jedinice za dekodiranje instrukcija rade paralelno da bi dekodirale kod u malim operacijama koje se nazivaju "micro-ops". One se smeštaju u bazen instrukcija i (kada međuzavisnost nije sprečena) mogu da se izvršavaju preko reda u pet paralelnih jedinica za izvršavanje (dve celobrojna, dve FPU i jedna za komunikaciju sa memorijom).
Pentium II je doskora bio standard za profi primene. Radi na MHz, sa 512kB cachea na 1/2 takta. Koristi SECC (Slot1) konektor, a 2 ili čak 4 mogu da rade paralelno na specijalnim dual/quad pločama. Ovaj procesor dodao je MMX instrukcije Pentium Pro arhitekturi procesora. Za njega je karakterističan Single Edge Contact (SEC) kertridž i veliki hladnjak. Procesor se nalazi na maloj ploči zajedno sa L2 kešom koji se zatim postavlja u ivični konektor matične ploče - Slot 1 ili Slot 2, vrlo slično PC I/O kartici. Pentium II procesor proširio je L1 keš podataka i L1 keš instrukcija na po 16 KB svaki, a koristi L2 keš od 256KB, 512KB, 1MB ili 2MB (jedino za Slot 2).
Pentium III je zasnovan je na arhitekturi procesora Pentium Pro i Pentium II. Pentium III uveo je 70 novih instrukcija u IA skup instrukcija. Odredište ovih instrukcija je funkcionalna jedinica sa arhitekturom poznatom kao nova SIMD jedinica pokretnog zareza.
Intel Celeron je CPU standard za kućne i SOHO primene. Pravio se najpre na MHz bez L2 cachea, a zatim na MHz sa 128k cache na taktu procesora. Model sa SEPP (Slot1) konektorom.
Intel Celeron PPGA (desno na ovoj slici) je novije CPU pakovanje. Vidi se spoljna razlika u odnosu na klasični Pentium (levo) po 370 pinova, pa se podnožje za njega naziva Socket370.
Intel Pentium III Katmai je unapređen prethodni model sa dodatim SSE setom instrukcija za obradu 3D i multimedije. Radi na MHz u SECC2 (Slot1) podnožjima, takođe sa 512kB L2 cachea na 1/2 takta. Bazni takt većine modela je 100MHz, a za one sa oznakom 'B' 133MHz.
Intel Pentium III Coopermine (sufiks oznaka 'E') ima 256kB L2 cache, ali na punom CPU taktu od MHz. Pored SECC2 (Slot1) prave se i u FC-PGA formatu (na slici) koji spolja izgleda kao PPGA, ali ima drugačije napajanje i funkcije nekih pinova, pa ploče moraju da ga podržavaju.
Intel Celeron D(Prescott core) Novi Celeron D procesori su bazirani na Prescott jezgru, tačnije Prescott V jezgru. Jedna od najbitnijih novina u odnosu na prethodnike je već spominjani 90 nanometarski proces proizvodnje, kao i tehnologija «napregnutog silikona», na koju je Intel posebno ponosan i koja bi trebalo da obezbedi brži protok elektrona kroz atome silicijuma. Ovaj proces je veoma komplikovan i svodi se na upotrebu nekog substrakta (obično nekog metala), čija se atomska rešetka dosta razlikuje od silicijumske, zbog znatno većeg međuatomskog prostora. Zahvaljujući posebnim laboratorijskim uslovima, atomska rešetka silicijuma se prilagođava rešetci substrakta i na taj način se atomi silicijuma udaljavaju jedan od drugog. Ove tehnologije bi trebalo da obezbede sve preduslove za dostizanje izuzetno visokih taktova, dodatno snize potrošnju kao i količinu toplote koju samim time procesor disipira, ali kod Prescott procesora, to baš i ne mora da znači. U normalnom radu se prilično zagreva. Normalna radna temperatura se kreće oko 60 stepeni, a sa pokrenutim CPU burn-om se popne na čak 70 C. Od ostalih bitnih promena koje je doživelo jezgro treba napomenuti veći L1 keš sa 16KB. Sledeća stavka na listi unapređenja Prescotta je uvećanje L2 keša sa 512 KB na celih 1024 KB, što dobro utiče na ukupne performanse procesora i na znatno veći hit rate (verovatnoća pronalaženja potrebnih podataka u kešu). ALU jedinice su takođe pretrpele sitne izmene koje se ogledaju u mogućnosti množenja celih brojeva, koja je inače bila prosleđivana FPU jedinici koja je dobijeni rezultat vraćala ALU jedinicama. Sada Prescott poseduje posebnu jedinicu koja obavlja ovaj posao, čime se dobija na brzini i oslobađa FPU za svoje poslove. Kako je integer multiplier instrukcija veoma česta u svim mogućim programima, jasno je da je ovo značajno unapređenje arhitekture. Poslednji novitet jeste SSE3 set instrukcija, poznatiji kao PNI, tj. Prescott New Instructions. Radi se o 13 novih instrukcija koje su predviđene za teške aritmetičke proračune. One su prvenstveno posvećene ubrzanju kompleksnih aritmetičkih proračuna, kao što su video kompresija ili operacije vezane za 3D grafiku. Pohvalno je što su na ove set-ove instrukcija u znatnoj meri uticale igračka i softverska industrija, pa su se u njihovom sklopu našle mnoge instrukcije koje bi dodatno trebalo da ubrzaju rad sa multimedijalnim sadržajima. Jedna od njih je i LDDQU instrukcija, koja bi navodno trebalo da donese značajno ubrzanje prilikom DivX kompresije. Softverska podrška ovim instrukcijama se podrazumeva, tako da je njihova upotrebna vrednost (za sada) pod znakom pitanja. Instrukcije mwait i mmonitor su isključene, pošto je poznato da Celeron-i nemaju podršku za HyperThreading.
klasični Pentium (levo) I Intel Celeron PPGA (desno)
Intel Celeron D(Prescott core)

25. AMD i Cyrix (VIA) mikroprocesori
AMD Duron
AMD Athlon Newcastle
Cyrix/IBM M2 6x86
                                    
AMD K6-2 3DNow
AMD Athlon Newcastle
Nakon inicijalne premijere Athlon 64 procesora, dugo se očekivao izlazak modela koji će cenovno biti pristupačniji masi kupaca zainteresovanoj za prelazak na 64-bitnu platformu. Novo Athlon 64 jezgro pod nazivom Newcastle dolazi sa modelima i po drastično nižoj ceni od prvog procesora. Kako se novo jezgro nosi sa prethodnikom, odnosno Prescott Pentiumom 4?Od momenta kada je prošle godine predstavio kompletnu seriju K8 procesora, AMD je uspeo da pređe na lidersku poziciju na tržištu procesora, barem kada je u pitanju inovativnost. Tokom celog ovog perioda kompletna IT industrija je brujala oko 64-bitnih mogućnosti, ekstenzija, softverskoj podršci i ostalim tehnikalijama, a u svim tim segmentima K8 procesori su naišli na veoma pozitivne ocene, reakcije i kritike. Tako se Intel našao u poziciji da mora da juri za AMD-om.
Najpristupačniji član K8 familije već je sedam meseci na tržištu, ali iako inicijalni Athlon model ima gotovo sve predispozicije za odličan prolaz na tržištu, ima visoku cenu. AMD zbog nove pozicije koju je stekao, po prvi put se našao u situaciji da diktira cenu procesora, što je konkretno značilo cenu od preko 400 eura za Athlon , odnosno preko 700 eura za elitni Athlon 64 FX51 model. Iako su ove cene u određenoj meri bile prilagođene cenama Intelovih modela, one jednostavno nisu naišle na dobar prijem kod publike. Naime, populacija korisnika koju je tokom proteklih godina AMD uspeo da privoli na svoju stranu je navikla na drugačiju politiku ove kompanije, koja se prvenstveno ogledala u tome da se tržištu ponude procesori veoma niske cene koji nude odlične performanse. Na kompletnu cenu Athlon 64 platforme utiče isključivo cena procesora, jer je cena adekvatnih ploča već u rangu modela namenjenim Athlon XP, odnosno Pentium 4 procesorima. Kako je i memorija ista, cena procesora je jedini razloga zbog kojeg su fanovi AMD ostali uzdržani po pitanju kupovine Athlon 64 sistema. Kupci računara, naročito na domaćem tržištu, oduvek su se delili u dva tabora: oni koji žele da uštede novac odlučivali su se za AMD procesore, dok su se bogatiji ljudi, možda je bolje reći "tradicionalisti", odlučivali na “sigurniju” i logično dosta skuplju Intel varijantu. Tako se AMD našao u situaciji da bukvalno nema kome da proda Athlon 64 procesore po navedeno visokoj ceni, pa je nekako i bilo za očekivati da će se na tržištu pojaviti sporiji Athlon 64 procesori znatno povoljnije cene, tj. Athlon model, a nešto kasnije za njim je usledio i 2800+, što su procesori koji su u momentu pojave u radnjama imali dvostruku nižu cenu od premijernog Athlon modela. Navedeni procesori su sa sobom doneli novo kodno ime jezgra pod nazivom Newcastle kojim je AMD sproveo u principu standardnu metodu koju je tokom godina uglavnom koristio Intel.
O čemu se zapravo radi? Manipulacija sa količinom keš memorije, posebno drugostepene, jedna je od najomiljenijih radnji svih proizvođača procesora. Od prvih Pentium II i Celeron procesora, preko Pentiuma 4 i Celerona 4, pa sve od Athlona 64, veličina L2 keš memorije je ono što razlikuje sve varijante dotičnih procesora. Setimo se da prvi Celeron procesori nisu uopšte imali L2 keš, dok su naredne verzije imale duplo manje ove memorije od Coppermine Pentium III jezgra. Međutim, stvar oko upotrebljavanja L2 keša uzela je pravog maha tek sa Pentiumom III, odnosno Celeron modelima izvedenim iz njega. Tada je Intel počeo da primenjuje veoma efikasnu metodu uštede, pa su tako primerci Pentiuma III koji nisi imali kompletno ispravan L2 keš markirani kao Celeron procesori. Jednostavno je problematični deo L2 keša bio isključivan, čime se drastično smanjio procenat škarta, odnosno procesora koji se ne mogu prodati. Naravno, kada je proces proizvodnje sazreo nije bilo dovoljno škarta da bi se zadovoljili zahtevi tržišta za Celeron procesorima, pa su tada potpuno ispravni Pentiumi III bili markirani kao Celeroni. Kompletna praksa se preslikala i na odnos između Pentiuma 4 i pretećih Celeron 4 procesora, tako da možemo reći da je Intel tokom godina jako dobro upotrebljavao ovu metodu uštede. AMD sa druge strane je tek od skoro počeo da je koristi, iz prostog razloga što su jezgra Athlon i Duron procesori bila potpuno odvojena. Tek pojavom Barton Athlon XP jezgra sa 512KB L2 keša, AMD je došao u poziciju da upotrebljava dotičnu metodu. Sa Athlonom 64 i njegovim L2 kešom od 1 MB, AMD je došao u još bolju poziciju za manipulaciju sa L2 kešom i finalnom cenom procesora.
“Šta je Newcastle jezgro?”. U pitanju je dakle standardno Athlon 64 jezgro kojem je isključena polovina L2 keš memorije, čime je dobijeno da procesor nešto sporije radi u odnosu na "originalno", ClawHammer jezgro. Tako je PR rejting smanjen na 3000+, ali je veoma interesantno da je takt procesora ostao isti, tako da i Athlon i rade na istih 2 GHz.
AMD K6-2 3DNow konkuriše Celeronima po performansama, ali uz niže cene. Radi na 233 do 550MHz, ide u Socket7. Sadrži i poseban 3DNow napredni set instrukcija.
AMD K6-III 3DNow je unapređeni CPU na MHz, konkuriše Pentium II procesorima. Ima 64kB L1 i 256kB L2 cachea na punom taktu. Namenjen naprednim Super7 Pentium pločama.
AMD K7-Athlon je odgovor na Intel Pentium III. Radi na MHz sa 128kB L1 i 512kB L2 cachea na 1/2 takta (za >950MHz modele na 1/3 takta), ima unapređen 3DNow set naredbi za 3D i multimediju. Koristi posebno  SlotA (200MHz DDR) podnožje i SlotA ploče.
AMD Duron uspešno konkuriše Celeronima II. Izveden je iz Athlona, sa manjim 128kB + 64kB cacheom i taktovima od 600 do 750 MHz. Koristi nove osnovne ploče sa SocketA podnožjem. SocketA podnožje je 462pinsko sa naprednim tehnologijama (EV6, DDR) namenjeno novoj generaciji AMD Athlon/Duron procesora, umesto SlotA. Nažalost, AMD nije predvideo adaptere za SlotA ploče.
AMD Athlon Thunderbird najnovija izrada Athlona sa integrisanih 128k L1 i 256kB L2 cachea koji ovog puta radi na punom CPU taktu od MHz, uz dopunjen set instrukcija. Konkuriše Pentiumu III i na najvišim taktovima. Pravi se za ugradnju u SlotA ili SocketA podnožja.
Cyrix je još jedan proizvođač PC procesora koji u saradnji sa IBMom pravi modele povoljnih cena u donjem segmentu tržišta. Nedavno ga je otkupila firma VIA.
Cyrix/IBM M2 6x86 je Pentium MMX kompatibilan (modeli u klasi ), pogodan za lakše poslovne i kućne primene. Zbog povoljne cene i 2.9V napona dosta se koristi u starijim Pentium pločama.
VIA Cyrix III noviji model namenjen ekonomskoj klasi PCa, tj. konkuriše Celeronu, radi na taktovima MHz (uz osnovni takt ploče od 133MHz), ima 256kB L2 cache. Koristi standardni Socket370/CPGA slot.
SocketA
AMD K6-III 3DNow
AMD K7-Athlon SlotA (200MHz DDR)
VIA Cyrix III
AMD Athlon Thunderbird

26. Proizvodnja čipova Projektovanje Fabrikacija
Na specijalizovanim CAD komjuterima
Na običnim PC uz odgovarajuće programe
U EZ - EUROCHIP obezbeđuje finansijsku i stručnu pomoć univerzitetima za brže osposobljavanje inženjera za projektovanje, distribuira sfotverske pakete SOLO 1400, SOLO 2000, CADENCE, MENTOR uz ograničenje za korišćenje softvera isključivo u obrazovne svrhe
Na američkim univerzitetima softverski paketi dobijaju se pod povoljnijim uslovima i dozvoljeno je njihovo korišćenje u komercijalne svrhe. Najpoznatiji paketi su: Magic, Oasis, Oct tools, HYPER, ...
Fabrikacija
Fizička realizacija je komplikovana (savršena čistoća, kontrola temperature...)
Postoje fabrikacione linije koje nude posebne usluge univerzitetima
MOSIS, NCM, ORBIT (SAD); ES2 (EZ) ...
Pristup ovim fabrikacionim linijama omogućen je i zemljama koje ne učestvuju u finansiranju agencija
Otvorene su i za industrijske potrebe, ali po nešto višim cenama
U Zemlajma Evropske zajednice postoji manjak od oko inženjera sposobnih da projektuju VLSI

27. Savremeni trendovi u projektovanju i izradi IC
Ranije monopol najvećih komanija
Intel, Motorola, NCR, TI, IBM, DEC,...
Veoma skupa oprema za za izradu IC
Posedovanjem fabrikacionih linija velike kompanije ostvarivale su monopol na projektovanje
Pojava velikog broja fabrikacionih linija
Snižavanje cene izrade prototipa IC na nekoliko stotina $ za par desetina IC
Pojava MCP (Multiproject Chip) fabrikacionih linija
Istovremena izrada na jednoj silicijumskoj pločici potpuno različitih i nezavisnih kola  visoka cena izrade deli se na više projektanata
Svaki korisnik zahteva seriju sa malim brojem IC, pa velik broj projekata stane na jednu silicijumsku pločicu
Izuzetno pogodno za univerzitetske potrebe (svaki student treba da projektuje po jedno IC)
Istovremeno procesiranje više silicijumskih ploča
Dodatno snižavanje cene, može se iskoristiti za fabrikaciju prototip serije nekog komercijalnog integrisanog kola
Elektronika - dominantna proizvodna grana u Evropi, a mikroelektronika njena najzačajnija pokretačka snaga.
Prodaja na tržištu elektronike % svetskog bruto nacionalnog dohotka (elektronski sistemi, poluprovodnici, materijali, oprema, softverski alati za projektovanje)

28. Prema broju ugrađenih tranzistora (SI - scale integration)
Klasifikacija IC
Prema nameni
Kola opšte namene (off-the-shelf)
Kola specifične namene (ASIC - Application Specific Integrated Circuits)
Na tržištu IC opšte namene se ne može naći funkcionalni ekvivelent
Ako funkcionalni element postoji, predstavljen je u obliku više standardanih komponenti (zato ih zamenjuje jedno ASIC )
Prednosti: smanjenje dimenzija, povećanje brzine rada, smanjenje potrošnje, povećanje pouzdanosti, sniženje cene,...
Prema broju ugrađenih tranzistora (SI - scale integration)
SSI (Small SI) < logička kola i flip-flopovi
MSI (Medium SI) brojači, multiplekseri, sabirači
LSI (Large SI) b mikroprocesori, RAM, ROM
VLSI (Very Large SI) > b i 32b mikroprocesori
ULSI (Ultra Large SI) > b mikroprocesori, 128Mb memorije
Ova podela je davno nastala, većina savremenih kola su VLSI

29. Sprega između projektovanja i izrade IC
Pojava sve većeg broja nekomercijalnih paketa za projektovanje
Pojava sve većeg broja fabrikacionih linija za univerzitetske i komercijalne primene
Za korišćenje fabrikacione linije projektant treba da zna samo osnovne karakteristike fabrikacione linije: geometrijska pravila projektovanja i parametre tranzistora za simulaciju.
Po završetku projektovanja fabrikacionoj liniji šalje se fajl sa opisom VLSI kola u standardnom formatu (npr. CIF)
Vreme za izradu - Nekoliko nedelja
Cena - Nekoliko stotina $ za nekoliko desetina IC

30. Pitanja i zadaci
Navedite osnovne karakteristike članova familije Intel 80x86.
U čemu je razlika između Celeron procesora i Pentium II (Pentium III) procesora sa istom brzinom časovnika? Koje su posledice ove razlike?
Navedite neke Intel kompatibilne procesore koji se mogu naći na tržištu.
Da li je za projektovanje čipova neophodno imati velika materijalna sredstva? Važi li isto i za njihovu fabrikaciju?
Koji materijali se koriste u procesu fabrikacije čipova?
Opišite pravljenje čipova procesom litografije.
Kakve prednosti u procesu litografije donosi upotreba laserskog zraka sa manjom talasnom dužinom?
Navedite bar tri tipa pakovanja mikroprocesora.
Šta je izdašnost (yield) i kolika treba da bude da bi se fabrikacija čipova smatrala uspešnom?
Izrađen u O,xy mikronskoj tehnologiji znači da su provodnici koji se koriste za spajanje tranzistora na čipu dužine 0,xy mikrona. Da li bolje performanse čipova mogu da se dobiju jedino smanjenjem:
(a) veličine tranzistora, uz zadržavanje dužine provodnika koji ih spaja; (b) dužine provodnika uz zadržavanje veličine tranzistora?
Kakve bi posledice bile ako bi se primenjivao samo jedan od ova dva načina?