Mikrosirut: Valmistus ja digitaalinen laskenta

Abstract

Tämä kandidaatintutkielma tarkastelee mikrosirujen valmistusprosessia, fyysistä rakennetta ja sen mahdollistamaa digitaalista laskentaa. Nykymaailmassa mikrosirut ovat geopoliittisen vallan ja teknologisen kehityksen keskiössä, ja niiden valmistus vaatii todella monimutkaisia globaaleja arvoketjuja sekä pitkälle vietyä laboratoriotekniikkaa. Tutkimuksen kohteena on mikrosirut ja tavoitteena oli selvittää, miten ne valmistetaan ja kuinka niiden transistoritason rakenne kytkeytyy tietokoneen binääriaritmetiikkaan. Tutkimus toteutettiin kirjallisuuskatsauksena hyödyntäen tieteellisiä hakukantoja, Turun yliopiston Volteria ja Google Scholaria. Tärkeimpinä lähdeteoksina olivat Chris Millerin historiallistekninen analyysi Chip War sekä D. M. Harrisin ja S. L. Harrisin digitaalitekniikan perusteos Digital Design and Computer Architechture. Tutkielmassa kuvataan mikrosirujen arvoketjun vaiheet aina kehitys- ja tutkimustyöstä mikrosirujen jakeluun asti ja analysoidaan transistoriteknologioiden kehitystä MOSFET- ja FinFET-rakenteista kohti GAAFET-rakennetta. Tulokset osoittavat, että yksittäiset transistorit muodostavat CMOS-logiikan avulla loogisia portteja, joita yhdistämällä rakentuu prosessorin laskennan ydin, aritmeettislooginen yksikkö. Johtopäätöksenä voidaan todeta, että mikrosirujen suorituskyky perustuu sekä fyysiseen transistorien pienentämiseen että älykkäisiin arkkitehtuuriratkaisuihin. Lisäksi mikrosirujen valmistus vaatii kalliin, yksityiskohtaisen ja maailmanlaajuisen valmistusprosessin.