техпроцесс процессора какой лучше

Энтузиаст сравнил под электронным микроскопом микросхемы, изготовленные Intel по нормам 14 нм, и TSMC — по нормам 7 нм

Обозначения технологических норм уже не отражают действительность

В настоящее время лучший техпроцесс Intel, используемый для серийного производства настольных процессоров, носит обозначение 14 nm+++, тогда как процессоры AMD серии Ryzen 3000 на архитектуре Zen 2, компания TSMC выпускает по нормам 7 нм. Это создает впечатление, что AMD имеет явное преимущество. Немецкий энтузиаст разгона der8auer решил наглядно сравнить микросхемы, выпущенные по разным техпроцессам. Он взял процессоры Intel Core i9-10900K и AMD Ryzen 9 3950X и изучил их, используя сканирующий электронный микроскоп.

Объясняя это тем, что логическая часть процессоров слишком различается для прямого сравнения, der8auer выбрал для сравнения кэш-память второго уровня. Обычно ее элементы изготавливаются с максимальным использованием возможностей технологического узла.

техпроцесс процессора какой лучше. . техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка

Что показало сравнение? Прежде всего, отметим, что на фото показан один и тот же фрагмент одной и той же микросхемы. Сравнение же и его результаты приведены в видео. Коротко говоря, различие между двумя микросхемами в технологическом плане меньше, чем можно ожидать, ориентируясь только на обозначения. Скажем, ширина затвора в транзисторе Intel равна 24 нм, в то время как в транзисторе AMD — 22 нм. Высота затвора также довольно похожа, но у AMD (точнее, у TSMC) по-прежнему есть определенное преимущество.

Источник

Современные техпроцессы — грандиозный обман: разбираемся в маркетинговых тонкостях процессоров

техпроцесс процессора какой лучше. dafd89ce97eaf89291b7c7a728b835ce. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-dafd89ce97eaf89291b7c7a728b835ce. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка dafd89ce97eaf89291b7c7a728b835ce

Мы уже привыкли, что помимо ядер и частот многие производители указывают и даже хвастаются техпроцессом, по которому был произведен чип. Более того, эта величина считается лучше, если она меньше — редкость для «железа». Но что это такое, техпроцесс? Как он считается? Застряла ли Intel на самом деле на 14 нанометрах? Давайте разбираться.

Разумеется, без теории нам сегодня не обойтись. Итак, что же такое процессор? Грубо говоря, это скопление миллионов и миллиардов транзисторов, конденсаторов и резисторов в определенных комбинациях. Нам интересны только транзисторы — именно благодаря им наши процессоры могут выполнять вычисления.

Каким образом? Транзистор по сути — это переключатель. Если ток через него не течет, то это можно обозвать логическим нулем. Течет — единицей. Бинго, мы получили простейшую двоичную логику. И если у одного транзистора может быть только два состояния, то у двух — уже четыре, а у десяти — больше тысячи. Вот и получается, что современные CPU с миллиардами транзисторов позволяют обсчитывать все что угодно, начиная от физики в играх и заканчивая моделированием черных дыр.

Но что-то мы отвлеклись. Итак, нам нужно создать транзисторы. Много транзисторов. Не вдаваясь глубоко в подробности, получаются они путем фотолитографии: свет определенной длины волны проходит через маску и оставляет на заготовке след, который собственно и является транзистором. На деле там все куда сложнее, но это уже тема для отдельной статьи.

И вот тут мы сталкиваемся с проблемой: разрешающая способность фотолитографического оборудования конечна — но, разумеется, постоянно увеличивается. Поэтому нужно было ввести параметр, который позволял бы сравнивать процессоры, созданные различными производителями на различном оборудовании.

техпроцесс процессора какой лучше. 95feb7c07d6be78ff36f8f0ea097a474. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-95feb7c07d6be78ff36f8f0ea097a474. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка 95feb7c07d6be78ff36f8f0ea097a474
Процесс фотолитографии.

Так и был введен техпроцесс. И нет, он показывает не размер транзистора, как многие думают. По сути он показывает технологический предел оборудования — то есть минимальный «штрих», который лазер через маску можно оставить на заготовке. И в случае с транзисторами он совпадал с самой тонкой их частью — затвором.

Логика тут проста: если у вас есть сверло на 10 мм, вы никак не сможете сделать дырку в 5 мм. А вот в 15 или 20 мм — без проблем. С фотолитографией все аналогично: если разрешающая способность вашего оборудования, допустим, 5 микрометров (5 мкм, 5000 нм), то вы не сможете сделать затвор транзистора меньше этой величины. А сам транзистор при этом, разумеется, будет в разы больше.

Почему такой параметр как техпроцесс важен? Да потому что он по сути показывает общую технологичность процессора: чем меньше техпроцесс, тем больше транзисторов можно поместить на той же площади — а, значит, тем быстрее будет работать процессор. Более того, чем меньше транзистор, тем меньше он требует энергии для работы и тем меньше выделяет тепла.

Разумеется, на заре создания процессоров никаких проблем с уменьшением техпроцесса не было: даже не меняя лазеры, которые изначально работали на длине волны в 700 нм (красный свет), можно было уменьшать сами маски, что позволило увеличить разрешающую способность оборудования — а, значит, уменьшить затворы транзисторов — более чем в 3 раза, с 10 до 3 мкм, всего за четыре года, с 1971 по 1975-ый.

Что интересно, так как техпроцесс в те годы был больше длины волны видимого света (сотни нанометров), то можно было в микроскоп разглядеть отдельные транзисторы, например, первого коммерческого процессора Intel 4004, который работал на частоте всего 500-740 кГц:

техпроцесс процессора какой лучше. e5f0d4e7c20f295db9b2022b678f07ca. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-e5f0d4e7c20f295db9b2022b678f07ca. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка e5f0d4e7c20f295db9b2022b678f07ca

В дальнейшем пришлось перейти на фиолетовые лазеры (400 нанометров), продолжать играться с масками, но в общем и целом никаких проблем не было: к 1985 году была преодолена планка в 1 мкм, а начало нового тысячелетия мы встретили со 130-нм процессорами с частотой выше 1 ГГц, вмещающими в себя сотни миллионов транзисторов, которые в обычный микроскоп уже не разглядишь.

Я не просто так заострил внимание на 130 нанометрах — это был последний техпроцесс, который позволял сравнивать чипы различных компаний между собой и с предшественниками, чтобы оценить энергоэффективность и рост производительности.

Первый звоночек прозвучал в начале нулевых при переходе к якобы 90-нм техпроцессу. Да, это первый условный техпроцесс: 90 нм, которые мы можем встретить в Pentium 4, указывали уже не на разрешение фотолитографического оборудования, а на то, что площадь транзистора уменьшилась вдвое по сравнению с предыдущим 130-нм техпроцессом.

А раз площадь уменьшилась вдвое, то линейные размеры должны снизиться примерно в 1.4 раза. И если вы поделите 130 на 90, то столько и получите. И 90 при делении на 65 даст тоже самое, как и деление 65 на 45. Короче говоря, пошел откровенный «подгон» под закон Мура, который говорит нам о том, что число транзисторов на интегральной схеме удваивается раз в 2 года.

Иными словами, от абсолютно четкого параметра — затвора транзистора, который точно задает «качество» литографического оборудования — в начале нулевых производители перешли к линейным размерам транзисторов, что в общем и целом является достаточно размытым показателем, который слабо связан с затвором транзистора, что исказило саму суть техпроцесса.

техпроцесс процессора какой лучше. b967bcaaa0fb04676280d1f97b71d505. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-b967bcaaa0fb04676280d1f97b71d505. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка b967bcaaa0fb04676280d1f97b71d505

В итоге ближе к концу нулевых мы получили грустную картину: вроде и AMD, и Intel производят свои процессоры на схожих техпроцессах в 45 и 40 нм, да вот только Core 2 Duo оказываются гораздо энергоэффективнее Athlon на схожих частотах, что лишний раз доказывает «маркетинговость» техпроцессов уже тогда.

Отказ от понятия «техпроцесс»

Глядя на все это безумие, инженеры, которые любят четкие физические величины, в рамках «Международного плана по развитию полупроводниковых технологий» взяли и вообще отказались от техпроцесса как от технологической переменной. Иными словами, начиная аж 2009 года указанные производителями техпроцессы — чисто маркетинг, нередко без всякой физической подоплеки.

Однако еще пару лет все продолжалось как и раньше — собственно, зачем менять то, что работает? Площади транзисторов все также получалось уменьшать, чтобы соответствовать закону Мура, поэтому производители продолжали делить старые техпроцессы на 1.4 и писать новые значения.

Второй звоночек прозвенел в начале 2010-ых: если 32-нм техпроцесс еще получилось сделать, то вот переход к 22 нм вовремя вызывал уже серьезные проблемы. Решением стал переход из 2D в 3D: если снижение размера затвора ниже

30 нм приводило к тому, что разрушался сам транзистор (он начинал пропускать ток тогда, когда не надо — через такую «узкую» преграду могли туннелировать электроны), то почему бы не сделать путь для электронов длиннее, выставив на их пути кремниевый гребень?

Так и родилась технология FinFET, что дословно переводится как «плавниковый полупроводниковый транзистор». Теперь вместо того, что бежать по прямой, электронам приходилось огибать гребень (зеленый путь на схеме ниже):

техпроцесс процессора какой лучше. 63ce074757b04d9ad69486447cb8e9e3. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-63ce074757b04d9ad69486447cb8e9e3. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка 63ce074757b04d9ad69486447cb8e9e3

При этом, как можно заметить, физические размеры затвора транзистора не изменились, а раз теперь эффект туннелирования преодолен — можно продолжать уменьшать затвор и дальше, что все с радостью и продолжили делать.

Однако проблема в том, что это убивает определение техпроцесса. Насовсем. Все дело в том, что даже если фотолитографическое оборудование может создавать меньшие линейные затворы транзисторов, их все равно делают длиннее за счет трехмерного расположения, дабы не было туннелирования. И за счет 3D сам затвор и собственно транзистор оказываются меньше. То есть теперь техпроцесс совершенно не связан с разрешающей способностью оборудования.

Современные техпроцессы: маркетинг на маркетинге

В итоге такая путаница развязала руки маркетологам. Это наложилось в том числе и на то, что даже с ухищрениями типа FinFET мы с каждым годом все ближе к предельным возможностям кремния, и создавать более компактные транзисторы (и их затворы) становится все сложнее.

Как итог, сейчас техпроцессы компании считают так, как им удобнее. Кто-то продолжает по старинке считать занимаемую площадь (ага, трехмерного транзистора — ощутили достоверность?), кто-то считает техпроцесс по количеству транзисторов (ближе к правде, но все еще из-за трехмерной структуры не то) — короче говоря, я просто оставлю схему ниже:

техпроцесс процессора какой лучше. 470a48db7c0eb1fafb76a82a4dde75f1. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-470a48db7c0eb1fafb76a82a4dde75f1. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка 470a48db7c0eb1fafb76a82a4dde75f1

Хорошо заметно, что 10-нм техпроцесс Intel на самом деле не так и плох, как его малюют: он ощутимо лучше 10-нм техпроцесса TSMC и даже по некоторым параметрам лучше тайваньских 7 нм! Так что Intel даже меньше лезет в маркетинг, чем TSMC.

Временами бывает еще забавнее: ниже показано сравнение затворов транзисторов у 14-нм процессоров Intel и 7-нм решений AMD (это опять TSMC). Хорошо видно, что разница минимальна, 24 против 22 нм. Иными словами, TSMC приукрашивает реальность аж в 3 раза!

Думаете это все? Да как бы не так: Intel планирует перейти от FinFET к HNS, Horizontal NanoSheets, горизонтальным нанолистам. Грубо говоря, это сравнимо с обработкой одним ядром сразу двух логических потоков — теперь в одном транзисторе «гребень» разделится на несколько частей:

техпроцесс процессора какой лучше. 87f2b0283c071f43e8531afd1422c76e. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-87f2b0283c071f43e8531afd1422c76e. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка 87f2b0283c071f43e8531afd1422c76e

Думаю, вы уже поняли, что заикаться про техпроцесс тут не имеет абсолютно никакого смысла. Понятно что производители нарисуют нам и 3 нм, и 2, и может даже меньше — никакой связи с физикой тут не будет и близко.

Итог — не верьте нанометрам

Что в результате? Аж 20 лет назад техпроцессы перестали привязываться к «железу». 10 лет назад техпроцесс вообще перестал быть физической величиной. Так что в будущем, когда на презентациях вам будут вещать о новых инновационных 3-нм процессорах — улыбнитесь и дождитесь тестов, которые точно расставят все точки над i.

Источник

Что такое техпроцесс в микрочипах и как он влияет на производство полупроводников

техпроцесс процессора какой лучше. q93 dfdb7fc3679d39730858fb72606ec9eb39212bfb15b736f84fbbf2822fab5de4. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-q93 dfdb7fc3679d39730858fb72606ec9eb39212bfb15b736f84fbbf2822fab5de4. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка q93 dfdb7fc3679d39730858fb72606ec9eb39212bfb15b736f84fbbf2822fab5de4

техпроцесс процессора какой лучше. q93 1b4d90aae881fb39cc4a224a7c09ef566dbe9bfc19d15a7326f184dcaad260c3. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-q93 1b4d90aae881fb39cc4a224a7c09ef566dbe9bfc19d15a7326f184dcaad260c3. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка q93 1b4d90aae881fb39cc4a224a7c09ef566dbe9bfc19d15a7326f184dcaad260c3

Содержание

Содержание

Одна из главных характеристик процессоров и других микрочипов — техпроцесс. Что означает этот термин и насколько он влияет на производительность — разберемся в этом блоге.

Что такое техпроцесс

Ключевым элементом практически каждой вычислительной схемы является транзистор. Это полупроводниковый элемент, который служит для управления токами. Из транзисторов собираются основные логические элементы, а на их основе создаются различные комбинационные схемы и уже непосредственно процессоры.

техпроцесс процессора какой лучше. q93 aebdc3a17ea52e7648af45914fc283be23b83910cfd9a78602718170abf1244c. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-q93 aebdc3a17ea52e7648af45914fc283be23b83910cfd9a78602718170abf1244c. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка q93 aebdc3a17ea52e7648af45914fc283be23b83910cfd9a78602718170abf1244c

Чем больше транзисторов в процессоре — тем выше его производительность, ведь можно поместить на кристалл большее количество логических элементов для выполнения разных операций.

В 1971 году вышел первый микропроцессор — Intel 4004. В нем было всего 2250 транзисторов. В 1978 мир увидел Intel 8086 и в нем помещались целых 29 000 транзисторов. Легендарный Pentium 4 уже включал 42 миллиона. Сегодня эти числа дошли до миллиардов, например, в AMD Epyc Rome поместилось 39,54 миллиарда транзисторов.

МодельГод выпускаКол-во транзисторов
Xeon Broadwell-E520167 200 000 000
Ryzen 5 1600 X20174 800 000 000
Apple A12 Bionic (шестиядерный ARM64)20186 900 000 000
Qualcomm Snapdragon 8cx20188 500 000 000
AMD Ryzen 7 3700X20195 990 000 000
AMD Ryzen 9 3900X20199 890 000 000
Apple M1 ARM202016 000 000 000

Много это или мало? На 2020 год на нашей планете приблизительно 7,8 миллиардов человек. Если представить, что каждый из них это один транзистор, то полтора населения планеты
с легкостью поместилась бы в процессоре Apple A14 Bionic.

техпроцесс процессора какой лучше. q93 46322b5af5bb5c8934dbf3a67841326b4d81e56291049a5b78fd7d4dfdfefb0c. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-q93 46322b5af5bb5c8934dbf3a67841326b4d81e56291049a5b78fd7d4dfdfefb0c. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка q93 46322b5af5bb5c8934dbf3a67841326b4d81e56291049a5b78fd7d4dfdfefb0c

В 1975 году Гордон Мур, основатель Intel, вывел скорректированный закон, согласно которому число транзисторов на схеме удваивается каждые 24 месяца.

техпроцесс процессора какой лучше. q93 7a4a3ea3d13b56f29324ad8a9e4be1d7ee76c5c257195c1d08fbcd68b398097e. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-q93 7a4a3ea3d13b56f29324ad8a9e4be1d7ee76c5c257195c1d08fbcd68b398097e. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка q93 7a4a3ea3d13b56f29324ad8a9e4be1d7ee76c5c257195c1d08fbcd68b398097e

Нетрудно посчитать, что с момента выхода первого процессора до сего дня, а это всего-то 50 лет, число транзисторов увеличилось в 10 000 000 раз!

Казалось бы, поскольку транзисторов так много, то и схемы должны вырасти в размерах на несколько порядков. Площадь кристалла у первого процессора Intel 4004 — 12 мм², а у современных процессоров AMD Epyc — 717 мм² (33,5 млрд. транзисторов). Получается, по площади кристалла процессоры выросли всего в 60 раз.

техпроцесс процессора какой лучше. q93 7deb1ddb34769cd3e2712f6f2d3af2cddd9cbbf0c1c4311fb67772ebcba3e667. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-q93 7deb1ddb34769cd3e2712f6f2d3af2cddd9cbbf0c1c4311fb67772ebcba3e667. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка q93 7deb1ddb34769cd3e2712f6f2d3af2cddd9cbbf0c1c4311fb67772ebcba3e667

Как же инженерам удается втискивать такое огромное количество транзисторов в столь маленькие площади? Ответ очевиден — размер транзисторов также уменьшается. Так
и появился термин, который дал обозначение размеру используемых
полупроводниковых элементов.

Упрощенно говоря, техпроцесс — это толщина транзисторного слоя, который применяется в процессорах.

Чем мельче транзисторы, тем меньше они потребляют энергии, но при этом сохраняют текущую производительность. Именно поэтому новые процессоры имеют большую вычислительную мощность, но при этом практически не увеличиваются в размерах
и не потребляют киловатты энергии.

Какие существуют техпроцессы: вчера и сегодня

Первые микросхемы до 1990-х выпускались по технологическому процессу 3,5 микрометра. Эти показатели означали непосредственно линейное разрешение литографического оборудования. Если вам трудно представить, насколько небольшая величина в 3 микрометра, то давайте узнаем, сколько транзисторов может поместиться в ширине человечного волоса.

техпроцесс процессора какой лучше. q93 69027bdce0f9a68187d819b0efb72bb1e1c6e28b925e335ee8a4173d08336ff0. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-q93 69027bdce0f9a68187d819b0efb72bb1e1c6e28b925e335ee8a4173d08336ff0. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка q93 69027bdce0f9a68187d819b0efb72bb1e1c6e28b925e335ee8a4173d08336ff0

Уже тогда транзисторы были настолько маленькими, что пару десятков с легкостью помещались в толщине человеческого волоса. Сейчас техпроцесс принято соотносить с длиной затвора транзисторов, которые используются в микросхеме. Нынешние транзисторы вышли на размеры в несколько нанометров.

техпроцесс процессора какой лучше. q93 ebf2b656eab30d375c657ee8a9146986cd0d1cbe2341daf651b1427000e3c42d. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-q93 ebf2b656eab30d375c657ee8a9146986cd0d1cbe2341daf651b1427000e3c42d. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка q93 ebf2b656eab30d375c657ee8a9146986cd0d1cbe2341daf651b1427000e3c42d

Для Intel актуальный техпроцесс — 14 нм. Насколько это мало? Посмотрите в сравнении
с вирусом:

техпроцесс процессора какой лучше. q93 19f9cfbac8485e453a29e496c4571630ed164628a1046c7d34521a5a3cee419a. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-q93 19f9cfbac8485e453a29e496c4571630ed164628a1046c7d34521a5a3cee419a. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка q93 19f9cfbac8485e453a29e496c4571630ed164628a1046c7d34521a5a3cee419a

Однако по факту текущие числа — это частично коммерческие наименования. Это означает, что в продуктах по техпроцессу 5 нм на самом деле размер транзисторов не ровно столько, а лишь приближенно. Например, в недавнем исследовании эксперты сравнили транзисторы от Intel по усовершенствованному техпроцессу 14 нм и транзисторы от компании TSMC на 7 нм. Оказалось, что фактические размеры на самом деле отличаются не на много, поэтому величины на самом деле относительные.

техпроцесс процессора какой лучше. q93 77e5b8b5da2e55b628ce78721ecf60cf70c6ac807a9c60569ce21c2cfefaedd3. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-q93 77e5b8b5da2e55b628ce78721ecf60cf70c6ac807a9c60569ce21c2cfefaedd3. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка q93 77e5b8b5da2e55b628ce78721ecf60cf70c6ac807a9c60569ce21c2cfefaedd3

Рекордсменом сегодня является компания Samsung, которая уже освоила техпроцесс 5 нм. По нему производятся чипы Apple A14 для мобильной техники. Одна из последних новинок Apple M1 — первый ARM процессор, который будет установлен в ноутбуках от Apple.

Продукцию по техпроцессу в 3 нм Samsung планирует выпускать уже к 2021 году. Если разработчикам действительно удастся приблизиться к таким размерам, то один транзистор можно будет сравнить уже с некоторыми молекулами.

техпроцесс процессора какой лучше. q93 4f3a0fe37c9188454277b6bcf157e51dd20e4d34d00186d334d3b268d5559f25. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-q93 4f3a0fe37c9188454277b6bcf157e51dd20e4d34d00186d334d3b268d5559f25. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка q93 4f3a0fe37c9188454277b6bcf157e51dd20e4d34d00186d334d3b268d5559f25

Насколько маленьким может быть техпроцесс

Уменьшение размеров транзисторов позволяет делать более энергоэффективные и мощные процессоры, но какой предел? На самом деле ответа никто не знает.

Проблема кроется в самой конструкции транзистора. Уменьшение прослойки между эмиттером и коллектором приводит к тому, что электроны начинают самостоятельно просачиваться, а это делает транзистор неуправляемым. Ток утечки становится слишком большим, что также повышает потребление энергии.

техпроцесс процессора какой лучше. q93 0e4fec41fe24031a558a8fa3813b2b36eb9af375403ef50679c82c4d01fe2204. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-q93 0e4fec41fe24031a558a8fa3813b2b36eb9af375403ef50679c82c4d01fe2204. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка q93 0e4fec41fe24031a558a8fa3813b2b36eb9af375403ef50679c82c4d01fe2204

Не стоит забывать, что каждый транзистор выделяет тепло. Уже сейчас процессоры Intel Core i9-10ХХХ нагреваются до 95 градусов Цельсия, и это вполне нормальный показатель. Однако при увеличении плотности транзисторов температуры дойдут до таких пределов, когда даже водяное охлаждение окажется полностью бесполезным.

Самые смелые предсказания — это техпроцесс в 1,4 нм к 2029 году. Разработка еще меньших транзисторов, по словам ученых, будет нерентабельной, поэтому инженерам придется искать другие способы решения проблемы. Среди возможных альтернатив — использование передовых материалов вместо кремния, например, графена.

Источник

7 нм техпроцесс в чипах: Померяемся нанометрами? РАЗБОР

Snapdragon 865, Apple A13 bionic, новый Ryzen от AMD. Отовсюду нам кричат про 7-нанометровый техпроцесс в смартфонах и ПК! Чем это отличается от знакомых 10 и 14 нанометров? Как влияет на батарейку, производительность, нагрев? А тут еще и Samsung с Google анонсируют процессоры на 5 нм, кто-то уже вообще говорит о 3 нм.

техпроцесс процессора какой лучше. 01 1. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-01 1. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка 01 1

А где вообще Intel? Только что еле-еле переползли на 10 нм?

Мы решили узнать, что измеряют эти нанометры? И так ли важно ими мериться или это просто маркетинг? И реально ли Intel так безбожно устарел?

Прежде чем перейти к процессорам в наших смартфонах и компьютерах, немного основ как устроен процессор?

Знакомьтесь — это транзистор! Ключевой элемент всех процессоров. Фактически транзистор — это переключатель. Ток течет через него — это 1, ток не течет — это 0. Это и позволяет считать в двоичной системе — основа всех процессоров!

техпроцесс процессора какой лучше. 02 1. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-02 1. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка 02 1

Раньше транзисторами были вакуумные лампочки. Условно — горит или не горит: единица или ноль.

Таких лампочек нужно было очень много, чтобы всё как-то работало. Например, компьютер ENIAC 1946 года, который участвовал в создании водородной бомбы насчитывал 17,5 тысяч вакуумных ламп и весил 27 Тонн, занимая 167 квадратных метров. При этом он жрал 150 кВт электричества.

техпроцесс процессора какой лучше. 03 1. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-03 1. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка 03 1

И тут один из ключевых моментов, на который стоит обратить внимание. Еще раз повторю энергопотребление у этих 17,5 тысяч лампочек составляло 150 кВт.

техпроцесс процессора какой лучше. 04. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-04. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка 04

техпроцесс процессора какой лучше. image loader. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-image loader. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка image loader

Но в начале 1960-х случилась революция — изобретение и начало производства полевых транзисторов. Как раз у них исходным полупроводником является кремний — отсюда и всем известная силиконовая, кхм, то есть Кремниевая долина!

И тут понеслось! Размеры транзисторов уменьшились настолько, что они стали потреблять существенно меньше электричества и занимать меньше места. И количество транзисторов в вычислительной технике начало увеличиваться с огромной скоростью! А вместе с ним и мощность вычислительных систем!

техпроцесс процессора какой лучше. 05. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-05. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка 05

В первом промышленном процессоре Intel 4004, который был выпущен в 1971 году было 2250 транзисторов.

А сейчас например в A13 Bionic этих транзисторов 8.5 миллиардов — это больше чем людей на планете! Ну пока…

техпроцесс процессора какой лучше. image loader. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-image loader. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка image loader

Но на сколько вообще уменьшились современные транзисторы, насколько они маленькие? Простое сравнение легкое для понимания — например, с человеческим волосом!

На его срезе можно разместить почти 1.5 миллиона современных транзисторов сделанных по 7-нанометровому техпроцессу!

То есть у вас на толщине человеческого волосе можно разместить в 4 раза больше транзисторов, чем было в процессоре Intel 4004!

Почему же надо уменьшать? Тут все более-менее очевидно!

Во-первых, чем меньше транзистор — тем меньше он потребляет энергии. Вы уже это поняли на примере ламповых.

А во-вторых — их больше помещается на кристалле, а значит растёт производительность. Двойная выгода!

техпроцесс процессора какой лучше. 07. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-07. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка 07

И тут мы переходим к понятию техпроцесса или Technology Node — что же это такое?

Если максимально упростить, то значением техпроцесса исторически являлась минимальная длина канала транзистора — как видно на картинке — не стоит его путать с размерами транзистора целиком.

техпроцесс процессора какой лучше. 08. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-08. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка 08

То есть, чем меньше размер техпроцесса — тем лучше — это нам и пытаются донести компании, но так ли всё просто?

И тут важно другое: транзисторы бывают разные и они отличаются не только по размеру, но и по своей структуре.

Классические, планарные или плоские, транзисторы перестали использоваться относительно недавно — в 2012 году. Они уступили место трёхмерным транзисторам, где вытянули канал в третье измерение, уменьшив его толщину и тем самым уменьшив сам транзистор. Такая структура называется FinFET — они и используются сейчас.

техпроцесс процессора какой лучше. 09. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-09. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка 09

Данная технология очень помогла уменьшить размер транзисторов и главное — сильно повысила количество транзисторов на единицу площади, что и является одним из ключевых показателей для производительности!

Но означает ли сегодня понятие техпроцесс тоже самое, что и несколько лет назад?

Во всей индустрии прослеживалась очень важная тенденция — каждый следующий техпроцесс был меньше предыдущего на 30%, что помогало удвоить количество транзисторов при сохранение того же энергопотребления — например 130*0.7=90 нм, 90*0.7=65 нм, далее до 45 нм, 32 нм, и так далее.

И это пока соответствует Закону Мура:

Количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца.

Что же стоит за этой игрой чисел?

Мы уже выяснили, что техпроцесс — это размер затвора транзистора, то есть длина канала, который пропускает или не пропускает через себя ток и этот размер ключевой!

техпроцесс процессора какой лучше. image loader. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-image loader. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка image loader

Но оказывается это истинно, только если мы говорим о старых 32 нм — там все точно, хоть линейкой измеряй! И этот параметр был закреплен документально!

Но так было до 2009 года, когда из так называемого “Международного плана по развитию полупроводниковой технологии” было исключено понятие техпроцесса и его обозначения!

Простым языком — цифры указанные в тех процессе сегодня — это просто маркетинговый лейбл!

Производители пошли вразнос и начали называть всё подряд 10, 7 и вообще 5 нанометрами, а кто-то уже говорит и о 3 нанометрах! Можно всё это ставить в кавычки, как простое обозначение поколения процессоров!

техпроцесс процессора какой лучше. CLD 10. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-CLD 10. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка CLD 10

Вот вам например структура процессора Apple A12, произведенного на заводе TSMC по 7- нанометровому техпроцессу. Обратите внимание на шкалу масштаба в левом нижнем углу.

техпроцесс процессора какой лучше. 10. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-10. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка 10

Если сравнить масштаб и посчитать, то получается, что ширина канала — 8 нанометров, при том, что официально процесс называется 7-нанометровым.

Теперь давайте сравним 10-нанометровый процесс у Intel и 7-нанометровый у TSMC.

Кстати, знайте, что сегодня TSMC это компания, которая производит процессоры для AMD, а также делает Apple A13 и Snapdragon 865 — поэтому считайте, что мы сравниваем сразу все их чипы.

техпроцесс процессора какой лучше. 7nm 3. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-7nm 3. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка 7nm 3

Обратите внимание на размерность. Сразу видно, что те же 10нм у Intel почти такие же как 7 нанометров у TSMC! Так что выходит Intel не так уж отстали от AMD и других производителей — они просто проиграли маркетинговую битву? Тут тоже все не так однозначно!

техпроцесс процессора какой лучше. 11. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-11. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка 11

Внезапно по некоторым параметрам Intel даже выигрывают у TSMC.
Смотрите на 1 квадратный миллиметр 10нм кристалла Intel помещается примерно на 5 процентов больше транзисторов, чем на 7нм у того же Apple, Qualcomm или AMD.

Но при этом у повышенной плотности есть и минусы — увеличенный нагрев!

Значит получается что кристаллы Intel мощнее, но за счет плотности они больше греются. Таким образом, мы получаем тот самый пресловутый троттлинг.

А процессоры производства TSMC — Apple Qualcomm и AMD выигрывают именно за счет более просторного расположения транзисторов примерно тех же размеров.

Как они это делают — это скорее вопрос внутренней архитектуры, а не циферка, которая стоит в названии тех процесса.

Не думайте, что я забыл про архитектуру N7FF+ — да она еще плотнее чем у Intel, но если говорить о чипах серия AMD Zen 2, Applу A13, Snapdragon 865 — все сделаны на основе TSMC 7FF и она проигрывает в плотности Intel.

Единственный процессор, который уже производится по новой технологии N7FF+ с использованием экстремальной УФ-литографии — это Kirin 990 5G. Тут конечно плотность транзисторов сильно возрастает — аж на 15 процентов!

техпроцесс процессора какой лучше. 12. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-12. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка 12

техпроцесс процессора какой лучше. 13. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-13. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка 13

По идее производители просто идут по немного разному пути и если заглянуть в будущее, то становится понятно по какому: вот вам табличка того как все будет — чипы следующего поколения.

Нас интересует строчка про плотность транзисторов на 1 квадратный миллиметр!

техпроцесс процессора какой лучше. 14. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-14. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка 14

По этим данным Intel более чем на 30 процентов обходит и Samsung, и TSMC в плотности транзисторов — и это при том, что тут мы сравниваем уже 7 нм у одного производителя и 5 у другого.

Откуда такой прирост? Как возможно такое повышение плотности — процы просто будут взрываться или работать только с навороченными система охлаждения?

Не совсем так. Все дело в том, что Intel планирует перейти на транзисторы совершенно другой структуры — под названием HNS — Horizontal Nano Sheets — это и позволит сделать скачок!

техпроцесс процессора какой лучше. Evolution of Transistor Archtecture MBCFET large. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-Evolution of Transistor Archtecture MBCFET large. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка Evolution of Transistor Archtecture MBCFET large

Но похожие планы есть и у Samsung — они идут немного в другую сторону к структуре Gate-All-Around FET.

техпроцесс процессора какой лучше. transistor progress. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-transistor progress. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка transistor progress

Вот как это выглядит в реальности — не так симпатично, но вы только подумайте о том, какие они маленькие!

В итоге мы поняли, что за маркетинговыми названиями 7 нм и 5 нм скрывается битва архитектур, а в будущем мы сможем выяснить чей же путь был верным.

Что можно сказать абсолютно точно — нас ждёт огромный скачок среди всех чипов как мобильных так и десктопных уже в течение ближайших нескольких лет.

техпроцесс процессора какой лучше. dr 7nm. техпроцесс процессора какой лучше фото. техпроцесс процессора какой лучше-dr 7nm. картинка техпроцесс процессора какой лучше. картинка dr 7nm

На этой ноте не хочется заканчивать тему процессоров, ведь мы изучили немало информации и документов, в том числе разобрались в процессе производства. Например, вы слышали о таком процессе Экстремальная Ультрафиолетовая Литография? Если на пальцах, это какая-то фантастика — капля олова превращается в плазму после попадания лазера: именно так создаются современные процессоры. Но сами установки может создавать только одна компания в мире и все гиганты от нее зависят.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *