Почему процессоры делают квадратными: объяснение

Вне зависимости от того, говорим ли мы о настольных ПК, ноутбуках или смартфонах, процессоры внутри них всегда имеют квадратную (прямоугольную) форму. То же самое касается графических чипов, модулей памяти и флеш-чипов SSD. Но почему производители единогласно выбрали именно квадратную форму, а не треугольную или шестиугольную?

Современные чипы производятся из кремниевых пластин (вафель), где атомы кремния упорядочиваются вокруг затравки, образуя почти идеальный цилиндр. После нарезки получаются круглые пластины, на которых размещаются идентичные кристаллы (чипы), которые затем необходимо отделить друг от друга.

Чтобы максимально эффективно использовать дорогостоящие кремниевые пластины, при нарезке необходимо выбирать форму, которая минимизирует отходы. Круглые или пятиугольные формы приводят к значительным потерям материала, что экономически невыгодно. Поэтому остаются только прямоугольные, треугольные и шестиугольные варианты.

Процесс резки включает механическую и лазерную обработку, аналогичную резке стекла стеклорезом. Для предотвращения повреждения пластины рез должен быть прямолинейным, что исключает использование шестиугольной формы.

Но что, если какой-нибудь богатый заказчик захочет процессор в форме сердца или круга, невзирая на выход годных изделий? Оказывается, даже в этом случае квадратная форма остаётся оптимальной.

Внутренняя структура чипа требует ортогональной разводки — горизонтальные и вертикальные проводники чередуются в разных металлических слоях. Квадратная форма упрощает автоматизацию проектирования и оптимизирует пути передачи сигналов.

Кроме того, для синхронизации тактовых сигналов квадратная конструкция упрощает проектирование сети распределения тактовых импульсов, уменьшая временные расхождения между разными областями чипа. Поэтому квадратная форма процессоров стала практически неизбежной.

Стоит отметить, что то, что мы видим в настольных процессорах — это не сам кристалл, а его корпус (упаковка). Помимо защиты чипа, корпус экранирует помехи, предотвращает коррозию и облегчает транспортировку и установку.

Квадратная форма корпуса также связана с внутренней структурой: она упрощает разводку контактов. Современные процессоры имеют более 1000 контактов, и любая другая форма усложнила бы проектирование материнских плат. Таким образом, квадрат остаётся самым практичным решением.