Под плиткой находится чип процессора. Он состоит из миллиардов крошечных транзисторов, расстояние между которыми определяется технологическим процессом.
Что такое технологический процесс процессора и на что он влияет
Все современные вычислительные технологии основаны на полупроводниковой электронике. Для его изготовления используются кристаллы кремния, одного из самых распространенных минералов на нашей планете. После отказа от громоздкой системы трубок и развития транзисторной технологии этот материал сыграл важную роль в разработке компьютерной техники.
Процессоры, графические процессоры, чипы памяти и различные контроллеры — все они сделаны из кристаллов кремния. За полвека основной принцип не изменился, улучшилась лишь технология производства чипов. Они становятся все тоньше и меньше, энергоэффективнее и производительнее. Наиболее важным параметром, который улучшается, является технология процесса.
Что такое техпроцесс
Почти все современные микросхемы изготавливаются из кристаллов кремния, которые литографируются для формирования отдельных транзисторов. Транзистор является ключевым элементом любой интегральной схемы. В зависимости от состояния электрического поля он может передавать значение, эквивалентное логической единице (пропускает ток) или нулю (действует как изолятор). В микросхемах памяти комбинации нулей и единиц (положения транзисторов) используются для записи данных, а в процессорах при переключении выполняются вычисления.
В 14-нм технологии (по сравнению с 22-нм) количество блоков уменьшено, их высота увеличена, а расстояние между диэлектрическими ребрами уменьшено.
Технологический процесс — это процесс и процедура изготовления продукта. В электронной промышленности под ним обычно понимается величина, определяющая разрешение оборудования, используемого для производства микросхем. Он также напрямую влияет на размер функциональных компонентов (например, транзисторов), получаемых после обработки кремния: Чем тоньше и точнее оборудование, используемое для обработки стружки для изготовления заготовок процессора, тем тоньше будет процесс.
Что значит числовая величина техпроцесса
В современном производстве полупроводников фотолитография — травление элементов на кристалле, покрытом диэлектрическим слоем, под воздействием света — является наиболее распространенным методом. Анализ оптических источников света для травления — это технопроцесс в обычном понимании. Этот рисунок показывает, насколько тонким может быть элемент на кристалле.
Фотолитография — гравировка элементов в кристалле
Однако более высокое значение техпроцесса не означает, что на чипе меньше транзисторов. Intel, которая не очень хорошо справилась с 7-нанометровой технологией, доказала это.
Эволюция техпроцесса
Если вы посмотрите на историю полупроводников в 1970-х и 1980-х годах, то обнаружите устройства, которые были изготовлены с использованием 3 мкм техпроцесса. Это технологическое достижение было впервые достигнуто компанией Zilog в 1975 году и Intel в 1979 году.
В начале и середине 1990-х годов прогресс достиг новых высот, и на рынке появились такие модели, как Intel Pentium Pro и MMX, а также знаменитый Pentium II Snail.
Все изделия были изготовлены в соответствии с технологическим стандартом 0,35 мкм, или 350 нм. Только через 10 лет технологии позволили уменьшить размер транзистора в три раза до 130 нм, что стало революцией, но прорыв произошел в 2004 году, когда инженеры начали покорять 65 нм. Затем мир увидел знаменитые Pentium 4, Core 2 Duo, а также AMD Phenom X4 и Turion 64 x2. В то же время рынок наводнили чипы Falcon и Jasper для Xbox 360.
Текущий период разработки
Постепенно мы переходим к современным разработкам, начиная с все еще актуального 32-нм техпроцесса — эпохи Intel Sandy Bridge и AMD Bulldozer.
Синему лагерю удалось разработать чип с частотой до 3,5 ГГц, в котором может разместиться до 4 ядер, и графический чип с частотой до 1,35 ГГц. Также в чип был интегрирован Northern Bridge, контроллер PCI-E версии 2.0, поддержка памяти DDR3. Каждое ядро было оснащено 256 КБ кэш-памяти L2 и до 8 МБ кэш-памяти L3. И все это было смонтировано на подложке площадью 216 мм2.
Red удалось реализовать до 16 процессорных ядер, работающих на частоте до 4 ГГц, поддержку инструкций Advanced for 2011 x86, внедрить поддержку Hyper Transport и добавить в чипы поддержку памяти DDR3.
Только компания Intel осуществила переход на 22 нм, обеспечив своим продуктам Ivy Bridge и Haswell, таким как Core i5, i7 и Xeon, более высокую производительность при меньшем энергопотреблении. В плане архитектуры мало что изменилось. 14-нм литография привела к новому витку соперничества между AMD Ryzen и Intel Coffee Lake в 2017 году. В первом случае мы имеем совершенно новую архитектуру и глобальное признание после многих лет стагнации. Во втором случае мы видим увеличение количества ядер на подложке в сегменте настольных ПК.
Теперь мы ждем выхода чипов по 10 нм, которые в настоящее время доступны только в секторе мобильных телефонов (Quallcomm Snapdragon 835/845, Apple A11 Bionic).
Зачем уменьшать техпроцесс?
Как я уже упоминал ранее, оптимизация литографии означает, что на меньшей подложке можно разместить больше транзисторов. Проще говоря, в одном и том же размере можно разместить 1,5 миллиарда транзисторов вместо 1, что приводит к повышению производительности без увеличения тепловыделения.
Это позволяет установить больше ядер, вспомогательных компонентов и систем управления шинами.
Коэффициент умножения передней шины процессора также увеличивается, что повышает производительность процессора.
В настоящее время оптимальными процессорами, вобравшими в себя лучшие элементы современных технологий, являются Intel 8700k и AMD Ryzen 1800x. Есть, конечно, и более новая версия «красного» Ryzen 2700 (12 нм), но ее производительность несколько скромнее.Надеюсь, вы поняли, что я хотел донести в этой статье. В будущих обзорах мы рассмотрим вопросы разгона, нагрева, охлаждения и другие важные моменты, требующие внимания. Следите за новостями. Удачи!
Если вы посмотрите на историю полупроводников в 1970-х и 1980-х годах, то обнаружите устройства, которые были изготовлены с использованием 3 мкм техпроцесса. Это технологическое достижение было впервые достигнуто компанией Zilog в 1975 году и Intel в 1979 году.
Что такое техпроцесс
Подавляющее большинство пользователей никогда не видели редактор, разве что на фотографиях. Некоторым посчастливилось увидеть ее воочию, но не больше, чем панель рассеивания тепла. Для сравнения, это все равно, что знать девушку, но видеть ее только в лыжном костюме. Самая интересная часть находится под этой панелью. В этом и заключается магия шоу.
Под плиткой находится чип процессора. Он состоит из миллиардов крошечных транзисторов, расстояние между которыми определяется технологическим процессом.
Обычно мы видим только крышку процессора, но под ней всегда есть что-то интересное.
Последние процессоры (из тех, что запускаются в производство) теперь оснащены технологией 7-нанометрового (7 нм) техпроцесса. Тайваньская компания TSMC, которая производит чипсеты для крупнейших мировых производителей, таких как Apple, Huawei и Qualcomm, достаточно хорошо освоила эту технологию. Последний, по сути, поставляет наибольшую долю процессоров для производителей совершенно разных Android-смартфонов.
Однако более высокое значение техпроцесса не означает, что на чипе меньше транзисторов. Intel, которая не очень хорошо справилась с 7-нанометровой технологией, доказала это.
Утечка «испортила» график выпуска нескольких новых процессоров Snapdragon. Когда можно ожидать появления смартфонов?
Важен ли техпроцесс при выборе телефона
С каждым годом технологический процесс становится все короче и короче. Сейчас это 7 нанометров, в ближайшие несколько месяцев мы увидим процессоры с 5 нанометрами, но и 4 нанометра не за горами. Ходят слухи, что Samsung готовит одновременно 3 нанометровых устройства.
Преимущество более низких цен, за которыми гонятся производители и вкладывают в них миллиарды долларов, очевидно. Чем меньше технология процесса, тем эффективнее и экономичнее процессор. Благодаря меньшему расстоянию между транзисторами данные передаются быстрее, и между транзисторами расходуется меньше энергии. Это значительное преимущество.
Не все компании могут идти в ногу с прогрессом. Intel, например, еще не освоила 7-нм процессоры.
Даже при одинаковой архитектуре, но более низком технологическом процессе, мы получаем более высокую производительность, большее количество ядер, более низкую стоимость производства, больше места для памяти и других компонентов, поскольку чип становится более компактным в целом. Есть и другие специфические преимущества, которые мы не будем здесь рассматривать.
Samsung, похоже, знает, как сделать свои процессоры Exynos не такими глючными
Какой бывает техпроцесс
На заре вычислительной техники просто не было чисел — процессоры той эпохи имели значение процессора, измеряемое в микронах или микрометрах. Это измерение одной тысячной миллиметра. Сегодня это трудно представить, но тогда это была научная фантастика.
Постепенно скорость процесса уменьшения увеличивалась, и со значений около 10 микрон в 1970-х годах производители достигли значений 0,6 микрон в 1994 году. В 1997 году началось измерение в нанометрах. Это одна миллионная доля миллиметра. Первые процессоры с этой технологией имели значения в диапазоне 350 нм.
В начале 1980-х годов значение опустилось ниже 100 нм, что стало прорывом и психологическим знаком, но на этом дело не остановилось. В 2006 году, например, AMD Phenom II, Athlon II и другие уже предлагались с нормами 40-45 нм. Следующее удвоение плотности транзисторов произошло уже в 2012 году.
В 2016 году он уже составлял 14-16 нм, а в 2017 году Apple, Qualcomm и некоторые другие компании преодолели рубеж в 10 нм. Это десять миллионных долей миллиметра. Представьте себе этот размер!
Однажды он будет уменьшен до двух нанометров.
