Как делают чипсы: процесс производства по шагам
Приготовление чипсов из картошки, по сути – резка и жарка. Однако в промышленных масштабах процесс и оборудование впечатляют. Меньше чем за час машина привезенных с фермы клубней станет партией коробок с хрустящим картофелем, готовых к отправке в магазины.
Лакомство для детей, закуска к пиву или перекус для взрослых, чипсы являются одним из любимейших снеков. Классические чипсы делают из тонких ломтиков картофеля, обжаренных в масле – просто, как все гениальное.
Скоро они отпразднуют двухсотлетний юбилей. Изобрели их в США, название – оттуда же. В Советском Союзе чипсы знали только как «Хрустящий картофель московский в ломтиках». По вкусу он отличался от того, к которому мы привыкли сейчас, был масляным, сильно зажаренным, по толщине – почти прозрачным. Современные чипсы в России попробовали в 90-х.
Технология производства проста. Приготовив их в домашних условиях, правда, разнообразия вкусов добиться будет сложнее, срок хранения будет небольшим.
Бизнес в тему: Как открыть цех по производству чипсов.
Из поля в цех
Сначала картошку нужно вырастить. При всей очевидности тут есть свои особенности: нужно выбрать правильный сорт. Для качественных снеков подойдут немногие: любимая всеми хозяйками рассыпчатая картошка не годится. Клубни должны хорошо сохранять форму при нарезке и обработке, быть одинаковыми по размеру (4-9 см), без внутренних дефектов и повреждений. Как правило, определенные фермы специализируются на выращивании картофеля для фабрик, где делают чипсы.
Очистка
Привезенные с фермы клубни на заводе в специальных бункерах очищаются от грязи, потом моются в большой емкости, по строению отдаленно напоминающую бак стиральной машины.
Фото этапов производства: Яся Фогельгардт
Шкурку клубни стесывают в специальной установке о шершавые стенки. Каждой картофелине хватает 90 секунд! После чистки – снова мойка, чтобы убрать остатки кожуры.
Нарезка
Очищенная картошка сортируется, крупная режется. При этом процессе нужны люди – они контролируют качество, вручную убирая плохие овощи. Подготовленные клубни по конвейеру едут в слайсер. Там они нарезаются ломтиками, толщиной не более 1,3 мм. Ломтики снова моются, при этом убирается лишний крахмал, который продают.
Фото: промывка после нарезки
Прожарка
Нарезанные ломтики отправляются жариться при температуре 150 ℃. Каждый из них три минуты проводит в кипящем растительном масле, для столь тонкой картошки этого времени достаточно. На выходе степень готовности контролируется влагомерами.
Оптическая сортировка и нанесение специй
Почти готовые чипсы проверяются на повреждения и дефекты, после чего можно наносить специи.
В большом вращающемся барабане распыляются необходимые приправы, за счет технологии ровно ложась на каждый ломтик, накрепко прилипая к нему.
Приправы чаще всего натуральные: измельченные травы, специи, лук, чеснок. К ним добавляются ароматизаторы, соль, усилитель вкуса – глутамат натрия.
Некоторые чипсы делают только в России: со вкусом малосольных огурчиков или белых грибов в сметане.
Фасовка и упаковка
Готовые чипсы расфасовываются по пакетам, которые заполняются азотом, после чего запаиваются. При такой технологии они могут храниться довольно долго, не теряя вкуса, качества, внешнего вида.
Пакеты, упакованные в картонные коробки, отправляются на склад готовой продукции, откуда разъезжаются по магазинам.
Конечно, на прилавках появилось множество снеков, которые называют чипсами: из яблок, бананов, кальмаров, рыбы, кукурузной муки или крахмала. Но они никогда не добьются такого уровня популярности, как завоевавшие сердца и желудки миллионов людей жареные ломтики картошки.
Есть или не есть: вот в чем вопрос
Чего только не говорят про всеми любимые чипсы: вредные они, канцерогенные, холестерин с трансжирами в чистом виде.
Однако популярность их не страдает. Но вопрос о том, можно ли их есть без вреда для здоровья, остается.
Если обратиться к сайту Росконтроля, то результаты поразят: из тринадцати протестированных упаковок чипсов в черный список не попало ни одной, более того, все оценки в зеленой зоне! То есть вредного содержимого в упаковках не обнаружено. Завидный уровень качества для продукта.
Для сравнения: другие снеки, которые на первый взгляд должны быть более натуральными и полезными, такими результатами похвастаться не могут. Некоторые образцы семечек или сухариков попадали в желтую зону, то есть к их качеству были вопросы.
Напрашивается вывод: есть чипсы можно! Как любой продукт, при чрезмерном употреблении они могут нанести вред, в первую очередь – фигуре.
Производители и бренды
Пока большую часть рынка занимают иностранные бренды, но российские производители активно развиваются и стараются отвоевать позиции.
Бренд | Владелец | Страна |
|---|---|---|
Lay’s | PepsiCo | США |
Estrella | Mondelez International | Швеция |
| Pringles | Kellogg’s | США |
Русская картошка | ООО «Русскарт» | Россия |
Московский картофель | ПАО «Русский продукт» | Россия |
Хрустящий картофель | АО «КДВ» | Россия |
Производители и брендыИсточники: Росконтроль, Зачестныйбизнес, официальные сайты производителей.
Pringles – не совсем чипсы, скорее печенье или вафли, так как в них содержится большая доля муки. Однако суд Великобритании не смог отобрать у них право называться чипсами.
Персонаж на логотипе – повар Джулиус Прингл.
В Индонезии и Малайзии делают чипсы из перемолотых морепродуктов (рыбы, креветок, кальмаров), рисовой муки, крахмала. Это знаменитый крупук, без которого местные не представляют себе трапезу.
Статистика
Маркетинговое агентство FDFgroup провело исследование потребления чипсов у населения.
Частота покупок чипсов:
- раз в месяц – 41%;
- раз в неделю – 21%;
- чаще одного раза в неделю – 16%.
Выбор вкуса:
- сыр –36%;
- сметана и зеленый лук – 14%;
- соль – 12%;
- бекон – 8%.
Абсолютным лидером российского рынка стали чипсы Lay’s, им отдают предпочтение большинство покупателей.
Картофельный бизнес
Картофель – отличный материал для бизнеса. Низкая цена, доступность, кроме того, чипсы любят все! Не обязательно сразу покупать производственную линию, как на заводе. Можно найти идеи для стартапа проще, дешевле, интересней.
Смотреть бесконечно можно на воду, огонь или на то, как делают чипсы.
Как делают чипсы: технологии производства
Чипсы едят все, но мало кто задумывается о том, какой путь они проходят до того, как попадают в пачку. За кадром остаются огромные поля, серьезные агротехнологии, сложное производство и хитрые способы переработки
Килограмм чипсов на жителя России в год
Путь картошки к чипсам начинается во время высадки, но этап созревания мы пропустим, сейчас осень — время уборки урожая. Место действия — Семикаракорский район Ростовской области. Обрабатывающая поле, которое вы видите на фотографиях, компания — один из семи областных поставщиков картофеля для крупнейшего производителя чипсов в России, компании PepsiCo. В этом году вместе с остальными хозяйствами ее сотрудники заложат на склады, а затем привезут на заводы не меньше 50 тыс. т картофеля. Из него, по грубым подсчетам, получится 15 тыс. т того, чем все мы так любим похрустеть вечером перед монитором или телевизором.
Выходит, что Ростовская область дает примерно по 100 гр чипсов на каждого жителя России в год, и это только один из восьми регионов, где работают агроменеджеры PepsiCo. В рамках всей страны в этом году они ожидают поставки примерно 500 тыс. т картофеля, годом ранее это был объем в 470 тыс. т.
Картофельное поле осенью. Через несколько часов комбайн соберет урожай (Фото: Алексей Ведерников для РБК)
И очень похоже на то, что условный 1 кг чипсов на гражданина РФ год — не предел. Во-первых, потому что на долю PepsiCo (бренд Lay’s) приходится почти две трети рынка чипсов нашей страны, и оставшаяся треть — это тоже ощутимый объем. Во-вторых, потому что с начала пандемии COVID-19 потребление снеков во всем мире выросло. Точную статистику пресс-служба PepsiCo не раскрывает, но речь идет о значительном росте.
Картофель, кстати, на полях не простой.
Агротехнологии: километровые «поливалки», датчики и дроны
За 13 лет хозяйство прошло большой путь и в плане технологий. Хорошим подспорьем стала и до сих пор остается система оросительных каналов, построенных в Ростовской области еще при СССР. Но вместо давно устаревших машин ДДА-100 для полива теперь используются дождевальные установки компании Valley.
Круговая дождевальная машина Valley для полива (Фото: Алексей Ведерников для РБК)
Процесс сбора картофеля впечатляет не так, как системы полива, но и тут работает хорошая современная техника: тракторы John Deere c прицепными комбайнами Grimme и отдельный самоходный комбайн Grimme.
Здесь удивили два момента. В комбайнах есть сортировочный стол, за которым работают несколько человек — вручную удаляют ботву и камни, с которыми не смогла справиться автоматика. А если пройтись по участку, который уже обработал комбайн, то видно, что в земле осталось много картофеля. Кажется, что потери ощутимые, но на деле это не так. На поле остается не более 2–3% всего урожая, и в основном это маленькие клубни. Если отправить их на производственную линию чипсового завода, то при чистке почти половина одной такой картошины превратится в отходы при том же расходе воды и энергии, что и на более крупную. Кроме того, эти остатки разрешают собирать местным жителям, а то, что остается в земле на зиму, превращается в питательные вещества.
Даже когда находишься на поле, за кадром остаются другие значимые технологические решения. Например, дроны. Конкретно здесь они используются для того, чтобы следить за тем, как развивается картофель. Поле фотографируется с воздуха, затем проводится спектральный анализ снимков.
Грубо говоря, если видно, что на каком-то участке цвет листьев не соответствует стандартам, туда идет специалист, чтобы выявить проблему. Это огромная экономия времени: обойти десятки гектаров собственными ногами физически невозможно.
Уборка урожая: комбайн пересыпает картофель из бункера в грузовик, который повезет его на склад (Фото: Алексей Ведерников для РБК)
При выращивании картофеля крайне важно качество полива. С одной стороны за это отвечают уже упомянутые выше огромные дождевальные агрегаты. С другой, контролировать процесс помогают датчики влажности почвы. Внутри каждого — SIM-карта, с помощью которой данные передаются на сервер, а затем, в обработанном виде, на мобильные устройства специалистов хозяйства.
Технологии, конечно же, добрались и до складов. На этапе заполнения картофелехранилища перед входом обязательно ставится линия дополнительной сортировки, чтобы с размером исходника для будущих чипсов все точно было в порядке.
В дело идут клубни диаметром от 3,5 до 9 см. Каждый склад ангарного типа вмещает 3,3–3,5 тыс. т картофеля. Во время хранения овощи «дышат» — выделяют тепло, поэтому помещения нужно вентилировать и охлаждать в теплое время года. Картофель закладывают на хранение сразу после уборки, а затем постепенно опустошают один склад за другим. Те из них, в которых клубни лежат дольше всего, как раз и оборудованы холодильными установками. Их включают с апреля по июль, когда среднесуточная температура превышает температуру хранения: плюс 8℃.
Главная потенциальная проблема предстоящего 2022 года — удорожание картофеля из-за роста цен на удобрения. Причины — энергетический кризис, сокращение поставок со стороны США и Китая и отсутствие экспортных ограничений в нашей стране в начале этого года — запасы производителей по выгодным ценам были проданы за рубеж. Сейчас правительство принимает меры по регулированию, но чем все закончится, пока прогнозировать трудно.
Телескопический загрузчик и конвейер подачи на складе картофеля (Фото: Алексей Ведерников для РБК)
Они действительно из картофеля: мы проверили!
Чипсы с поля перерабатывают совсем рядом — в 150 км от него на заводе Lay’s в Азове.
С недавних пор таких предприятий у PepsiCo в России уже три: здесь, в Кашире, а теперь и в Новосибирске. Производство на востоке страны появилось не просто так: все дело в нюансах логистики. В прицеп седельного автомобильного поезда (мы привыкли называть этот грузовик просто фурой) можно загрузить либо 4 т готовых чипсов, либо 20 т картофеля. Впрочем, возить овощи за Урал PepsiCo не планирует — схема работы в новом регионе такая же, как и в Ростовской области. Уже в этом году компания закупит 25 тыс. т чипсового картофеля у локальных производителей — специальную агропрограмму, сделавшую это возможным, запустили задолго до ввода завода в эксплуатацию.
Для всех, кто входит внутрь, предусмотрена обязательная форма одежды. Маска-респиратор с высоким уровнем защиты — требование во время пандемии. Помимо нее нужны одноразовый халат (у рабочих полноценная форма), каскетка и специальная обувь, чтобы не скользить на поверхностях, где осталось масло. Внутри очень чисто, и буквально все максимально сконцентрированы на том, чтобы ничего постороннего ни в коем случае не попало на линию.
Но оборудование шумит так, что работать, да и просто находиться рядом с ним без берушей невозможно: это тоже часть обязательной экипировки. Так что условия труда вредные для слуха — за это сотрудники получают доплаты.
Разгрузка 20-тонного прицепа на заводе чипсов (Фото: Алексей Ведерников для РБК)
Знакомство с производством начинается с разгрузки. Тот самый грузовик с 20 тоннами картофеля в прицепе заезжает на специальную платформу, которая аккуратно поднимает гигантскую машину вверх, наклоняя под углом едва ли не в 45 градусов. Клубни падают в емкости для сбора, проходят первичную сортировку и очистку от ростков и земли, а потом поступают в бункеры для хранения. Всего здесь шесть бункеров для кратковременного хранения, каждый вмещает 40 т картофеля. Запасов из одного хватает на четыре часа непрерывной работы одной производственной линии, которых здесь две.
Следующий этап на пути от клубня к чипсам внутри пачки — мойка и отделение от камней и щепок. Далее специальная круглая установка чистит картофель методом шлифовки — кожура стачивается от контакта с шершавыми внутренними стенками. Потом очищенный картофель снова моют, чтобы избавиться от мельчайших кусочков прилипшей кожуры, и сортируют по габаритам. Самые крупные режет грейдер, а дальше овощи ждет ручная инспекция: люди дорезают то, с чем не справилась автоматика, и убирают неподходящие куски.
Дальше — еще интереснее: куски картофеля попадают в слайсер, который нарезает их на ломтики с толщиной не более 1,3 мм. Сам слайсер — это барабан с ножами. Кажется, что картошка — штука мягкая, но когда речь идет об огромном промышленном производстве ресурс барабана не превышает 2,5 часов — после этого ножи нужно менять. Слайс — это уже почти готовый чипс. Когда держишь его в руках, то никаких сомнений в том, что их делают действительно из картофеля, уже точно не остается.
Барабанный нож для автоматической нарезки картофеля на слайсы (Фото: Алексей Ведерников для РБК)
После этого слайсы остается промыть от лишнего крахмала и отправить в закрытую емкость для жарки при температуре 180℃.
На это нужно три минуты, и результат вновь проходит несколько стадий проверки. Влагомеры определяют степень прожарки: если перебор или недобор, то партия утилизируется. Если с прожаркой все хорошо, то далее дело за оптической сортировкой — чипсы с дефектами отделяются от нормальных и тоже утилизируются. Расход масла на линии — 1000–1200 л в час, и оно постоянно обновляется.
Заключительный этап создания продукта — нанесение специй. Чипсы попадают в крутящийся барабан, где перемешиваются с травами, специями, ароматизаторами и солью. Поскольку ломтики масляные, все это очень хорошо к ним прилипает. Кстати, самые популярные вкусы Lay’s в России — зеленый лук, соль и, внезапно, краб, замыкающий тройку с незначительным отрывом. В других странах тоже есть эксклюзивные локальные вкусы-фавориты. В Греции и Сербии это соус дзадзики, в Испании — трюфель и хамон, в Голландии — соус йоппи (яично-масляный), а в Великобритании — вустерский соус и мармит. Последнее — пряная паста из пивных дрожжей с витаминами, солью и специями.
Весовые дозаторы, которые отмеряют точное количество чипсов для упаковки (Фото: Алексей Ведерников для РБК)
Готовые чипсы поднимаются на уровень второго этажа и поступают в весовые дозаторы, из которых падают по каналам вниз точно отмеренными порциями. Там их ждет раскрытый пакет, который машина формирует в виде рукава из специальной ленты. Перед запайкой емкость заполняется азотом, чтобы чипсы дольше хранились. Дальше все процессы ручные: люди собирают пачки в коробки, коробки ставятся на палету, обматываются пленкой, а потом водитель погрузчика отвозит их на склад, с которого они отправятся на полки магазинов.
Кстати, процессы выращивания и хранения картофеля и то, как потом он превращается в чипсы, РБК Тренды уже снимали на видео:
От пачки чипсов к футбольному полю
Дальнейшая судьба чипсов полностью предрешена — их купят и с удовольствием съедят.
Но какова судьба их упаковки? В случае с Lay’s, по данным производителя, она примерно на 85% состоит из полипропилена, примерно на 15% из полиэтилена плюс есть незначительный слой металлизации. Раньше считалось, что переработать такую пачку нельзя, но недавний совместный эксперимент PepsiCo, Nestle, Unilever, Mars и Mondelez International эту теорию опроверг. Из полученных полиэфирных гранул можно делать лавочки, корзины для покупок, лотки для хранения, строительные и композитные материалы.
На глобальном уровне у PepsiCo есть инициатива под названием Lay’s RePlay: из переработанных пачек изготавливают покрытие для футбольных полей. По данным компании, скоро в России может появиться технология химического рециклинга, которая позволит фактически повторно использовать упаковку: перерабатывать старую, а из гранул создавать новую.
Рулоны, которые специальная машина превратит в будущую упаковку чипсов (Фото: Алексей Ведерников для РБК)
Однако вряд ли PepsiCo сделает этот процесс массовым, потому что компания планирует поменять упаковку.
По задумке, она будет сделана из мономатериала на основе полипропилена. Его проще перерабатывать, а у получаемой гранулы гораздо больше вариантов использования.
Как производятся компьютерные чипы?
© НИМЕДИА / Shutterstock.com
Ключевые моменты:
- Наиболее распространенными полупроводниковыми материалами, используемыми для производства компьютерных микросхем, являются диоксид кремния (или песок), германий и арсенид галлия.
- Одним из этапов процесса изготовления компьютерного чипа является фотолитография, при которой светочувствительный материал используется для переноса рисунка на подложку.
- Рисунок, сформированный в процессе травления, называется «маской». Именно он придает чипу форму и функциональность.
Компьютерные чипы, также известные как кремниевые микрочипы, представляют собой невероятно маленькие электронные устройства, используемые для хранения и обработки информации. Они контролируют все, от электроприборов до оргтехники, цифровых камер и медицинского оборудования.
Они берут всю эту информацию, будь то простое цифровое изображение или целый фильм, и превращают ее в полезный продукт. Каждый раз, когда вы нажимаете «Отправить» или «Ввод» на своем компьютере, вы используете новейшие технологии микрочипов для обработки и отправки ваших данных через Интернет или офисное здание. Но откуда берутся эти чипы? Как они сделаны? Эта статья проведет вас через каждый шаг, связанный с процессом создания этих основных продуктов, которые держат нас на связи и ежедневно информируют.
Какие химические вещества используются при изготовлении компьютерных микросхем?
Компьютерный чип, также известный как интегральная схема, состоит из полупроводникового материала. Наиболее распространенным типом полупроводникового материала является кремний. Диоксид кремния, или песок (основной материал в компьютерных чипах). Другие материалы, используемые при изготовлении компьютерных микросхем, включают германий и арсенид галлия. Эти материалы используются, потому что они обладают особыми свойствами, которые делают их пригодными для изготовления транзисторов.
Когда вы включаете транзистор, прикладывая напряжение к его электроду затвора, вы заставляете электроны течь от электрода истока к электроду стока.
Изолятор препятствует протеканию тока до тех пор, пока транзистор не будет открыт. После включения транзистор действует как проводник, позволяя течь току. Если на электрод затвора не подается напряжение, ток не будет течь. Одним из важных моментов в этом процессе является то, что электрод затвора отключает ток только после того, как он достигает стока. Он не останавливает ток на полпути через устройство.
Другим ключевым элементом является то, что эти операции выполняются очень быстро, обычно с периодами, измеряемыми в наносекундах (миллиардных долях секунды). На одном куске кремниевой пластины можно создавать схемы, содержащие сотни тысяч транзисторов!
Как делают компьютерные чипы? Пошаговое руководство
Компьютерные микросхемы изготавливаются с помощью процесса, называемого производством полупроводников.
Полупроводники — это материалы, проводящие электричество, и их можно разделить на два основных типа: кремний (используемый для компьютерных микросхем) и германий. Вот обзор процесса.
Шаг 1: Начните с песка
Промытый кварцевый песок перед поставкой. Кварцевый песок используется для производства кремния электронного класса, который используется в производстве микрочипов.©Nimit Ketkham/Shutterstock.com
Процесс изготовления компьютерного чипа начинается с особого вида песка, называемого кварцевым песком, который состоит из диоксида кремния. Основной компонент производства полупроводников, кремний, должен быть чистым, чтобы его можно было использовать в производственном процессе.
Шаг 2: Очистка для получения слитка кремния
Слиток кремния представляет собой цилиндрический кусок чрезвычайно чистого кремния, выращенный в контролируемой среде. Кремний электронного класса чистоты 99,9999%, производится путем ряда процедур очистки и фильтрации.
Затем он разрезается на прямоугольные пластины, которые в конечном итоге станут компьютерными чипами. Размер и форма пластины зависят от конечного использования. Острые края сглажены и сделаны идеально ровными, чтобы электрические сигналы могли беспрепятственно проходить по его поверхности.
Этап 3: Нарезка пластин
На следующем этапе круглый слиток кремния нарезается на пластины. Производители чипов сначала разрезают кремниевые пластины до нужного размера, чтобы сделать компьютерный чип. Затем пластины полируются и очищаются перед дальнейшей обработкой. После того, как они нарезаны, они подвергаются ряду процессов, в ходе которых на поверхность штампа добавляются слои различных материалов. Эти слои служат разным целям, например, создают электрические пути или изолируют разные области чипа.
Шаг 4: Фотолитография
Затем на пластину наносится тонкий слой фоторезиста. В фотолитографии светочувствительный материал используется для переноса рисунка на подложку.
Первым шагом является покрытие подложки светочувствительным материалом, называемым фоторезистом. Затем пластина подвергается воздействию света с помощью маски, содержащей желаемый рисунок. Затем открытые области фоторезиста проявляются, что создает отверстия в резисте, соответствующие желаемому рисунку. Затем пластина протравливается, что переносит рисунок на нижележащую подложку.
Этап 5: Ионы и легирование
Легирование — это процесс бомбардировки кремниевой пластины ионами для изменения ее проводимости после того, как экспонированный фоторезист был стерт. После смывания остатков фоторезиста выявляется рисунок импактного и неповрежденного материала.
Этап 6: Травление
Тонкий слой кремния удаляется с поверхности путем нанесения реактивных химикатов. Они применяются с разной скоростью в зависимости от того, насколько глубоко вы хотите, чтобы они вошли в поверхность. Если вы хотите удалить большое количество материала, применяйте химикаты в течение более длительного времени, чтобы они были как можно более сильными.
Таким образом, многократно вытравливая и перерисовывая изображения, инженеры могут создавать сложные шаблоны для различных компонентов, таких как микросхемы памяти и процессоры.
Рисунок, сформированный в процессе травления, называется «маской», и именно он придает чипу его форму и функциональность. Маска изготовлена из фоторезистов — материалов, которые можно химически модифицировать для создания рисунка на поверхности.
Компьютерные микросхемы производятся в условиях «чистой комнаты» с соблюдением всех мер предосторожности во избежание загрязнения.©Gorodenkoff/Shutterstock.com
Шаг 7: Гальваника
Почти готовый транзистор покрывается изолирующим слоем, и в нем вырезаются три отверстия. Затем производители наносят ионы меди на поверхность транзистора, используя процедуру, называемую гальванопокрытием, чтобы создать слой меди поверх изолятора. После удаления лишней меди в отверстиях изоляционного слоя остается только три отложения меди.
Шаг 8: Многоуровневые межсоединения
Компьютерные чипы, на которых работают наши устройства, состоят из множества слоев межсоединений, каждый толщиной всего в несколько атомов.
Межблочные соединения изготавливаются из металлических проводов, которые соединяют различные типы электрических компонентов. Каждый провод имеет определенную функцию, предназначенную для совместимости друг с другом, чтобы они могли общаться друг с другом. Теперь, когда все транзисторы взаимосвязаны, чип может выполнять операции, подобные процессору.
Шаг 9: Тестирование и разрезание матрицы
Вафля разрезается на маленькие квадраты, называемые штампом. Каждый кристалл содержит миллионы транзисторов. Затем штампы тестируются и нарезаются на отдельные чипы. Затем чипы упаковываются и отправляются производителям компьютеров.
Шаг 10: Упаковка
Упаковка кристаллов включает в себя подложку и теплораспределитель, и они принимают узнаваемую форму процессора для настольных ПК. Тепло передается от кремния теплораспределителем к расположенному над ним радиатору. После этого процессоры тестируются с точки зрения энергопотребления, максимальной частоты и других показателей производительности.
Далее…
- 5 лучших рождественских огней на солнечных батареях Приближается Рождество, и вы хотите украсить свои залы огнями… с ограниченным бюджетом. Вот как это сделать в солнечном стиле.
- Исследуйте историю Fairchild Semiconductor Мы расскажем об истории и вкладе Fairchild Semiconductor в технологии.
- 10 лучших фильмов о космосе Вы любитель научной фантастики? Тогда ознакомьтесь с нашей подборкой лучших когда-либо снятых космических фильмов!
Как производятся компьютерные чипы? FAQs (часто задаваемые вопросы)
Как делают микросхемы для компьютеров?
Микрочипы создаются путем наслоения взаимосвязанных рисунков на кремниевой пластине. От проектирования до массового производства, процесс производства микрочипа включает в себя сотни операций и может занимать до четырех месяцев.
Что заставляет работать компьютерные чипы?
Транзисторы функционируют как крошечные электрические переключатели на микросхеме, которые могут включать и выключать ток.
На кремниевой пластине формируется многослойная решетка из соединенных форм, создающая узор микроскопических переключателей.
Из чего большей частью состоят компьютерные микросхемы?
Кремний и металл — два основных компонента каждого компьютерного чипа. Процессор состоит из множества транзисторов, находящихся на каждом чипе. На одном чипе могут быть десятки миллионов транзисторов.
Как компьютерные чипы хранят данные?
Каждый двоичный бит данных хранится на полупроводниковой микросхеме памяти в ячейке памяти, небольшой схеме, состоящей из одного или нескольких транзисторов. Ячейки памяти на поверхности чипа расположены прямоугольными массивами.
об авторе
Элизабет Милн
Элизабет была внештатным писателем и редактором более 10 лет. Она начала свою карьеру, работая в Cisco Systems в качестве технического писателя, специализирующегося на электронных книгах, содержании веб-сайтов, официальных документах и практических руководствах по внутренним технологическим обновлениям.
Она любит писать на самые разные темы, включая кибербезопасность, электромобили, видеоигры, научную фантастику, криптографию, историю технологий, VR/AR и персональные технологии. Когда она не пишет и не мечтает о кругосветном путешествии, она проводит время за чтением. С кофе. Много кофе.Следите за мной в:
Как делают компьютерные чипы — Nova
Главная / Блог / От пляжного песка до полупроводников: как делают компьютерные чипы
Nova Team
25 августа 2022 г.
Поделиться
Современный технологический мир, движимый цифровыми инновациями, критически зависит от производства компьютерных чипов, очень сложного многоэтапного процесса, который должен работать в ошеломляющем субмикроскопическом масштабе.
Компьютерные чипы сегодня в новостях, потому что их не хватает, что вызывает глобальные сбои.
Почему мы не можем просто производить больше чипов?
Короткий ответ: изготовление компьютерных чипов невероятно сложно. Заводы по производству микросхем работают на полную мощность, но этого все еще недостаточно, чтобы удовлетворить ненасытный мировой спрос. Есть несколько производителей, способных удовлетворить растущий спрос на высокотехнологичные чипы, и эти поставщики были застигнуты врасплох глобальным всплеском спроса на большую вычислительную мощность компьютеров, вызванным пандемией. Когда миллионы продуктов, от автомобилей до смартфонов и стиральных машин, зависели от этих вычислительных мощностей размером с почтовую марку, целые производственные линии конечной продукции должны были остановиться, и легионы потребительских товаров стали недоступны.
Что такое компьютерный чип?
Компьютерный чип представляет собой упакованный набор электронных схем, напечатанных на тонкой круглой пластине из кремния, одного из самых распространенных элементов в земной коре.
Эти электронные схемы работают с помощью транзисторов, которые служат крошечными переключателями, которые включают или выключают электрический ток. Эти операции лежат в основе всех современных вычислений.
Первым коммерчески доступным компьютерным чипом был микропроцессор Intel 4004, выпущенный в 1971. Он состоял из 2300 транзисторов и одним из первых использовал технологию кремниевых затворов, позволившую в пять раз увеличить плотность схемы по сравнению с предыдущими компьютерными чипами.
Для сравнения, процессор Intel i9-12900K 12-го поколения содержит 3 миллиарда транзисторов, каждый из которых имеет ширину всего 7 нанометров (нанометр равен одной миллиардной части метра). Чип Apple M1 Max, разработанный для MacBook Pro, впечатляет еще больше: он содержит 114 миллиардов транзисторов, изготовленных по 5-нанометровому техпроцессу. Это примерно четверть размера самых маленьких вирусов — всего в 50 раз больше, чем один атом водорода!
Компьютерные микросхемы служат для самых разных целей, но в целом они делятся на четыре категории.
Существуют микропроцессоры (также известные как центральные процессоры или ЦП), микросхемы памяти (используемые для кратковременного хранения цифровых данных), графические процессоры (GPU) и стандартные интегральные схемы (CIC), используемые в одноцелевых устройствах, таких как сканеры штрих-кодов.
Как изготавливается компьютерный чип?
Кремний является основным компонентом всех современных компьютерных микросхем из-за его способности действовать как проводник или изолятор электрического тока. Кремний также легко доступен и очень дешев, поскольку он является основным ингредиентом пляжного песка.
Хотя мы часто слышим о постоянной нехватке кремния, на самом деле мы имеем в виду нехватку кремниевых чипов. Существует очень мало производителей, способных создавать кремниевые чипы в невероятно маленьком нанометровом масштабе, и эта производственная задача только растет, поскольку эти чипы с каждым годом становятся меньше, а спрос на них продолжает расти.
Производственные инструменты, такие как прецизионные токарные станки и 3D-принтеры, могут создавать сложные конструкции, но они становятся неэффективными за пределами микрометровой точности. Это делает их непригодными для сборки компьютерных микросхем.
Поскольку их транзисторы и межсоединения очень малы, для производства компьютерных чипов требуется процесс, известный как фотолитография, в котором используется свет для травления изображений на кремниевой пластине, покрытой светостойким материалом. После того, как схема чипа была выгравирована на кремнии, травление заполняется различными металлами, а затем легируется для создания транзисторов. Легирование — это процесс, при котором к кремнию добавляются определенные количества примесей, таких как бор, алюминий, индий, мышьяк или сурьма, чтобы изменить его электрические свойства и создать крошечные компоненты компьютерного чипа.
Этот процесс фотолитографии можно повторять много раз для создания нескольких слоев электронных компонентов на кремниевых пластинах.
Современные чипы могут иметь много десятков слоев, чтобы разместить как можно больше транзисторов в минимально возможном пространстве. Однако существует компромисс между растущим числом слоев компонентов и увеличением количества выделяемого ими тепла, поскольку слишком большое количество тепла приведет к снижению производительности вычислений.
После завершения всех этих слоев чип необходимо тщательно протестировать, чтобы убедиться, что он соответствует проектным требованиям. Термин «выход» относится к проценту чипов, которые проходят эти тесты и, как следствие, не выбрасываются или не понижаются до соответствия более низким спецификациям. В зависимости от производителя выход не менее 90% считается идеальным.
После изготовления кремниевые пластины превращаются в пригодные для использования компьютерные чипы. Для этого пластины нарезаются на небольшие блоки, называемые кристаллами, которые затем необходимо упаковать для создания компьютерного чипа. Крошечный кристалл размером с почтовую марку индивидуально прикрепляется к подложке, снабженной электрическими соединениями, после чего вся сборка герметизируется.