Günümüzde bilgisayarlardan telefonlara birçok teknolojik cihazı satın alırken, ilk akla gelen soru “işlemcisi ne?” oluyor. Hızla gelişerek her geçen gün daha fazla performans sunan işlemcilerin teknik detaylarını aktarmak için işin mutfağına iniyoruz! İşte CPU nedir? İşlemci nasıl çalışır? gibi merak edilen soruların cevabı!
İşlemci – CPU Nedir?
Merkezi işlem birimi olarak adlandırılan ve terminolojik kısaltması CPU olan işlemciler, 1970’li yıllarda ilk defa hayatımıza girdiğinde binlerce transistöre ev sahipliği yaparken şimdi milyonlarca transistörün silikon bir çip üzerinde birleştirilmesi ile meydana gelmektedir.
Aritmetik ve mantıksal işlem yapma yeteneğine sahip olan işlemciler, kısaca bilgisayarların verileri işleyen ve yazılım komutlarını gerçekleştiren bölümü olarak ifade edilebilir.
İlk mikroişlemci Intel 4004’ün 1970’te, geniş çaplı bir mikroişlemci olan Intel 8080’in ise 1974’te tanıtılmasının ardından günümüze kadar uzanan gelişim, MİB teriminin mikroişlemciler yerine kullanılmasına neden oldu.
Çalışma hızları kullanılan mimari ve üretim teknolojisine bağlı olarak değişkenlik gösteren işlemcilerin hız birimleri HZ, MHZ ve GHZ olarak ifade edilirken, gelişen teknoloji ile birlikte günümüzde genellikle hız birimi GHz olan işlemcileri görmekteyiz.
Bu alanda MİB’lerin tek kalıp üzerinde üretilmesinin sağladığı avantajlar, 10 MHz civarlarında olan saat hızlarının günümüzde GHz seviyelerine taşınmasına fayda sağladı.
CPU – İşlemci nasıl çalışır?
Daha önce belirttiğimiz gibi aritmetik ve mantıksal işlem yapma yeteneğine sahip olan işlemciler, makine dili olarak adlandırılan, 0 ve 1’lerden oluşan düşük seviyeli kodlama sistemi ile çalışmaktadır. Komutların yerine getirilebilmesi için işlemciye gönderilen elektrik sinyalleri, milyonlarca transistörlerden geçmekte ve toplama, çarpma, çıkarma ve bölme gibi temel matematiksel işlemlere dönüştürülmektedir.
Bu işlemlerin gerçekleştirildiği birim ALU (Arithmetic Logic Unit) olarak adlandırılırken, bunun yanı sıra çeşitli veriyolları ve kontrol bileşenleri işlemci içerisinde yer almaktadır.
İşlemci nasıl üretilir?
İşlemci üretim evreleri hakkında bilgi sahibi olmanız için, geçtiğimiz yıllarda Intel tarafından paylaşılan High-K işlemci üretim evrelerini sizler ile paylaşıyoruz;
Yer kabuğunda oksijenden sonra en çok bulunan element silikondur. Çok bulunması, elbette saf halde her yerde karşımıza çıkacağı anlamına gelmiyor. Kum tanelerinde silikon dioksit (SiO2) şeklinde bulunan silikonu öncelikle saf hale getirmek gerekiyor.
Bu işlem yapıldıktan sonra, silikon 100 kg ağırlığındaki külçeler haline getirilir. Bu külçeler 1 mm kalınlığında dilimler halinde kesilir. Bu dilimlere “wafer” ya da yonga plakası adı verilir. Bu plakaların iyice cilalanması gerekir.
Kesilen ve cilalanan plakalar ışığa dayanıklı bir katman ile kaplanır. Bu katmanın belirli bir deseni bulunur. Böylece plaka iyon bombardımanına tutulduğunda bu desene göre bir yapı ortaya çıkar.
Işığa duyarlı katman ile kaplanan plakalar daha sonra yüksek güçlü iyon ışınına maruz bırakılır. Bu işlem plakanın iletkenlik özelliklerini değiştirir. Işığa dayanıklı malzemenin desenine göre plakanın üzerindeki bazı bölgeler iletken, bazı yerler de yalıtkan olur. Bu işlemden sonra ışığa dayanıklı katman çıkarılır.
Potansiyel elektrik kaçaklarının önlenmesi ve işlemcinin uzun vadede güç açısından daha verimli olması için katmak üzerine dielektrik madde ve onun üzerine üzerine ışığa duyarlı yeni bir madde eklenir.
Plaka döndürülerek bu maddelerin her noktaya eşit olarak yayılması sağlanır. Bundan sonra üzerinde özel bir desen bulunan bir filtreye mor ötesi ışık gönderilir. Bu ışık önce filtreden sonra da bir mercekten geçerek mikroskobik ölçekte ayar yapar. Filtrenin şekline göre gelen ışık, ışığa duyarlı maddeyi çözer. Böylece ortaya özel bir şekil çıkar.
Bir sonraki aşamada ise mor ötesi ışıktan etkilenmeyen kısmı ve üretim mimarisinde yer verilen ve artık gerekli olmayan maddeleri çözen bir madde kullanılır.
Desen oluşturulduktan sonra transistörler aslen tamamlanmış olurlar. Ancak, plaka üzerindeki milyonlarca transistör arasında bir bağlantı henüz yoktur. Bunu oluşturmak için tüm plaka öncelikle bir yalıtım malzemesi ile kaplanır. Yalıtım malzemesinin üzerine üç adet delik açılır. Bundan sonra plaka bir bakır sülfat çözeltisine batırılır ve elektroliz yoluyla tüm plaka bakır kaplanır.
Bakır kaplama daha sonra yalıtım malzemesi tekrar ortaya çıkana kadar temizlenir. Böylece delinen ve daha sonra içi bakırla kaplanan üç delik ortaya çıkar. Bu bakır kısımlar, transistorlar arasındaki bağlantıların birleşme noktalarını oluştururlar.
İşlemci üretiminin en karmaşık evresi!
Transistörler arasındaki bağlantıları oluşturmak, işlemci üretiminin en karmaşık ve önemli evresidir. Transistörlar arasında çok karmaşık bağlantılar oluşturulur, bu bağlantılar işlemcinin performansını doğrudan etkiler.
Yeni nesil işlemcilerde bu bağlantıların bir transistör üzerinde 30 katmana kadar gittiği belirtiliyor. Eğer işlemcinin içini açıp mikroskopla bakarsanız düz bir yüzey yerine iç içe geçmiş yollar görebilirsiniz. İlk temel kalite testleri de bu aşamadan sonra yapılır.
Tüm bu işlemlerden sonra yongalar artık hazır hale gelmiş durumda. Yonga plakaları tek tek kesilerek, bilgisayarda kullandığımız işlemcilerin içindeki yongalar haline gelir.
Tek tek kesilen yongalar daha sonra özel bir tabakanın (PCB) üzerine yapıştırılır. Üzerine de çalıştığında oluşan ısının iletilmesini sağlayan metal bir plaka yerleştirilir. Artık görmeye alıştığımız şekillere gelen işlemciler özel bir cihazda test edilir. Bu cihaz işlemcilerin frekansını ve termal özelliklerini tespit eder. Üretim aşamaları esnasında oluşan en ufak bir durum işlemcinin gücünü etkiler.
Bu yüzden aynı plakadan çıkan her bir işlemcinin özellikleri aynı olmaz. İşlemciler frekansları ve diğer özellikleri belirlendikten sonra sınıflara (Core i7, Core i5 vs.) ayrılır.
