Что такое нанометры в процессоре

Что такое нанометры в процессоре

Когда речь идёт об анонсах смартфонов, их производители часто любят указывать на то, что произведены они «на более тонких технологических процессах» нежели год назад, за счёт чего стали производительнее и эффективнее при потреблении энергии. Многие могут при этом не знать, что такое технологический процесс и как он связан со скоростью смартфона и временем его автономной работы.

Кроме того, не кажется ли противоречивым тот факт, что процессоры становятся меньше в размерах и при этом производительнее и менее прожорливыми? Многие привыкли считать, что чем больше — тем сильнее, а чем сильнее, тем выше расход энергии.

Что такое нанометр?

Микропроцессор представляет собой совокупность состоящих из различных материалов слоёв. Наложение определённым образом одного слоя на другой создаёт крошечные электронные компоненты, вроде транзисторов, резисторов, конденсаторов, которые и производят обработку данных. Это не те конденсаторы и транзисторы, которые были в телевизоре, выброшенном вами ещё 20 лет назад. Они стали микроскопическими, располагаясь на подложке и действуя как переключатели. Расстояние между этими компонентами измеряется в нанометрах, что составляет одну миллиардную метра. Чем меньше расстояние, тем больше компонентов можно разместить в чипе.

Существует много причин повышения эффективности чипов при уменьшении расстояния между их компонентами. Уменьшение размеров микропроцессоров снижает ёмкость между транзисторами, что увеличивает частоту их переключения. А так как динамическая мощность, которую транзистор потребляет при переключении электронных компонентов, прямо пропорциональна ёмкости, транзисторы становятся производительнее и расходуют меньше энергии.

Меньшие по размерам транзисторы требуют меньшего рабочего напряжения. Динамические потери мощности пропорциональны квадрату напряжения. Когда уменьшается напряжение, необходимое для управления током через транзисторы, сокращается потребление энергии. И последний фактор в пользу уменьшения размеров технологического процесса (транзисторов) — цена. Чем меньше компоненты, тем больше их можно разместить на пластинах, из которых вырезаются чипы. Хотя меньшие по размеры транзисторы для производства требуют более дорогостоящего оборудования, стоимость инвестиций компенсируется стоимостью пластин.

Почему сокращение техпроцесса занимает в среднем два года?
Физические законы ставят преграды на пути совершенствования технологий. Вот почему маленькие, мощные и эффективные транзисторы больше подвержены токам утечек. Утечки напряжения происходят в компонентах, находящихся в выключенном состоянии, что приводит к расходу энергии даже тогда, когда процессор ничего не делает. В идеальном мире все эти компоненты в узлах сетки были бы устойчивы, но маленькие проблемы электрического тока, такие как колебания, диффузия и т.д., растут с уменьшением компонентов.

Насколько миниатюрными смогут стать компоненты?

Что означают термины «7nm» и «10nm» для процессоров и почему они имеют значение

Постараюсь объяснить просто. Процессоры производятся с использованием миллиардов крошечных транзисторов, электрических затворов, которые включаются и выключаются для выполнения расчетов. Для этого им требуется энергия, и чем меньше транзистор, тем меньше требуется мощность. «7nm» и «10nm» — это размеры этих транзисторов, а «nm» — нанометры. Именно они являются полезными для оценки производительности конкретного процессора.

Для справки, «10nm» — это новый технологический процесс Intel, который должен дебютировать в 4 квартале 2019 года, а «7nm» обычно относится к процессу TSMC, на котором основаны новые процессоры AMD и чип A12X Apple.

Читайте также:  Личный кабинет плательщика имнс рб

Так почему же эти новые процессы так важны?

Закон Мура, старое наблюдение о том, что количество транзисторов на чипе удваивается каждый год, а затраты вдвое сокращаются, удерживался в течение длительного времени. Еще в конце 90-х и начале 2000-х годов транзисторы сокращались вдвое каждые два года, что приводило к их значительному улучшению. Но дальнейшее уменьшение стало более сложным, и, например, мы не наблюдали уменьшения транзистора от Intel с 2014 года. Так что эти новые технологические процессы являются первыми крупными сокращениями за долгое время, особенно со стороны Intel, и представляют собой краткое возрождение закона Мура.

С появлением новых процессоров AMD на 7-нм процессорах TSMC и чипов A12X Apple, у них появляется шанс обойти Intel по производительности и создать здоровую конкуренцию монополии этой компании на рынке. По крайней мере до тех пор, пока 10-нм чипы Intel «Sunny Cove» не начнут поступать в продажу.

Что «nm» на самом деле означает

Процессоры выполнены с помощью фотолитографии, где образ процессора вытравливается на куске кремния. Точная методика выполнения этой операции обычно называется технологическим процессом и измеряется тем, насколько малым может быть изготовление транзисторов.

Поскольку более компактные транзисторы более энергоэффективны, они могут выполнять больше вычислений без перегрева, что обычно является ограничивающим фактором для производительности процессора. Это также позволяет уменьшить размеры матрицы, что снижает затраты и может увеличить плотность при тех же размерах, а это означает увеличение количества ядер на чип.

Плотность 7 нм в два раза выше, чем у предыдущего 14 нм узла, что позволяет таким компаниям, как AMD, выпускать 64-ядерные серверные чипы, что значительно превосходит их предыдущие 32 ядра (и 28 ядра Intel).

Важно отметить, что, хотя Intel все еще находится на 14-нм процессоре, а AMD собирается запустить свои 7-нм процессоры очень скоро, это не означает, что AMD будут работать в два раза быстрее. Производительность не соответствует размеру транзистора, и в таких маленьких масштабах эти значения уже не столь точны.

Мобильные чипы претерпят наибольшие улучшения

Уменьшение транзисторов — это не только производительность; оно также имеет огромное значение для маломощных чипов мобильных устройств и ноутбуков. С 7 нм (по сравнению с 14 нм) вы можете получить на 25% больше производительности при той же мощности, или вы можете получить ту же производительность за половину мощности.

Это означает более длительное время работы от батареи при одинаковой производительности и гораздо более мощные чипы для небольших устройств. Мы уже видели, как чип A12X от Apple выигрывал некоторые старые чипы Intel в тестах, несмотря на то, что он был только пассивно охлажден и упакован внутри смартфона, И это только первый 7-нм чип, который появился на рынке.

Уменьшение узлов всегда является хорошей новостью, так как более быстрые и энергоэффективные чипы влияют практически на все аспекты технологического мира. 2019 год будет очень интересным для технических специалистов и, конечно, очень приятно видеть, что закон Мура еще не совсем мертв.

Читайте также:  Ракета на стартовом столе

Спасибо, что читаете! Подписывайтесь на мой канал в Telegram и Яндекс.Дзен. Только там последние обновления блога и новости мира информационных технологий. Также, читайте меня в социальных сетях: Facebook, Twitter, VK, OK.

Респект за пост! Спасибо за работу!

Хотите больше постов? Узнавать новости технологий? Читать обзоры на гаджеты? Для всего этого, а также для продвижения сайта, покупки нового дизайна и оплаты хостинга, мне необходима помощь от вас, преданные и благодарные читатели. Подробнее о донатах читайте на специальной странице.

Спасибо! Все собранные средства будут пущены на развитие сайта. Поддержка проекта является подарком владельцу сайта.

Увеличение плотности размещения транзисторов было одним из основополагающих условий развития микроэлектроники на протяжении нескольких десятилетий. Оно даже легло в основу эмпирического правила, сформулированного сооснователем Intel Гордоном Муром (Gordon Moore), которое впоследствии окрестили «законом Мура». Долгое время для корпорации Intel следование этому правилу было делом чести, и производитель процессоров старался, чтобы каждые полтора–два года плотность размещения транзисторов на единице площади кристалла удваивалась. До недавнего времени удавалось добиваться этого за счёт перехода на более «тонкие» литографические нормы, но на 10-нм техпроцессе Intel неожиданно споткнулась, изначально поставив слишком амбициозные цели в техническом задании.

Компании AMD, которая уже десять лет прекрасно себя чувствует без собственных производственных мощностей, удалось вовремя скооперироваться с TSMC при освоении 7-нм технологии, поскольку и главный конкурент по этому показателю от неё отставал, и один из главных партнёров в лице GlobalFoundries в итоге подвёл, отказавшись от освоения 7-нм технологии. Так или иначе, выпуск 7-нм продуктов AMD начался ещё в прошлом году, когда появились ускорители вычислений Radeon Instinct на базе 7-нм версии Vega, а на этой неделе компания подтвердила намерения вывести на рынок в третьем квартале 7-нм настольные процессоры Ryzen 3000, 7-нм серверные процессоры EPYC и 7-нм игровые продукты в семействе видеокарт Radeon RX 5700.

Мал золотник, да дёшев?

Первая фаза дебюта 7-нм процессоров Matisse на открытии Computex 2019 позволила оценить ещё один важный параметр — приблизительную площадь кристалла с вычислительными ядрами, которые теперь расположились на отдельном 7-нм «чиплете». Каждый такой кристалл содержит по восемь вычислительных ядер с 512 Кбайт кеша второго уровня на ядро и 32 Мбайт кеша третьего уровня, который доступен всем восьми ядрам. Контроллер памяти переехал на отдельный 14-нм «чиплет», поэтому удвоение объёма кеша третьего уровня по сравнению с 12-нм процессорами с архитектурой Zen+ призвано компенсировать увеличение задержек из-за таких изменений в компоновке.

Источник изображения: AMD

Строго говоря, 7-нм «чиплеты» AMD демонстрировала несколько месяцев назад в составе серверных процессоров Rome. Именно тогда некоторым энтузиастам по фотографиям с высоким разрешением удалось определить, что площадь одного кристалла Zen 2 с восемью вычислительными ядрами не превышает 70–78 мм 2 . Столь компактные размеры кристалла должны позволить AMD добиться не только высокого уровня выхода годной продукции, но и снизить себестоимость изготовления единицы продукции.

Читайте также:  Как сделать рамку в документе word

Intel и 10-нм техпроцесс: второй блин не комом?

Фотографии процессоров Intel Ice Lake-U и Ice Lake-Y, которые выпускаются компанией самостоятельно по второму поколению 10-нм технологии, появились после их демонстрации на Computex 2019. Кроме того, в официальном комплекте фотографий, который компания распространила ещё до выступления Грегори Брайанта (Gregory Bryant), присутствовали изображения кремниевой пластины с 10-нм кристаллами Ice Lake. Это позволило некоторым специалистам по «камеральным исследованиям» приблизительно вычислить площадь кристалла Ice Lake.

Источник изображения: Legit Reviews

Следует определиться, что мобильные процессоры Ice Lake-U (на фото справа) и Ice Lake-Y (на фото слева) имеют двухкристальную компоновку — рядом с 10-нм кристаллом, который содержит четыре вычислительных ядра, кеш третьего уровня, контроллеры памяти, дисплея и Thunderbolt 3, а также встроенную графику Gen 11, расположился 14-нм кристалл с логикой ввода-вывода, который можно условно назвать «чипсетом». Вычислительные ядра содержатся в более крупном 10-нм кристалле, чья форма ближе к квадратной.

Лучше один раз увидеть, чем семь раз отмерить

Исследователи фотографий определили по изображениям кремниевых пластин, что приблизительная площадь 10-нм кристалла Ice Lake составляет 130 мм 2 . Из них на четырёхъядерный комплекс приходятся 31,34 мм 2 . По сравнению с 14-нм процессорами Coffee Lake вычислительные ядра Ice Lake меньше примерно на 34 %.

Источник изображения: Intel

У Intel на одном 10-нм кристалле, таким образом, расположились по четыре ядра и 8 Мбайт кеша третьего уровня. У AMD на одном 7-нм кристалле разместились восемь ядер и 32 Мбайт кеша третьего уровня. Если привести площади кристаллов обоих производителей к удобной для сравнения четырёхъядерной компоновке, то у AMD выйдет около 35–39 мм 2 , а Intel предложит вдвое меньший объём кеша третьего уровня при площади 31,34 мм 2 . Другими словами, даже 10-нм технология позволяет Intel сделать свои ядра более компактными, хотя чисто по площади кристаллов выигрыш оказывается на стороне AMD: 70–78 мм 2 против 130 мм 2 . Правда, следует учитывать, что у Intel на этом кристалле ещё присутствует и графическая подсистема, которая занимает около 40,6 мм 2 , но если бы у Intel было восемь вычислительных ядер на кристалле, то он всё равно оказался бы чуть крупнее «чиплета» AMD — около 89 мм 2 .

Источник изображения: Intel

В настольном сегменте Intel ещё долго будет использовать 14-нм техпроцесс, и об этом тоже нужно помнить при попытках оценить преимущество по площади кристаллов. Настольные процессоры Intel продолжают использовать монолитный кристалл, хотя в ближайшие годы всё может измениться. В этом отношении пока преимущество на стороне AMD, но и специфики экономических отношений этой компании с TSMC мы тоже не знаем. На себестоимость 7-нм процессоров AMD сейчас может влиять и уровень выхода годной продукции, и необходимость возмещать средства, потраченные на его освоение, а каждая новая ступень литографии в этом смысле выходит дороже предшественницы. Конечно, TSMC и другие контрактные производители стараются увеличивать сроки окупаемости новых техпроцессов, но зрелый 14-нм техпроцесс Intel себя наверняка давно уже окупил.

Ссылка на основную публикацию
Что значит спящий режим компьютера
В операционной системе Windows есть несколько режимов выключения компьютера – это обыкновенный режим, (который полностью выключает PC), режим гибернации и...
Чем открыть файл с расширением dat
После установки каких-нибудь программ, получения почты при помощи почтовых клиентов, на компьютере создаются .dat файлы. Чаще всего они почти не...
Чем отличается frontend от backend
Переводы , 13 апреля 2017 в 19:58 Мая Устинова Вы наверняка уже слышали эти модные в сфере программирования слова «фронтенд»...
Что значит сторнировать документ
Сто́рно (итал. storno — перевод на другой счёт, отвод; от stornare — поворачивать обратно) — в общем смысле возврат к...
Adblock detector