Производство видеокарт: Как производят видеокарты | Видеокарты | Блог

Как производят видеокарты | Видеокарты | Блог

Хорошая видеокарта — окно и входной билет в мир увлекательного контента. Но мало кто знает, как делают видеокарты. В этом материале предлагаем устроить виртуальную экскурсию на производство и посмотреть, как их изготавливают.

Немного о производстве

Завод по производству видеокарт — это огромное предприятие, на котором осуществляется финальная сборка видеоадаптеров из готовых компонентов. Производство представляет собой довольно длинный конвейер, на котором бок о бок друг с другом трудятся люди и роботы. Машинам поручена рутинная, но высокоточная работа. Люди же, в основном, задействованы на этапах контроля и тестирования готовой продукции. Также люди выполняют функции обслуживания роботизированного парка и других аппаратов, участвующих в производственном процессе.

Все компоненты для сборки видеокарт поступают на предприятие от сторонних производителей.

  • Графические процессоры — от разработчиков, компаний Nvidia и AMD, являющихся «законодателями моды» в мире дискретной графики.
  • Чипы памяти — от именитых производителей, чья продукция соответствует типу и конфигурации, предусмотренных референсным дизайном разработчика видеокарты.
  • Печатные платы — от сторонних производителей.

Самостоятельное производство печатных плат — довольно сложное и затратное мероприятие. Печатная плата современной карты может содержать от 10 до 14 слоев. Это требует от производителя большого количества высокоточного оборудования и штат квалифицированного персонала. Иными словами, изготовление печатных плат — отдельное большое производство. Поэтому экономически целесообразно заказывать производство плат у сторонних производителей.

  • Электронные компоненты (резисторы, конденсаторы, диоды, дроссели и т. д.) — также поступают на предприятие от сторонних производителей.

После того как необходимые комплектующие поставлены на конвейер, начинается процесс производства графического адаптера. Он состоит из нескольких этапов, последовательно следующих друг за другом.

Монтаж компонентов

Как правило, большая часть электронных компонентов монтируется на плату по технологии поверхностного монтажа SMT (от англ. Surface Mount Technology ). Для этого печатную плату подготавливают для монтажа SMD-компонентов (от англ. Surface Mounted Device — устройство, монтируемое на поверхность). Плату помещают в станок, который наносит паяльную пасту на ее контактные площадки посредством трафарета, специально разработанного для этой конфигурации платы.

После нанесения пасты печатная плата проходит череду роботизированных станков, механические манипуляторы которых размещают на ней все необходимые электронные компоненты: от резисторов и конденсаторов до чипов памяти и графического процессора.

Миниатюрные компоненты подаются в станок при помощи лент, скрученных в бобины.

Крупные элементы — располагаются на подвижных столах, откуда их берет «рука» манипулятора и помещает на плату.

Скорость монтажа составляет от пяти до десяти элементов в секунду. Точность позиционирования контролируется лазерными и оптическими датчиками.

В первую очередь монтаж производится с тыльной стороны платы видеоадаптера, после — с лицевой стороны печатной платы. Модули памяти и графический процессор устанавливаются в самую последнюю очередь.

Пайка компонентов

После установки деталей на одну сторону платы, она перемещается в специальную индукционную или инфракрасную печь, в которой происходит нагрев платы, расплавление паяльной пасты и закрепление электронных компонентов на печатной плате.

Чтобы не испортить температурой «нежную» электронику, нагрев платы происходит в несколько этапов. Во время движения платы по конвейеру печи, она проходит порядка десяти температурных зон. Во время пайки температура в печи колеблется от 175 °С до 245 °С. Это нужно для того, чтобы плата и электронные компоненты сначала равномерно прогрелись (примерно до 195–200 °С), а затем расплавилась паяльная паста (t ≈ 245 °С). После чего плата охлаждается.

Те же процессы монтажа и пайки компонентов повторяются и на второй стороне печатной платы.

Проверка пайки

По завершению поверхностного монтажа компонентов печатная плата поступает на участок контроля. Здесь проводятся следующие виды проверок:

  • Визуальный контроль пайки.
  • Машинный контроль A.O.I. (от англ. Automated Optical Inspection — автоматическая оптическая инспекция), который проводится при помощи оптических сенсоров высокого разрешения. На этом этапе проверяется наличие всех установленных компонентов и правильность их размещения на контактных площадках платы.
  • Проверка пайки графического процессора с помощью рентгеновских снимков. Видеочип припаивается к плате по технологии BGA (от англ. Ball Grid Array — массив шариков). Качество пайки проверяется путем построения объемной 3D-модели, составленной из серии рентгеновских снимков. Как правило, для построения такой модели используется порядка 1500 снимков места пайки с различных ракурсов.
  • Проверка электрических цепей на предмет целостности и отсутствия коротких замыканий.

Выводной монтаж компонентов

Если того требует топология печатной платы, то производится ТНТ-монтаж электронных компонентов (от англ. Through-hole Technology — выводной монтаж или монтаж в отверстия), имеющих выводы в отверстия печатной платы. Как правило, этот вид монтажа требуется при установке твердотельных конденсаторов, дросселей и различных разъемов.

В зависимости от уровня оснащенности производства, выводной монтаж может производиться машинным способом при помощи роботов-манипуляторов или вручную.

Финальная сборка

После проверки плата поступает на участок финальной сборки. Здесь на нее устанавливаются:

  • термопрокладки;
  • демпферы и дистанционные втулки;
  • радиатор системы охлаждения и кулер;
  • бэкплейт;
  • панель разъемов;
  • светодиодная RGB-подсветка, если таковая предусмотрена конструкцией.

Большая часть операций выполняется вручную.

Чтобы обеспечить высокую точность сборки, печатная плата помещается в кондуктор, оснащенный направляющими для правильной установки компонентов и технологическими отверстиями. Винты закручиваются при помощи электроинструмента, настроенного на развитие требуемого момента затяжки.

Прошивка и финальные тесты

После окончательной сборки еще раз тестируются электрические цепи видеокарты. Отдельно проверяется работа интерфейсов и разъемов. После чего в видеокарту загружается управляющая программа VBIOS и адаптер тестируется в различных режимах работы.

При этом проверяется работоспособность всех без исключения систем.

Проверяют каждый сходящий с конвейера видеоадаптер.

Прошедшей тестирование видеокарте присваивается серийный номер, после чего она направляется на участок упаковки.

Упаковка

На участке упаковки видеокарта помещается в антистатический пакет и укладывается в коробку. В зависимости от комплектации, в коробку добавляют аксессуары и информационные брошюры с инструкцией по установке и гарантийными обязательствами производителя.

После чего коробка запечатывается и отправляется на склад готовой продукции. Цикл производства графического адаптера завершен и именно в таком виде он попадет в руки покупателя.

Как создаются видеокарты ZOTAC: экскурсия на завод PC Partner

Несколько дней назад наши редакторы получили возможность посетить производство крупной китайской компании. PC Partner не так хорошо известна нашим читателям, но компания стоит за такими популярными брендами, как ZOTAC. Ниже мы расскажем нашим читателям о современном цикле производства видеокарт и приведем множество фотографий.

Конечно, мы не можем охватить полный цикл производства видеокарты. Например, GPU производятся компаниями NVIDIA и AMD, производители видеокарт получают уже готовую упаковку с чипом. То же самое касается и чипов памяти, хотя здесь производители видеокарт получают некоторую свободу. Впрочем, здесь не все так просто. Например, с видеокартами GTX 1070 некоторые производители перешли на чипы памяти другого бренда, что поначалу привело к проблемам. Ниже мы рассмотрим процесс добавления компонентов на PCB, а также сборку и упаковку видеокарт. Все эти процессы выполняются на заводе PC Partner. Другие этапы, такие как создание PCB, выполняются другими компаниями, PC Partner получает уже готовые печатные платы.

Но сначала пару слов о самой компании. В PC Partner работает порядка 5.000 сотрудников, компания была основана в 1997 году как производитель материнских плат. Но с 1998 года компания работала в качестве контрактного производителя в других сферах. Штаб-квартира PC Partner находится в Гонконге, отдел исследований и разработок – в китайском Шэньчжэне вблизи Гонконга. А производство вынесено в Дунгуань, порядка 110 км от Гонконга.

Непосредственно на заводе в городе Дунгуань работают около 3.000 сотрудников, производственная площадь составляет 80.000 м². Четыре больших и пять маленьких конвейеров могут выпускать разнообразную продукцию, от видеокарт до печатных плат мини-ПК для банкоматов. На конвейерах установлены 45 машин SMT (Surface Mount Technology, технология поверхностного монтажа). Что касается полного производственного цикла, от PCB до упаковки, то здесь одновременно могут работать три конвейера. Помимо бренда ZOTAC, компания PC Partner известна сотрудничеством с другими клиентами. Здесь можно отметить, например, Acer, AMD (эталонные видеокарты), Dell, Fujitsu, HP, Lexar, LG, Microsoft, Sapphire, Samsung, Sony и Wincor Nixdorf.

В нашей статье мы сфокусируемся на производстве видеокарт и готовых систем. Одних только видеокарт завод PC Partner может выпускать до 400.000 штук в месяц. Что касается мини-ПК, то здесь объем производства составляет до 15.000 штук в месяц.

Кроме непосредственно самого производства, которое мы обсудим ниже, важную роль играет контроль качества и отдел разработок. PC Partner предлагает свои возможности разработки партнерам – например, для разработки PCB.

Все начинается с PCB

Перед тем, как мы перейдем к отдельным этапам производства, позвольте упомянуть некоторые шаги, которые PC Partner считает не менее важными. Печатные платы (PCB) обычно производятся на внешних мощностях, но инженеры PC Partner проверяют качество. Как правило, PCB выпускают партнеры в Южной Корее, у которых накопился богатый опыт производства многослойных печатных плат. PCB для видеокарт могут содержать десять или 12 слоев, выпускать подобные платы довольно сложно. PC Partner устанавливает компоненты только на наружные слои печатной платы, а все остальные слои должны быть сделаны заранее.

Помимо PCB важную роль играет подготовка компонентов. Машины SMT устанавливают на PCB компоненты поверхностного монтажа SMD (Surface Mount Device), такие как резисторы, конденсаторы, дроссели и многие другие. Они поставляются такими компаниями, как Samsung, в виде лент разных размеров. В зависимости от размера компонента, на каждой ленте содержится их разное количество.

Если требуется, например, выпустить в день 3. 000 видеокарт, то следует заранее озаботиться соответствующим количеством компонентов. Например, для 3.000 видеокарт потребуются 13.000 R007 SMD-резисторов (сопротивлением 0,007 Ом), но в каждой ленте содержатся только 5.000 резисторов. PC Partner может перемотать ленты на катушки большего размера, что обеспечит уже 13.000 резисторов R007 SMD на каждой катушке. Остальные компоненты устанавливаются таким же способом. В конце концов сотрудники подготавливают катушки с лентами, число компонентов в которых достаточно для производства партии.

Конечно, PC Partner предотвращает появление ошибок при производстве на машинах SMT. Если часто менять ленты, то без остановки производства не обойтись. И здесь ошибка может возникнуть в том случае, если сотрудник установит ленту с другими компонентами.

Начало…

Но перейдем к производству видеокарт. PCB извлекаются сотрудниками из контейнера, после чего выполняется визуальный контроль качества. Затем платы устанавливаются в рамки. В зависимости от размера PCB, конвейер PC Partner может работать с одной или двумя PCB в одной рамке.

Затем лицевая сторона PCB покрывается паяльной пастой. Причем для этого используется машина с металлическим трафаретом. Он задает, какие участки PCB покрываются паяльной пастой, а какие – нет. Одного трафарета достаточно для нанесения паяльной пасты примерно на 100.000 PCB, после чего его придется заменять. Саму машину приходится чистить каждые восемь часов.

После нанесения паяльной пасты PCB передаются в машину установки компонентов SMD. В зависимости от количества и типа компонентов, на обработку одной PCB требуется определенное время. PC Partner использует машины NXT II M3II. Они могут устанавливать на плату до 20 разных компонентов SMD в десять этапов. То есть такая машина может устанавливать до 200 разных компонентов SMD. Скорость работы машины зависит от типа компонентов и от дистанции перемещения «механической руки», которая устанавливает компоненты на PCB. Мы подготовили короткий видеоролик, на котором показаны разные этапы сборки.

После заполнения лицевой стороны PCB компоненты SMD припаиваются. Здесь используется еще одна машина пайки. В ней паяльная паста расплавляется горячим воздухом или микроволнами (в зависимости от типа машины пайки и требований), после чего компоненты припаиваются пастой. Поскольку PCB и, особенно, компоненты довольно чувствительные, высокие температуры получается использовать не всегда. Поэтому в подобных машинах пайки PCB разделяется на несколько температурных зон. Например, при производстве GeForce GTX 1050 Ti PC Partner использует десять температурных зон.

В машине пайки температура PCB и компонентов сначала увеличивается до 195 °C. Такой шаг гарантирует, что все компоненты нагреются одинаково. Затем температура сначала снижается до 175 °C, после чего увеличивается до 265 °C, чтобы расплавить паяльную пасту. Но, как мы уже отмечали выше, температуры зависят от используемых компонентов и зон. Затем плата с компонентами охлаждается до 154 °C и 125 °C.

Сразу же после пайки выполняется оптическая проверка качества, она контролирует, чтобы все компоненты находились на своих местах. Проверку проходит каждая PCB. В зависимости от требований и объема партии, PCB может подвергаться и другим проверкам. Например, может применяться рентгеновское 3D-сканирование, которое позволяет оценить качество пайки BGA под крупными чипами. Здесь оценивается не сам чип, а именно контакты BGA (ball grid array). Они представляют собой маленькие шарики снизу каждой упаковки, которые обеспечивают контакт между упаковкой GPU и PCB после пайки. Даже небольшие отклонения могут привести к тому, что контакт не установится. В современных чипах BGA используются тысячи контактов, поэтому точность установки и контроль здесь очень важны.

Для определения возможных ошибок чип медленно поворачивается во время рентгеновской съемки, он также просвечивается с боков. Все это позволяет проконтролировать связь не только между упаковкой GPU и PCB, но и контакты внутри упаковки GPU. Последняя тоже использует небольшие шариковые контакты по сравнению с крупными шариками между упаковкой и PCB. Для поиска дефектного контакта рентгеновский анализ проводят в 3D-проекции. Для каждого чипа создаются порядка 1.600 изображений. Из них уже строится 3D-проекция.

После контроля качества PCB переворачивается, после чего установка компонентов выполняется на обратную сторону. Здесь выполняются те же самые шаги, разница заключается только в числе и типе компонентов, которые нужно установить.

Часть этапов выполняются полностью автоматически, но их дополняют ручные стадии сборки на конвейере PC Partner. Ручная сборка используется для установки крупных компонентов, таких как дроссели или разъемы. Они часто устанавливаются на PCB по технологии THT (through-hole technology) или PIH (pin-in-hole), после чего компоненты необходимо припаять. Отметим, что некоторые производители смогли полностью автоматизировать и данный этап. В результате исключается фактор человеческой ошибки.

После монтажа всех компонентов на PCB можно переходить к установке кулера. С помощью специальных инструментов каждый винт устанавливается в правильное место. После чего он затягивается со строго заданным крутящим моментом.

После полной сборки видеокарты и установки всех компонентов можно приступать к процедуре тестов и установке VBIOS. Проверяются все разъемы и режимы. Останавливаются ли вентиляторы в режиме бездействия? Работают ли они на номинальных скоростях под нагрузкой? Работают ли все видеовыходы?

Если видеокарта успешно прошла все тесты, она переходит на стадию упаковки. Здесь видеокарта тоже проходит несколько этапов. В коробку добавляются руководство пользователя, CD с драйверами, адаптеры и аксессуары. Затем видеокарта готова к отгрузке.

Расширенные тесты

Тесты видеокарты и компонентов проводятся до, во время и после сборки. К ним относятся тесты механических нагрузок, но также тесты в экстремальных условиях работы, например, при температуре до 90 °C, влажности до 90% или пыльных окружениях. При этом можно управлять параметрами тестов, чтобы, например, пятилетнее старение видеокарты симулировалось за минимальный период времени.

Все геймеры наверняка знают, где можно посмотреть температуру GPU. В тестах своих продуктов PC Partner отслеживает температуры многих других компонентов. Для этой цели прикрепляются температурные датчики, после чего отслеживается работа компонентов. Тесты не ограничиваются платой видеокарты, проверяется работа, например, системы охлаждения с вентиляторами.

В галерее можно посмотреть различные другие тесты, которые мы не будем детально описывать. Все они призваны обеспечить минимальный уровень брака. Но PC Partner указывает, что достичь 100% качества не представляется возможным. Но компания работает над тем, чтобы ошибок и сбоев было как можно меньше.

Кроме тестов функциональности PC Partner, как и все крупные производители, выполняет другие тесты, необходимые для сертификации продуктов. Для этой цели PC Partner построила несколько лет назад отдельное здание. В специальной комнате выполняется тест электромагнитной совместимости (Electromagnetic Compatibility, EMC), во время которого происходит проверка, чтобы устройство не стало источником нежелательных электромагнитных помех для других компонентов. И не реагировало на электромагнитные помехи со стороны других устройств.

Еще и мини-ПК

Производство мини-ПК очень схоже с видеокартами. Здесь тоже используется PCB, на которую последовательно устанавливаются все компоненты. Многие компоненты, например, тот же модуль WLAN, производятся другими компаниями.

Мини-ПК тоже проходят множество тестов перед отгрузкой с завода. В больших комнатах сотни мини-ПК непрерывно тестируются под стрессовой нагрузкой, чтобы определить возможные сбои на раннем этапе. После успешного прохождения тестов мини-ПК упаковывается и отгружается клиентам.

Условия работы

Надеемся, нашим читателям понравится небольшая виртуальная экскурсия по заводу PC Partner. Многих интересует, в каких условиях труда работают сотрудники. Мы знакомы с отрицательными отзывами, но на протяжении нашего тура не заметили ничего особого. Комнаты были чистыми, все рабочие места хорошо оснащены.

Зарплата на заводе PC Partner выше среднего уровня в городе Дунгуань. Здесь со стороны сложно давать какую-либо оценку. Возможно, что-то осталось скрытым от наших глаз. В любом случае, нашей целью было посмотреть процесс производства и тестирования. Надеемся, наша виртуальная экскурсия получилась интересной.

Графический процессор Nvidia — жизненный цикл конструкции

Райан Коски

Сбор и производство сырья для графического процессора Nvidia Founders Edition

Графическая карта состоит из четырех основных частей: печатной платы (PCB), на которой устанавливаются все компоненты, графический процессор (GPU), радиатор с ребрами и тепловыми трубками и литой кожух с вентиляторами. Для каждого из этих основных компонентов требуются отдельные экологически вредные методы сбора и переработки ресурсов. Как приобретение сырья, так и производство химических компонентов для графических карт являются токсичными для окружающей среды и должны быть смягчены с помощью таких процессов, как химическая переработка. Неэтичным и вредным для окружающей среды является не только приобретение необходимого сырья, но и процессы производства и разработки, необходимые для сборки графических процессоров Nvidia RTX 30 Series.

Основная структура графической карты выглядит следующим образом. Все видеокарты принципиально имеют одинаковую общую общую конструкцию: узкоспециализированный процессор, на печатной плате, заполненной… чипами и электронными противниками». (Evanson, Techspot, 2020.) Большинство видеокарт имеют какую-либо систему охлаждения, чаще всего «медные трубы, отходящие от [медного блока] в несколько рядов алюминиевых ребер» (Evanson, Techspot, 2020). тепло, выделяемое графическим процессором, попадает в кожух карты, где «вентилятор просто направляет воздух вниз, в ребра». (Evanson, Techspot, 2020.) Под системой охлаждения находится печатная плата или «печатная плата», изготовленная из неметаллической подложки FR-4 с изоляцией из смолы. Эта подложка изготовлена ​​из стекловолоконных нитей и эпоксидной смолы, чтобы гарантировать, что она не проводит электричество, будучи прочной, легкой и термостойкой. На этой плате расположены графический процессор и другие компоненты, такие как ОЗУ (оперативная память). Графический процессор состоит из 1,7 миллиарда транзисторов, «некоторые [из которых] просто выполняют математические операции, такие как умножение и сложение двух чисел; другие считывают значения из памяти и преобразовывают их в цифровой сигнал». (Evanson, Techspot, 2020.) Что касается оперативной памяти, то она должна быть «напрямую подключена к самому графическому процессору, чтобы обеспечить максимально возможную производительность» (Evanson, Techspot, 2020.) с чем-то, что называется трассировками. Точно так же все другие транзисторы, микросхемы и полупроводники взаимодействуют друг с другом. И, наконец, блок питания, в котором используется новый запатентованный 12-контактный стандарт для подачи необходимого +12 В от блока питания в вашей системе. Эти контактные разъемы +12 В отлиты из абс-пластика, обладающего высокой термостойкостью, чтобы не деформироваться при рабочих температурах обработки графики, которые легко могут превышать 75°C.

Имея базовое представление об устройстве видеокарты, мы можем оценить воздействие этих компонентов на окружающую среду. «Графические процессоры состоят из кремния с танталовыми и палладиевыми транзисторами и конденсаторами для лучшего хранения на меньшем чипе… сделаны из ошеломляющего множества химических веществ и меди, бора, кобальта, вольфрама, для начала». (engineering.com, 2021.) Эти редкоземельные металлы, происходящие в основном из Юго-Восточной Азии, известны как конфликтные материалы из-за их участия в несправедливых трудовых нормах и практике, а также их значительного воздействия на окружающую среду, такого как выброс парниковых газов в тысячи раз. раз сильнее, чем СО2. Это было вызвано отсутствием регулирования в отрасли добычи редкоземельных металлов. Мало того, Миллер (Пенке, 2021 г.) сказал: «Их производственный процесс довольно токсичен». К сожалению, «Китай — не единственная страна с низкими экологическими стандартами… например, процветающий сектор незаконной добычи драгоценных камней и металлов связан с истощением тропических лесов и уничтожением естественных мест обитания лемуров». (Penke, 2021. ) Эта проблема не ограничивается одной страной с плохим регулированием, а, похоже, является общеотраслевой практикой. Воздействие на окружающую среду добычи редкоземельных металлов для производства видеокарт непомерно велико, при этом выбросы парниковых газов (ПГ) составляют около 50% выбросов. Что-то нужно сделать, чтобы управлять этими воздействиями.

Создание и производство химических компонентов, необходимых (смолы и пластмассы) для производства видеокарт, токсичны для окружающей среды. «Хотя CCL бывают разных типов, в основном они производятся на основе CCL на основе эпоксидной смолы, на долю которой приходится более 7% всех CCL… FR-4 [используется] для подложки HDI (межсоединения высокой плотности)», например, то, что используется в Nvidia. видеокарты. Поскольку CCL (ламинаты с медным покрытием) являются строительными блоками печатных плат, которые входят во все современные электронные устройства, от смартфонов до телевизоров, существует большой толчок к переработке этих материалов для снижения токсичности, присущей производственному процессу. Чем больше отходов мы сможем восстановить и использовать повторно, тем меньше новых материалов нам придется получать непосредственно из земли. «Химическая переработка рассматривается Guo et al. (2009 г.) наиболее эффективный метод, чтобы в полной мере использовать все элементы и исключить все опасные и токсичные компоненты, содержащиеся в НМФ. К сожалению, исследования ограничены, и доступно относительно мало данных». (Marques et al., 2013.) Из данных о химическом составе ЯМУ мы видим, что «опасными веществами в ЯМУ являются в основном BFR (тетрабромбисфенил-А (ТББА) и др.) и следы тяжелых металлов (свинец, хром, кадмий, ртуть и т. д.) (Dimitrakakis, 2008)» (Marques et al., 2013). Эти тяжелые металлы выбрасываются в окружающую среду и в конечном итоге попадают в пищевую цепь, вызывая множество неблагоприятных последствий для здоровья, таких как дисфункция почек и расстройства нервной системы. Хотя создание и производство смол и пластмасс наносит ущерб окружающей среде, существуют проверенные методы сокращения этих отходов, которые внедряются в промышленность, смягчая воздействие на окружающую среду и повышая устойчивость производства этих материалов.

Графическая карта состоит из основания печатной платы, медных и алюминиевых ребер охлаждения и тепловых трубок, окруженных литым под давлением кожухом. Этот кожух содержит вентиляторы, которые направляют воздух вниз на металлические ребра, охлаждая чипы на печатной плате под ним. На этой печатной плате с покрытием из смолы FR-4 расположены графический процессор и другие важные микросхемы, такие как ОЗУ, а также место подключения клемм питания. Для этих компонентов требуются редкоземельные металлы, такие как свинец, хром, кадмий и ртуть. Эти металлы вредны для окружающей среды, а химические компоненты токсичны для производства, хотя принимаются меры по борьбе с токсичным загрязнением. Предлагаются дополнительные правила для ограничения выбросов парниковых газов и других токсичных материалов в окружающую среду, и предпринимаются усилия по внедрению химической переработки в более широкую промышленность в качестве первой линии защиты.

Ссылки

«Эпоксидная смола, используемая для CCL в печатных платах, и тенденции ее развития». PCBCart, 2021 г., www.pcbcart.com/article/content/epoxy-resin-used-for-ccl-in-pcb.html.

Эвансон, Ник. «Анатомия видеокарты». TechSpot, TechSpot, 16 марта 2020 г., www.techspot.com/article/1988-anatomy-graphics-card/.

«ФР-4». Википедия, Фонд Викимедиа, 22 сентября 2021 г., en.wikipedia.org/wiki/FR-4.

Джеймс, Дэйв. «Как сделаны ваши видеокарты Nvidia и AMD». PCGamesN, PCGamesN, 23 марта 2021 г., www.pcgamesn.com/how-nvidia-amd-graphics-card-are-made.

«Образовательные ресурсы для учащихся». Факты об алюминии и образовательные ресурсы| Алюминиевая ассоциация, 19 октября 2021 г., www.aluminum.org/aluminum-advantage/student-educational-resources.

Тайваньская технологическая корпорация. «Технологии.» Производство — Taiwan Union Technology Corporation, 2019 г., www.tuc.com.tw/en-us/technology2.

«Что такое ламинат с медным покрытием (CCL)? ». Что такое ламинат с медным покрытием (CCL)?, PCBBogo, 29 июня 2019 г., 11:16:25, www.pcbgogo.com/blog/What_Is_Copper_Clad_Laminate__CCL__. html.

Уилер, Эндрю. «Какое сырье используется для изготовления оборудования для вычислительных устройств?» Engineering.com, Engineering.com, 28 сентября 2018 г., www.engineering.com/story/what-raw-materials-are-used-to-make-hardware-in-computing-devices.

«Введение в классификацию материалов с силикагелем по теплопроводности, производственный процесс и принцип теплопередачи». Внедрение материалов для классификации силикагеля по теплопроводности, производственного процесса и принципа теплопередачи-Корпоративные новости-Shenzhen Union Tenda Technology, Union Tenda Technology, 1 августа 2019 г., www.szutd.com/en/corporatenews/58-58.html.

Шарафян, Амир и др. «Теплопроводность и контактное сопротивление адсорбентов из мезопористого силикагеля, связанных с поливинилпирролидоном, в контакте с металлической подложкой для систем адсорбционного охлаждения». Международный журнал тепло- и массообмена, том. 79, 2014. С. 64–71. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.07.086.

(www. dw.com), Deutsche Welle. «Токсичные и радиоактивные: ущерб от добычи редких элементов: DW: 13.04.2021». DW.COM, www.dw.com/en/toxic-and-radioactive-the-damage-from-mining-rare-elements/a-57148185.

Национальный центр биотехнологической информации, nrd.gov/resource/detail/14039611/National+Center+for+Biotechnology+Information.

Atlas Brito

Жизненный цикл графического процессора NVIDIA FE

В этом отчете основное внимание уделяется воплощенной энергии, которая используется для производства графических карт Nvidia. Эти графические процессоры (GPU) не полностью производятся Nvidia, многие компоненты продукта передаются другим корпорациям. Компании, у которых Nvidia передает свои полупроводники на аутсорсинг, имеют проблемы с устойчивостью при производстве своих чипов. «Устойчивая эффективность», о которой с гордостью заявляет Nvidia, ставится под сомнение в связи с расследованием «устойчивости» их партнеров.

NVIDIA заявляет NVIDIA КАК КЛИЕНТ — Окружающая среда:

Расчетные данные по углероду, воде и отходам от всех производителей кремния и системных контрактов для определения выбросов углерода и потребления воды для каждого продукта и финансовых затрат.

Обязательное соответствие экологическим стандартам.

Отчет NVIDIA о корпоративной социальной ответственности за 2020 год — Социальные сети, Производительность в соответствии с Кодексом поведения RBA

Они привлекают Тайваньскую компанию по производству полупроводников (TSMC) и Samsung Electronics Co. Ltd для производства полупроводниковых пластин для своих графических процессоров. Компания TSMC использует около 157 000 тонн воды в день и заявила, что часть из них «повторно использует» в своем отчете о корпоративной социальной ответственности за 2019 год., но большая часть используемой воды недостаточно чиста для повторного использования в производстве чипов. Для производства полупроводников требуется большое количество сверхчистой воды, чтобы избежать загрязнения электронных устройств. Большая часть используемой воды содержит токсичные растворители и тяжелые металлы, которые способствуют загрязнению грунтовых вод на водоочистных сооружениях при сбросе воды. Другие побочные продукты, возникающие в результате невозобновляемого использования электроэнергии, не учитываются точно в их Отчете о корпоративной социальной ответственности.

Что утверждает Nvidia?

Nvidia утверждает, что они находятся на пути к достижению своей цели по получению шестидесяти пяти процентов возобновляемой энергии к 2025 году. 24% в период с 2019 по 2020 год, а затем на 33% в 2021 году. Семьдесят восемь процентов этого увеличения связано с растущими операциями центров обработки данных Nvidia, и на них приходится почти половина их общего энергопотребления в 2021 году (Отчет о корпоративной социальной ответственности Nvidia за 2020 год / 2021). Невозобновляемая электроэнергия, закупленная на 2021 финансовый год, увеличилась на 35%, в то время как доля возобновляемой энергии в общем объеме электроэнергии снизилась с 33% до 25%. Потребление электроэнергии Nvidia является одним из основных факторов, влияющих на выбросы парниковых газов (ПГ). В Области охвата 3 закупленные товары и услуги увеличились на 751 771 метрическую тонну CO2-экв., в то время как количество отходов, образующихся в процессе эксплуатации, сократилось на 175 метрических тонн.

Поставщики

TSMC является основным поставщиком полупроводников для Nvidia и производит для них специализированные 14-нанометровые технологии. Они утверждают, что добились значительного прогресса на рынке возобновляемых источников энергии, но не могут подавить рост выбросов углерода, несмотря на внедрение ведущих в отрасли стандартов, из-за их растущей мощности. В 2020 году они провели 24 выездных аудита на предприятиях критически важных поставщиков с высоким уровнем риска сторонними организациями, сертифицированными RBA, 46% нарушений были серьезными нарушениями, содержащими риски цепочки поставок. (Отчет о корпоративной социальной ответственности TSMC за 2020 г.). Эти риски цепочки поставок включают: отсутствие комплексных планов резервного электроснабжения и водоснабжения в ответ на изменение климата, отсутствие страхового запаса сырья или готовой продукции и нехватку человеческих ресурсов для реагирования на непредвиденные события, такие как COVID-19.пандемия. В ходе этих проверок были обнаружены и другие проблемы с защитой окружающей среды, такие как отсутствие эффективных систем дождевой воды. Одним из достижений TSMC в 2020 году, согласно их отчету об устойчивом развитии, является внедрение системы с низким энергопотреблением для обогрева трубопровода, которая снижает температуру поверхности трубопровода для разработки их 12-дюймовых пластин. Выбросы парниковых газов TSMC Scope 3 неожиданно демонстрируют снижение затрат на покупку энергии, в то время как количество отходов, образующихся в процессе эксплуатации, значительно увеличилось на 16 420 метрических тонн в 2020 году. Только в 2020 году 88% выбросов парниковых газов были вызваны использованием невозобновляемой энергии.

Что это означает?

В статье Эмануэлы Барбироло «Нет воды, нет микрочипов: что происходит на Тайване?» (Forbes 2020) пишут о засухе на Тайване, которая заставила производителей чипов конкурировать с местными жителями за использование воды. TSMC, один из крупнейших мировых производителей чипов, использует более 150 000 тонн воды в день, что составляет примерно 80 плавательных бассейнов. Они полагались на использование водовозов для поддержания своей деятельности и производства; по оценкам, они тратят на эти водовозы больше, чем их первоначальный бюджетный план. Несмотря на то, что TSMC сократила закупку энергии в своих выбросах парниковых газов категории 3, этого нельзя сказать об их покупной энергии воды. Поскольку сверхчистая вода, используемая для разработки полупроводниковых пластин, не может быть переработана из-за риска загрязнения электронных устройств, вода может содержать опасные отходы, которые загрязняют наши водные потоки. (The Guardian 2021) Были введены экологические углеродные меры, которые начали внедряться ООН и установили тарифы для корпораций, которые не удовлетворяют критериям этих экологических мер. Одна из проблем заключается в том, что эти корпорации-производители чипов зарабатывают миллионы долларов и могут легко позволить себе закрывать глаза на эффективное внедрение экологически чистых углеродных технологий в своих цепочках поставок.

В отчете об устойчивом развитии Nvidia сообщается только о том, какое потребление энергии используется на объектах Nvidia для производства их графических процессоров, но не учитываются энергетические ресурсы, используемые для производства их полупроводников, которые являются критическими компонентами системы. Nvidia продемонстрировала значительный рост с 2020 финансового года до 2021 финансового года, тем самым увеличив потребление энергии для поддержания операционной деятельности. Ценности Nvidia в отношении «устойчивости» как корпорации, похоже, распространяются только на запрет одноразовых бумажных стаканчиков и пластика в их офисах в Индии, а не на их деловых партнеров, которые ежедневно истощают тонны воды и борются с местными жителями за водные ресурсы ради прибыли. . Они учитывают энергию и отходы, которые происходят на их операционных объектах и ​​​​в центрах обработки данных, но не за свои изготовленные на заказ 14-нанометровые технологии, которые они крестят перед входом на территорию Nvidia. Эти тесные отношения между Nvidia и Taiwanese Semiconductor Manufacturing Company действительно интересны для изучения, они действительно заставляют задуматься о проблемах, которые мы не можем увидеть под поверхностью этих двух технологических гигантов.

Библиография

NVIDIA. «Отчет о корпоративной социальной ответственности NVIDIA за 2021 год». Отчет о социальной ответственности, ДЖЕНСЕН ХУАНГ, 2021 г., https://images.nvidia.com/aem-dam/Solutions/documents/FY2021-NVIDIA-CSR-Social-Responsibility.pdf.

Нвидиа. «Корпоративная социальная ответственность Nvidia». NVIDIA, 2021,

https://www.nvidia.com/en-us/csr/.

Нвидиа. «Новое определение зеленого: устойчивое развитие в Nvidia». NVIDIA, 2021,

https://www.nvidia.com/en-us/csr/product-recycling/.

Нвидиа. Комиссия по ценным бумагам и биржам США, Вашингтон, округ Колумбия, 2021 г., Специализированный отчет о раскрытии информации FORM SD для NVIDIA CORPORATION.

https://d18rn0p25nwr6d.cloudfront.net/CIK-0001045810/bf30112b-f1fa-4303-83eC-0434aa6a1c4b.pdf

Nvidia. Комиссия по ценным бумагам и биржам США, Вашингтон, округ Колумбия, 2020 г., ФОРМА 10-K Годовой отчет в соответствии с разделом 13(d) Закона о ценных бумагах и биржах от 1934 г.

https://www.sec.gov/Archives/edgar/ data/1045810/000104581020000010/nvda-2020x10k. html

Global Tungsten & Powders Corp. «Global Tungsten & Powders Corp.. Публичный отчет о должной осмотрительности». Публичный отчет о комплексной проверке, https://www.globaltungsten.com/fileadmin/user_upload/GTPStep5Report-FY2018-19.pdf.

Кэмпбелл, Чарли. «Внутри крупнейшего в мире производителя полупроводниковых микросхем». Время, Время, 1 октября 2021 г., https://time.com/6102879/semiconductor-chip-shortage-tsmc/.

Кэмпбелл, Чарли. «Тайваньская компания по производству полупроводников вошла в список TIME100 самых влиятельных компаний 2021 года». Время, Время, 26 апреля 2021 г., https://time.com/collection/time100-companies/5950050/тайвань-полупроводник-производство-корпорация/.

Барбироло, Эмануэла. «Нет воды, нет микрочипов: что происходит на Тайване?» Forbes, журнал Forbes, 1 июня 2021 г., https://www.forbes.com/sites/emanuelabarbiroglio/2021/05/31/no-water-no-microchips-what-is-happening-in-taiwan/?sh= 1e0faa2c22af.

«У индустрии компьютерных микросхем есть грязный климатический секрет». The Guardian, Guardian News and Media, 18 сентября 2021 г., https://www.theguardian.com/environment/2021/sep/18/semiconductor-silicon-chips-carbon-footprint-climate.

Энн Гриффин

Отходы и выбросы графического процессора Nvidia

Компьютеры облегчают нашу жизнь, и без их изобретения мы не были бы такими, какие мы есть сегодня. Хотя причудливая оболочка и клавиатура приятны на вид, важной частью компьютера является графический процессор. Графический процессор, сокращение от графического процессора, начинается с печатных плат (PCB), на которые затем наносится экран припоя. «Затем печатная плата проходит процесс, называемый пайкой оплавлением, который, наконец, запекает устройство, чтобы убедиться, что все они надежно закреплены» (1). Затем платы проходят тщательный процесс очистки, чтобы подготовить их к использованию в графическом процессоре. С каждым шагом на этом пути в мир выбрасываются отходы и выбросы. Чтобы сделать графический процессор Nvida, металлы и материалы должны быть переработаны из сырья в полезную часть машины, создавая выбросы и отходы на протяжении всего процесса обработки и производства. На создание этих машин уходит много труда, а вместе с ним и много отходов и выбросов.

Для начала материалы должны быть добыты из-под земли, прежде чем они будут обработаны. Основными материалами являются вольфрам, медь, олово, алюминий и золото. У Nividia есть несколько источников всех этих материалов, одним из которых является Global Tungsten & Powders Corp. В своем публичном отчете о должной осмотрительности они делают заявление, «поскольку невозможно плавить вольфрам так же, как другие металлы, потому что переработка вольфрамовых концентратов в металл требует обширной переработки, GTP и вольфрамовая промышленность в целом считает весь вольфрамсодержащий лом неподходящим для ответственного поиска полезных ископаемых». продают и перерабатывают вольфрамовый лом, что, по их утверждению, является незначительной возможностью. Медь — это совершенно другая ситуация, и для нее у EPA есть специальные правила. «Шлам завода по очистке сточных вод с сульфатом кальция от первичной обработки меди» и «Шлак от первичной обработки меди» (3) включены в законопроект об исключении отходов горнодобывающей промышленности, принятый в 1991. Это означает, что отходы, образующиеся при переработке меди, не считаются EPA опасными.

В дополнение к другим материалам большая часть графического процессора и его корпуса изготовлена ​​из алюминия. Хотя в целом алюминий является стабильным и универсальным материалом, его обработка может привести к опасным побочным продуктам. Это особенно заметно, когда «шлифовка, полировка, распиловка, резка, шлифовка и очистка щеткой от царапин на алюминии образуют мелкие частицы алюминия, известные как «мелочь», «пыль» или «порошок», некоторые из которых потенциально взрывоопасны». (4) Даже при наличии обширных правил обращения эта алюминиевая пыль может оставаться в окружающей среде неопределенное время из-за своего небольшого размера. Уместным сравнением было бы появление блесток на собачьей шерсти. Нет реального способа избавиться от всего этого, и даже после тщательной очистки все равно останется небольшой остаток. Алюминий также должен быть обработан, что может быть сделано различными способами, включая «процесс Девиля, который включает прямую реакцию металлического натрия с хлоридом алюминия, который был основой производства алюминия в конце 19 века. веке, но от него отказались в пользу более экономичного электролитического процесса». (5) После изучения электролитического процесса и того, как в настоящее время обрабатывается алюминий, исследователи обнаружили, что «текущий углеродный след мировой алюминиевой промышленности оценивается в 500 миллионов метрических тонн двуокиси углерода»(6), и хотя GPU Nividia не учитывает все эти выбросы, выбросы при переработке алюминия также необходимо учитывать.

Далее, после обработки сырья и изготовления основы схемы за пределами предприятия, платы помещаются в машины для пайки. Вместо ручной пайки каждой детали существует машина, которая перегревает паяльную пасту для создания прецизионных соединений для электроники. В настоящее время наилучшей пайкой оплавлением является припой на основе свинца. Были проведены исследования по переработке припоя на основе свинца в бессвинцовую паяльную пасту, однако «более высокие температуры на 30°C, необходимые для восстановления бессвинцовых соединений, создают термическую нагрузку на материалы, которые расширяются с разной скоростью, что может привести к выходу из строя паяного соединения». (7) Свинец особенно токсичен и опасен для человека и растений. «При выбросе или осаждении на почве свинец будет удерживаться в верхних 2-5 см почвы, особенно в почвах с содержанием органического вещества не менее 5% или pH 5 или выше». (8) Эти почвы, содержащие свинец, могут позволить его выщелачиваться в органическое вещество, лежащее на почве или в ней. По мере продолжения жизненного цикла все, что находится в почве, медленно включается в жизнь вокруг нее, что приводит к попаданию свинца в дикую природу и даже в человеческую популяцию. Процесс пайки необходим, однако должны быть предприняты шаги, чтобы обеспечить переработку припоя на основе свинца в менее токсичный материал.

После того, как плата припаяна, начинается, пожалуй, самая токсичная часть всего процесса: очистка печатной платы. Для бесперебойной работы плата должна быть полностью очищена от пыли, которая может привести к неисправности или короткому замыканию. Дополнительная пыль также приведет к сокращению срока службы машины. Обычно для очистки досок используется продукт под названием d-Limonene. Были проведены обширные исследования токсичности d-лимонена. «Основные проблемы со здоровьем и безопасностью при использовании d-лимонена в операции по очистке ПХБ связаны с горючестью и токсичностью. d-лимонен создает опасность возгорания при очистке печатных плат из-за его низкой температуры воспламенения. Этот риск становится управляемым за счет надлежащей защиты оборудования. d-лимонен также вызывает озабоченность по поводу токсичности для человека. Токсикологические исследования, проведенные на животных и людях, показывают, что токсичность для человека может быть от низкой до умеренной» (9).). Хотя утверждение о том, что он имеет низкую или умеренную токсичность, кажется безобидным, испытания проводились на животных. Тем не менее исследователь утверждает, что «d-лимонен не должен представлять серьезной угрозы для здоровья человека. Хотя он вызывал токсичность для почек, репродуктивные и развивающие эффекты, а также кожные эффекты у животных, предсказание токсичности для людей на основе этих результатов является неопределенным». (9) Очевидно, что это не очень безопасный материал, с которым можно легко обращаться, и представляет собой реальную угрозу для людей, несмотря на то, что от нее полностью отмахиваются. Заводские рабочие могут вступить в контакт с d-лимоненом при вдыхании во время производства и через кожный контакт, если он попадет на их кожу. Рабочие подвергаются повышенному риску контакта с этим материалом, так как они подвергаются его ежедневному воздействию.

Кроме того, Nvidia также изучила свою социальную ответственность и предпринимает шаги, чтобы стать более устойчивой в будущем. Они уже приняли некоторые меры и заявляют, что «100% технологий, выдаваемых сотрудникам NVIDIA, повторно используются или перерабатываются сертифицированными поставщиками электронных отходов». (10) Это показывает готовность повторно использовать старые технологии вместо того, чтобы постоянно новейшие устройства для своих сотрудников. Они также ставят долгосрочные цели, чтобы помочь продвинуть процесс вперед, и до сих пор были довольно успешными: «Достигли 78-процентного уровня отклонения в 2019 календарном году. »(11) для отходов, направляемых на свалку. Даже во время масштабной стройки Nvidia смогла увести 90% отходов со свалки. Однако, когда вы смотрите на их отчеты о выбросах CO2, все выглядит мрачнее. В 2020 году они произвели 2698 метрических тонн CO2, и это число медленно, но неуклонно росло на протяжении многих лет. Хотя они очень сосредоточены на физической стороне, сама компания должна осознавать влияние выбросов CO2 на окружающую среду.

В заключение отметим, что при производстве графического процессора Nvidia возникает много отходов и выбросов. Эти отходы происходят от всего, от процессов добычи полезных ископаемых до производства и даже очистки досок. Однако предпринимаются шаги по сокращению этих излучений во всем цифровом и электронном мире.

Производитель микросхем TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Co Ltd), «которая считает Apple Inc и Qualcomm Inc своими основными клиентами, «установит соответствующие меры по смягчению последствий» и активно внедрит использование возобновляемых источников энергии», кроме того, они поставили перед собой цель « нулевой рост выбросов к 2025 году» (12). Это решение было принято под давлением активистов, которые лоббировали правительство Тайваня с целью принятия мер в связи с климатическим кризисом. Тайвань является лидером в производстве электроники, и мы надеемся, что их пример побудит другие страны и компании последовать их примеру. Теперь, когда проблема решается и рассматривается ясно, предпринимаются шаги, чтобы попытаться бороться с производимыми выбросами.

Биография

(1) Джеймс, Дэйв. «Как сделаны ваши видеокарты Nvidia и AMD». PCGamesN, PCGamesN, 23 марта 2021 г., https://www.pcgamesn.com/how-nvidia-amd-graphics-card-are-made

(2) Global Tungsten & Powders Corp. «Global Tungsten & Powders Corp.. Публичный отчет о должной осмотрительности». Публичный отчет о комплексной проверке, https://www.globaltungsten.com/fileadmin/user_upload/GTPStep5Report-FY2018-19.pdf

(3) EPA «Отходы горнодобывающей промышленности». EPA, Агентство по охране окружающей среды, 2016 г., https://archive.epa.gov/epawaste/nonhaz/industrial/special/web/html/index-5. html

(4) Алюминиевая ассоциация. «Студенческие образовательные ресурсы». Факты об алюминии и образовательные ресурсы| Алюминиевая ассоциация, 19 октября 2021 г., https://www.aluminum.org/health-safety

(5) Брайденбо, Питер Р. «Обработка алюминия». Encyclopdia Britannica, Encyclopdia Britannica, Inc., https://www.britannica.com/technology/aluminum-processing

(6) Das, S. Достижение углеродной нейтральности в мировой алюминиевой промышленности. JOM 64, 285–290 (2012). https://doi.org/10.1007/s11837-012-0237-0

(7) EPA «Припои в электронике: сводка оценки жизненного цикла» EPA-744-S-05-001, август 2005 г. https://www.epa.gov/sites/default/files/2013-12/ documents/lead_free_solder_lca_summary.pdf

(8) Дженнингс, Джерард «ИССЛЕДОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БЕССВИНЦОВЫХ ПРИПОЕВ В ЭЛЕКТРОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ» Технологический институт, Слайго. Сентябрь 2002 г. https://research.thea.ie/bitstream/handle/20.500.12065/1505/Jennings%2CGerard%202002.pdf?sequence=7&isAllowed=y

(9) Миссик, Питер «Воздействие Цитрусовые терпены в очистке печатных плат». Институт сокращения использования токсичных веществ, Массачусетский университет, Лоуэлл, 19 июня.93 https://www.turi.org/content/download/3762/46108/file/techreport6.pdf

(10) Нивидия. «Новое определение зеленого: устойчивое развитие в Nvidia». NVIDIA, 2021 г., https://www.nvidia.com/en-us/csr/product-recycling/

(11) NIVIDA. «Отчет о корпоративной социальной ответственности NVIDIA за 2021 год». Отчет о социальной ответственности, ДЖЕНСЕН ХУАНГ, 2021 г., https://images.nvidia.com/aem-dam/Solutions/documents/FY2021-NVIDIA-CSR-Social-Responsibility.pdf

(12) Бланшар, Бен. «Производитель чипов TSMC стремится к нулевым выбросам к 2050 году». Агентство Рейтер, Thomson Reuters, 16 сентября 2021 г., https://www.reuters.com/technology/chipmaker-tsmc-aims-net-zero-emissions-by-2050-2021-09.-16/

Как делают графические процессоры | TechRadar

Когда вы совершаете покупку по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.

Объем работы, необходимый для производства графического процессора, просто ошеломляет.

Это действительно, как пел Пол Саймон, дни чудес и чудес. Кажется почти невероятным, что инженерам удалось спроектировать и построить машину, размеры компонентов которой составляют всего 40 нм в поперечнике. Это всего одна тысячная диаметра человеческого волоса.

Но мы делаем такие устройства прямо сейчас. Их называют общими процессорами, и они начинают конкурировать с центральным процессором за его давнее звание самого волшебного инженерного решения, которое можно найти в компьютере.

С какой угрозой сталкивается ЦП? Рассмотрим топовый процессор для настольных ПК, такой как четырехъядерный вариант Sandy Bridge процессора Intel Core i7. Он может похвастаться чуть меньше миллиарда транзисторов. Передовой универсальный процессор, такой как AMD Cayman, используемый в Radeon HD 69.70, работает на целых 2,64 миллиарда транзисторов.

Учитывая, что он может похвастаться не менее чем 1536 шейдерными процессорами, 24 механизмами SIMD (одна инструкция и несколько данных) и 32 ROP (блоками растровых операторов), это, пожалуй, неудивительно. Это история о том, как создаются графические процессоры AMD — как идея превращается в кремний, используя самые передовые и сложные инженерные методы и механизмы. Читайте дальше, пока мы погружаемся в настоящие дни чудес и чудес.

Проектирование общего процессорного блока начинается не с мысли о транзисторах или медных дорожках, а с чего-то, что называется спецификацией требований к продукту, или PRS — приоритетным определением всех функций, которые должен иметь новый чип. Это может показаться не слишком захватывающим, но PRS действует как контрольный список на протяжении всего процесса проектирования.

Учитывая, что проектирование является очень дорогостоящим мероприятием с точки зрения времени и денег, жизненно важно, чтобы PRS давал адекватный ответ на вопрос: «Что именно мы пытаемся построить здесь?»

Обычно для завершения PRS требуется шесть месяцев. В нем будут задействованы тысячи инженеров, в том числе архитекторы, разработчики аппаратного обеспечения, проектировщики плат, инженеры по валидации, разработчики программного обеспечения и инженеры по прошивке/BIOS, а также представители управления продуктами, управления технологиями и по связям с разработчиками.

Документ имеет форму базы данных и может включать более 1000 функций, каждая из которых может быть чем угодно, от странного предложения до 100-страничной спецификации.

Еще один результат проектирования высокого уровня, с которым знакомы наиболее технически подкованные пользователи ПК, — это блок-схема. Хотя он не имеет ничего общего с тем, как элементы графического процессора будут расположены на кристалле, он включает в себя каждый из основных функциональных блоков и показывает, как между ними проходят сигналы.

2. План этажа и список соединений

Теперь группы инженеров приступили к работе над двумя отдельными областями проекта. Во-первых, необходимо определить план помещения. Это физическое представление, которое будет учитывать ожидаемый размер каждого блока и его положение относительно других блоков.

Здесь учитывается, сколько сигналов проходит между блоками с целью уменьшения длины путей. Тем временем другие инженеры работают над дизайном каждого из блоков на уровне компонентов.

Однако это не что иное, как проектирование электронных схем в представлении неспециалиста. Вместо принципиальной схемы проект создается на языке описания оборудования, таком как VDHL. Если вам интересно, составная аббревиатура означает язык описания оборудования для очень высокоскоростных интегральных схем (именно это означает буква «V»).

Очень похожий на язык программирования, этот способ создания схем предоставляет инженеру-программисту множество преимуществ. Что наиболее важно, схемы могут быть определены иерархически, поэтому, например, определив логический элемент ИЛИ из отдельных транзисторов, его можно использовать в определении более сложного блока, такого как однобитный сумматор.

Таким же образом строятся все более сложные строительные блоки путем повторного использования того, что уже было создано. Часто разработчику даже не нужно определять стандартные блоки, поскольку они доступны из сторонних библиотек.

Когда код VDHL готов, он проходит через процесс, называемый синтезом, который эквивалентен компиляции языка программирования. В то время как компиляция языка программирования проверяет код на наличие ошибок и, как только он не содержит ошибок, генерирует файл, содержащий инструкции для отдельных процессоров, результат синтеза называется списком соединений и определяет связи между каждым компонентом, включая эти 2,64 миллиарда. транзисторы.

3. Проверка схемы и эмуляция

Список соединений можно использовать непосредственно в процессе изготовления маски, но это может привести к проблемам, поскольку такие сложные конструкции, как GPU, никогда не бывают на 100% правильными с первой попытки. Более того, учитывая, что набор масок может стоить 1 миллион долларов, тестирование дизайна на реальном кремнии будет непомерно дорогим.

Вместо этого проект проверяется и эмулируется — операция, требующая огромных ресурсов процессора и суперкомпьютеров. Проверка включает в себя тестирование отдельных блоков, возможно, тысячи тестов на блок. Каждый раз, когда что-то терпит неудачу, группа разработчиков возвращается, чтобы исправить ошибки, а затем выполняет полный набор имитационных тестов, чтобы убедиться, что корректирующие действия не нарушили то, что раньше работало правильно.

Когда все отдельные блоки работают, команда переходит к эмуляции. Это означает проверку GPU в целом, но, учитывая время обработки, необходимое для имитации многомиллиардного транзисторного чипа, эти тесты изначально могут быть не более сложными, чем отрисовка одного пикселя.

В дополнение к функциональному тестированию, эмуляция также обеспечивает соответствие чипа требованиям по скорости обработки.

4. Изготовление масок

Благодаря симуляции конструкторы знают, что соединения цепей верны, но до сих пор, за исключением плана этажа верхнего уровня, никто не задумывался о том, куда деть компоненты. на чипе. Это осуществляется с помощью специального пакета САПР, управляемого планом этажа.

Этот в значительной степени автоматизированный процесс размещает каждый компонент и прокладывает медные дорожки, которые в конечном итоге соединят их все вместе. Кульминацией этого процесса является важная веха, называемая «закреплением», и знаменующая собой переход от проектирования к изготовлению.

Читайте также: