İşlemciler Neden Kare Şeklinde Üretiliyor?

Bir masaüstü bilgisayarın işlemcisine bakıldığında ilk göze çarpan ayrıntılardan biri biçimidir. Intel ve AMD’nin farklı boyutlardaki modelleri bulunsa da işlemciler çoğunlukla kare veya dikdörtgen bir paket içinde karşımıza çıkar. Telefon ve dizüstü bilgisayar işlemcilerinde kullanılan paketlerde de benzer bir geometri görülür. Bu durum, silikonun başlangıçta yuvarlak wafer’lar hâlinde üretilmesi nedeniyle ilk bakışta biraz çelişkili görünebilir.

İşlemcilerin neden yuvarlak ya da üçgen değil de köşeli üretildiğinin yanıtı, yalnızca tasarım tercihlerinde aranamaz. Üretim hattında kullanılan silikon disklerin biçimi, aynı wafer üzerinde kaç yonganın üretilebildiği ve bu yongaların daha sonra nasıl ayrıldığı, işlemcinin geometrisini doğrudan etkiler.

İşlemcinin gördüğümüz kısmı, yonganın tamamı değil

Masaüstü işlemcisini oluşturan büyük kare parça, yalnızca hesaplama işlemlerini yapan silikondan ibaret değildir. Paketin içinde bir veya birden fazla küçük silikon die bulunur. İşlemcinin asıl hesaplama görevini üstlenen bu yongaların üzerinde milyarlarca transistör yer alır.

Dışarıdan görülen metal bölüm ise ısı yayıcı olarak görev yapar. Bu parça, işlemciyle soğutucu arasında daha geniş bir temas yüzeyi oluşturur ve çalışma sırasında ortaya çıkan ısının uzaklaştırılmasına yardımcı olur. Dolayısıyla işlemcinin dışarıdan kare görünmesi, gördüğümüz parçanın yalnızca içteki silikon die’dan oluştuğu anlamına gelmez.

Yuvarlak wafer’dan kare yongaya geçiş

Üretim süreci, yüksek saflıktaki silikonun tek kristalli, silindirik bir külçe hâline getirilmesiyle başlar. Bu külçeler çok ince dilimler hâlinde kesildiğinde dairesel wafer’lar ortaya çıkar. Modern yarı iletken üretiminde yaygın olarak 300 milimetre çapındaki wafer’lar kullanılır.

Fabrikalar bu yuvarlak disklerin her birinde tek bir işlemci üretmez. Aynı tasarımın çok sayıda kopyası, wafer’ın yüzeyine düzenli biçimde yerleştirilir. Fotolitografi gibi üretim aşamalarının ardından wafer üzerinde yan yana duran çok sayıda die oluşur. Bu aşamada kare ve dikdörtgen düzenin sağladığı avantaj belirgin hâle gelir.

Kareleri veya dikdörtgenleri düz bir yüzey üzerinde satırlar ve sütunlar şeklinde sıralamak mümkündür. Şekillerin arasında düz sınırlar bırakılabildiği için wafer’ın büyük bölümü verimli biçimde kullanılabilir. Daireler ise aynı yüzeyde yan yana dizildiğinde aralarında daha fazla boş alan bırakır. Böyle bir düzen, aynı wafer’dan elde edilebilecek yonga sayısını azaltabilir.

Kesim aşamasında köşeli biçim avantaj sağlıyor

Üretim tamamlandıktan sonra wafer üzerindeki yongaların birbirinden ayrılması gerekir. “Dicing” olarak adlandırılan bu işlemde, die’lar arasındaki düz sınırlar boyunca kesim yapılır. Kare veya dikdörtgen yongalar, düzenli çizgiler üzerinden ayrılabildiği için bu işlem daha öngörülebilir bir yapıya kavuşur.

Yongalar yuvarlak olsaydı her birinin çevresini eğrisel biçimde kesmek gerekirdi. Bunun yanında dairesel yongaların arasında kullanılmayan silikon bölgeleri kalırdı. Köşeli tasarım, hem yerleşim düzenini sadeleştirir hem de kesim sürecinin düz hatlar üzerinden ilerlemesine izin verir.

Yuvarlak wafer’ların kenarları yine tamamen değerlendirilemez. Dairenin kenarına denk gelen bazı işlemci desenleri eksik kaldığı için çalışabilir bir die’a dönüşemez. Ancak wafer’ın merkezine ve kullanılabilir geniş yüzeylerine kare ya da dikdörtgen yongalar yerleştirmek, genel verimliliği artırır.

Sonuç olarak işlemcilerin kare görünmesi rastgele verilmiş bir tasarım kararı değildir. Bu biçim; yuvarlak silikon wafer’ların daha verimli kullanılmasını, aynı tasarımın çok sayıda kopyasının düzenli biçimde yerleştirilmesini ve üretim sonrasında yongaların daha kolay ayrılmasını sağlar. Dış paketteki metal ısı yayıcı da işlemcinin soğutucuyla temasını düzenler. Yani işlemcinin köşeli geometrisi, üretim hattından bilgisayarın anakartına kadar uzanan teknik gereksinimlerin ortak sonucudur.