14 нм процессоры что это
Когда наступит 2021 год, Intel в очередной раз, не сдержит свои обещания с переходом на новый техпроцесс, а просто приделает очередной + своим 14нм++++. Главное чтобы обходилось без обновленного сокета, так хотя бы более лояльно будет. Кстати, переходить они на 10нм не спешат из-за денег.
Что такое техпроцесс
Когда-то давно под техпроцессом понимался размер затвора транзистора, т.е. при 32-нм техпроцессе длина затвора равнялась тем самым 32 нм. Но именно с 32 нм производители перестали придерживаться этого правила, а само понятие техпроцесса во многом превратилось в маркетинговый ход.
Конечно, бытует мнение, что не все так плохо. К примеру, часто можно встретить утверждение, что после разделения понятий «длина затвора» и «техпроцесс», последний оказался напрямую привязан к уже упоминавшемуся нами закону Мура. Раз количество транзисторов на кристалле удваивается каждые два года, то размеры транзистора уменьшаются вдвое, т.е сторона такого транзистора уменьшается в 0,7 раза.
Это была, наверное, последняя попытка производителей хоть как-то упорядочить понятие техпроцесса. Сейчас же он действительно превратился в своеобразный маркетинговый ход, который не имеет ничего общего с реальными цифрами. Более того, 10-нм техпроцесс у одного производителя может кардинально отличаться от того, что под ним понимает другой чипмейкер.
К примеру, 10-нм техпроцесс TSMC использует транзисторы размерами 66х42 нм против 54х44 нм у аналогичного техпроцесса Intel. И, по сути, 10-нм техпроцесс Intel сопоставим с 7-нм у TSMC. Точнее, он сопоставим с ним по размерам транзисторов. Поэтому прогресс по количеству нанометров, по сути, можно рассматривать лишь внутри продукции одной компании.
В то же время, логика «чем меньше, тем лучше» также может стать ошибочной. Все дело в том, что при повышении плотности кристалла на текущем уровне технологий может увеличиваться его нагрев. Следствием этого становятся троттлинг и серьезное снижение производительности. Такие кристаллы хороши в спринте, но не очень подходят для марафонов, т.е. длительных нагрузок. Именно это в полной мере справедливо для таких платформ, как 4-нм Snapdragon 888 и 5-нм Samsung Exynos 2100. Они бесспорно намного производительнее предшественников на коротких дистанциях, но при продолжительной нагрузке преимущество этих SoC тает из-за сильного перегрева и троттлинга.
AMD делает ход конем и теперь впереди
Даже отсутствие у Intel ее неназванного препятствия на пути к 7 нанометрам не позволяет ей догнать AMD , которая выпускает все свои современные процессоры по этим нормам. У нее нет своих заводов, и производством занимается тайваньская компания TSMC , в 2020 успешно освоившая 5 нм и выпускающая по этой топологии процессор Apple A14 .
В первой половине октября 2020 г., AMD провела показ новых процессоров линейки Ryzen 5000 , вооруженных новейшей архитектурой Zen 3 . Они тоже 7-нанометровые , но в рамках сотрудничества с TSMC, AMD уже нацелилась на 5 нм .
Согласно ее дорожной карте, Zen 3 станет последней архитектурой, эксплуатирующей 7 нм . Ей на смену придет Zen 4 , уже 5-нанометровая , и ее появление запланировано на 2021 г . И скорее всего Zen4 останется на сокете AM4 , но будет только на 500-ых чипсетах и последним модельным рядом. Далее пойдет либо AM4+ , либо AM5 , вероятнее с новым стандартом памяти DDR5 .
"Посчитаем деньги" Intel
Финансовый отчет Intel за III квартал 2020 г. Этот период для Intel завершился с 4-процентным падением выручки год к году – до $18,3 млрд. Норма прибыли сократилась на 5,7 процентных пунктов – до 53,1 %.
Операционная прибыль компании тоже сократилась, притом сразу на 22 %, упав до $5,1 млрд, тогда как чистая прибыль показала еще более стремительное падение в сравнении с III кварталом 2019 г. Она снизилась на 29%, оказавшись на уровне $4,3 млрд. чистая — на 29 % до $4,3 млрд.
Серверный рынок тоже упал (на 7%), а лишь два направления повысили доход на 1 и на 2%, что совсем незаметно.
Закон Мура и зачем уменьшать транзисторы
Еще в 1975 году основатель Intel Гордон Мур вывел одно эмпирическое наблюдение, получившее название закон Мура . Согласно ему, количество транзисторов на кристалле удваивается каждые 24 месяца. Но зачем вообще нужно увеличивать плотность размещения транзисторов и уменьшать их размеры?
Очевидно, что процессор с несколькими тысячами транзисторов намного слабее, вмещающего в себя 11 миллионов. Но помимо очевидного роста производительности, уменьшение размера транзистора улучшает и его энергоэффективность: чем меньше транзистор, тем меньший ток, требуется для его работы. Уменьшение же размеров затвора снижает время необходимое для переключения транзистора из одного состояния в другое — он начинает работать быстрее.
Немного теории
Любой процессор состоит из множества транзисторов — переключателей, которые могут находиться в одном из двух положений — 1 и 0. Когда через транзистор проходит ток, на выходе мы имеем единицу, когда тока нет — ноль. Отсюда взялись и все низкоуровневые языки программирования, которые напрямую оперируют нулями и единицами.
В пятидесятых годах прошлого тысячелетия роль транзистора играла обычная вакуумная лампочка, из-за чего первые слабенькие компьютеры с несколькими тысячами транзисторов занимали собой целые комнаты. Революция произошла в начале 60-х годов, когда на свет появились первые полевые транзисторы.
Основа любого транзистора — кремний. На него наносятся два удаленных друг от друга слоя проводника — вход и выход. Поскольку проводники находятся на некотором расстоянии друг от друга, при подаче напряжения на вход на выходе по-прежнему остается «0» (нет тока). Для того, чтобы ток мог пройти от одного проводника к другому, на кремниевую подложку наносится еще один на сей раз изолированный проводник, назовем его затвор. Сам по себе затвор не сможет передать ток от входа транзистора на выход (помним, что он изолирован), но при подаче на него тока, вокруг затвора создается электрическое поле, позволяющего току течь от входа проводника на выход. В этом случае транзистор переходит в положение «1» (ток есть).
С каждым годом размеры транзисторов становились все меньше, а плотность их размещения на кристалле увеличивалась. Но по мере уменьшения размеров транзисторов наступил момент, когда затвор уже не мог блокировать ток от входа к выходу — электроны просто проходили через него. И именно в этот момент в сфере полупроводников произошла еще одна революция — место планарных или плоских транзисторов заняли трехмерные, у которых проводящий канал оказался приподнят над кремниевой подложкой. Из-за этого затвор оборачивает его уже с трех сторон, в результате чего он может лучше управлять током. Такая структура транзисторов получила название FinFET, и именно ее использование помогло производителям продолжить уменьшать размеры транзисторов и увеличивать плотность их размещения до когда-то небывалых значений.
Выводы
Несмотря на то, что в последнее время понятия техпроцесс и нанометры превратились в маркетинг, они все еще позволяют оценить прогресс в рамках продукции одного производителя. Иными словами, в большинстве случаев чем меньший техпроцесс используется при производстве процессора, тем больше в нем транзисторов и тем больше его итоговая производительность.
Впрочем, важно понимать, что это в полной мере актуально лишь для максимальной производительности процессора, а скорость его работы на длинной дистанции зависит еще и от того, насколько удачна используемая в нем микроархитектура, не перегревается ли процессор, и не испытывает ли он проблемы с троттлингом.
Я не претендую на лавры крутого профессионала в этой области и знатока ситуации с заказами изделий микроэлектроники у внешних фирм. Но я более 30 лет в практической электронике, в далеких нулевых годах написал и выпустил четырехтомник “Микроконтроллеры? Это же просто!”, который знают сегодня почти все специалисты по микроконтроллерной тематике. И в течение 40 лет являюсь разработчиком-практиком, в том числе и в схемотехнике. Поэтому многое знаю не понаслышке. И кроме того, люблю думать и анализировать. И вас приглашаю к такому анализу.
Начну с того, что тема с рекордно низкими нанометрами в технологии изготовления микропроцессоров – это в большóй степени маркетинговая уловка. Смотрите, у меня в компьютере, на котором я набираю этот текст, стоит четырехядерный процессор Core 2 Quad Q6700 c 65-нм ядром Kentsfield. Архитектура старенькая, анонсированная году в 2007-2008. Я разогнал его с 2,7 до 3 ГГц (дурные привычки не лечатся), процессор греется, как маленький чайничек, но кулер справляется. И если на нем запустить хорошо известную многим программу cpu-z, то тест производительности в однопроцессорном потоке показывает результат 268 ед., в многопроцессорном – 1062 ед.
Понимаю, многие скажут, что есть другие тесты, более крутые, лучше отражающие прирост производительности в “тяжелых” приложениях и играх. Но, милые мои, “Эльбрус” и “Байкал” не для игр нам нужны, и не для редактирования видео, а для серверов. А там – все намного проще, процессор должен быстро перебирать чудовищные объемы информации, а не отрабатывать сложную математику для построения реалистических картинок. Поэтому тест cpu-z лучше отражает сравнительную производительность серверных процессоров, чем так называемые синтетические тесты.
Кстати, я даже не знаю, какая часть прироста производительности обеспечена усовершенствованием внутренней архитектуры, а какая – заурядным увеличением объема кэш-памяти или ее усовершенствованием. У Core I3-8350, хоть объем кэша не больше, но он трехуровневый, что, по словам Intel, обеспечивает прирост производительности. Но какой – она дипломатично не уточнила.
Да, тепловыделение у 14-нм Core I3-8350 при равной частоте, если верить программе AIDA64, в 2,5-3 раза ниже, чем у 65-нм Q6700. Это – единственный выигрыш, сопоставимый с пятикратным уменьшением структуры элементов. И то, вдвое меньший, чем кратность уменьшение толщины структуры.
Итог – в серверных приложениях переход с технологии 45-65 нм на технологию 14-16 нм дает выигрыш в производительности при равном числе ядер менее чем вдвое. Может, чуть меньше, может, чуть больше, но именно чуть. Т.е. ответ от сервера займет, к примеру, не 1 с, а 2 с. Для подавляющего большинства серверных применений это абсолютно некритично, там нет необходимости быстро и реалистично рисовать картинки, а время ожидания по степени важности – величина второго порядка.
Вы скажете – у нас и 65 нм нет. Прямо сегодня нет, но вот-вот будет в Зеленограде. Не через 7-10 лет, и даже не через 3 года, а в 2022-2023-м. Гораздо бóльшая проблема – корпусирование микропроцессоров. Но и ее решат, здесь нет тонких технологий, нужно купить оборудование у китайцев (если у них есть) или сделать его совместно с ними. На это тоже не надо 10 лет.
Еще кто-то может возразить – если использовать более тонких техпроцесс, можно сделать больше ядер, и такой процессор будет быстрее того, у которого ядер меньше. Да, это так. Но есть еще один путь – не делать 50-ядерный процессор, а сделать 20-ядерные, и поставить на материнке их три. Производительность такой системы будет по крайней мере не ниже, чем у системы с одним 50-ядерным. А если кто не знает – “Эльбрус” с советских времен разрабатывался для возможности работы в многопроцессорных системах, наши специалисты понимали неизбежность перехода на многопроцессорность гораздо раньше, чем это поняли Intel и AMD.
Кстати, на АлиЭкспрессе можно найти двухпроцессорные платы под серверные процессоры XEON, если кто думает, что мои слова о многопроцессорных системах – из области фантастики.
На мой взгляд, самая серьезная проблема не отсутствии процессоров, выполненных по 10-14 нм технологиям, а в ПО для многопроцессорных систем. Нужна операционная система, которая может работать и с двумя многоядерными процессорами, и с двадцатью, и с двумя сотнями. Нужны языки программирования, которые сразу "развалят" программу на много процессоров, столько, сколько есть в системе. Нужно, чтобы эта ОС и языки "дружили" между собой. На базе имеющегося системного ПО создать это, как мне кажется, невозможно. Нужно приступать к этой работе "с чистого листа", а не тянуть старую программную архитектуру, латая ее то там, то здесь.
Сухой остаток – нам важно освоить технологию 65 нм, которая уже почти освоена. И научиться корпусировать процессоры, что тоже не есть задача на пол-десятилетия. Тогда мы достигнем безопасности серверного сектора, как сегодня имеем продовольственную безопасность.
Когда-то, в середине 90-х, я привозил на минский “Интеграл” наше оборудование, и имел один очень интересный разговор с сотрудниками соседней лаборатории. Они с гордостью сказали мне, что они сделали 486-й процессор (кто постарше – в курсе, что это, и каково его место в иерархии х86). У меня стоял “Пентиум”, и я с некоторым пренебрежением спросил: ребята, а кому этот ваш уже слегка устаревший процессор нужен? На что получил ответ – во-первых, мы сделаем их сколько надо, а не сколько нам продадут. А во-вторых, в нем гарантировано нет встроенных “багов”, которые позволят его отключить или заблокировать каким-то сигналом извне. Я вспомнил об этом разговоре, когда услышал, что все компьютеры иракской армии во время наступления американцев подозрительно синхронно стали неработоспособны. Так что для компьютерной безопасности вовсе не надо стремиться выйти на разрекламированный маркетологами уровень 5-7-12-16 нм, даже 65 нм снимет почти все проблемы. А 65 нм – это, в общем, сегодня-завтра.
Но и это еще не все. Несмотря на то, что TSMC почти поддержала американские санкции, и почти прекратила делать “Эльбрус” и “Байкал”, реально она производить их не прекратила. И почти наверняка не прекратит. Причина проста, цитирую источник :
“ Позвольте вам кое-что прояснить - в том числе и причину, по которой мы будем получать микрочипы в любых количествах и в любое удобное для нас время.
Современная микросхема - это очень сложный продукт. Основой этого продукта является подложка из сапфирового стекла, сегодня заменить ее на мировом рынке полупроводниковых приборов просто нечем. Не будет подложки - не будет микросхемы, это аксиома.
Так уж исторически сложилось (мы тут точно не виноваты), что Россия является мировым монополистом по производству подложек из сапфирового стекла - на нашу долю приходится 80% мирового производства этого важнейшего компонента.
А кто же производит подложки из сапфирового стекла в России? Два человека из Ставрополя, организовавшие предприятие "Монокристалл" еще в 1999 году - и когда уже в 2016 году они имели долю мирового рынка в 30%, это казалось невероятным - как же так, неужели сиволапая Россия способна создать сверхвысокотехнологичное производство, да еще и без какой-либо западной поддержки? …
Иначе говоря, подложки из сапфирового стекла являются ключевым компонентом для производства ВСЕХ микрочипов и процессоров в мире - на российских подложках создают процессоры и Интел, и АМД. Любой новомодный чип - это российская подложка, а искусственные сапфиры, выращенные в России для этих целей, являются самыми качественными и чистыми - любые примеси в этом деле убивают производство наповал.
Если вы таки считаете, что 80% мирового производства - это не так уж и монополия, давайте перейдем к следующему пункту нашего меню - а там самый настоящий "сюрпрайз" для западных любителей санкций.
Есть такая специальная химия травления микросхем с использованием ультрачистых компонентов - и ее выпускает только одна страна в мире. Догадаетесь с трех раз, какая именно?
Это уже точно монополия, причем тотальная - на долю России приходится 100 (сто. ) процентов производства ультрачистых редкоземельных элементов для этой химии. И вот эту адскую смесь точно не заменить, ибо при использовании менее чистой химии готовые изделия начинают выдавать такую ахинею и ересь, что хоть святых выноси и зови экзорциста.
И вот теперь давайте представим, что тайваньцы и американцы перекрывают России поставки процессоров и других микросхем. В ответ Россия запросто перекрывает тайваньцам и американцам кислород, перестав поставлять ключевые компоненты для производства - как думаете, долго ли продержится мировой рынок полупроводниковых приборов?
Неделю? Две? А дальше, извините, у медведя лапу сосать?
Хотите еще? Да легко!
Технологию производства самых мощных процессоров знаете? На подложку из российского сапфира поочередно наносятся слои кремния. Это двухмерный процесс, все происходит хоть и очень быстро, но довольно-таки печально.
В свое время, в самом начале нулевых, русская команда, предлагавшая стартап в Британии на производство микрочипов из арсенида галлия, оббила все пороги инвесторов - и что бы вы думали? Под давлением Интел и АМД ни один инвестор на этот стартап не подписался. В итоге в 2016 году разработчики вернулись к себе в Пермь и теперь работают на благо Министерства обороны России, выпуская изделия на основе арсенида галлия.
Знаете, в чем главное отличие арсенида галлия от традиционного кремния? Он дороже. И еще, в отличие от кремния, арсенид галлия позволяет создавать не двухмерную, а трехмерную архитектуру полупроводниковых приборов - в результате энергопотребление снижается до четырех раз, а быстродействие увеличивается до восьми раз; и здесь разработчикам уже плевать на модные нанометры, потому что даже при имеющихся в России отсталых технологиях производства можно создавать процессоры выше мирового уровня по характеристикам. Кстати, их выпускает АО "ЭОС" - если кому интересно, почитайте про их К6500, будете приятно удивлены. Диапазон работ при температурах от минус 70 до плюс 125. …
Да, проще всего бегать по России-матушке в рубище и лаптях и орать "Нам всем хана. ". А есть другой путь - надавить на наших чиновников и заставить их проявить не стадный инстинкт, а политическую волю - в этом случае свои суперпроцессоры мы получим в течение полутора-двух лет, вся основа для их производства в России уже создана .”
Как-то так. Но есть одно маленькое “но”. Если на TSMC придет письмо за подписью нашего премьер-министра с информацией, что в случае отказа производить российские процессоры Россия введет эмбарго на поставки сапфира и химии, то этого будет вполне достаточно для того, чтобы она отказалась поддерживать санкции в отношении России. Но чтобы такое письмо возникло, кто-то должен прийти на прием к премьеру с подготовленным вариантом документа и объяснить необходимость подписания этого письма, т.к. премьер наверняка это не отслеживает, ибо это относительно мелкий вопрос в сравнении с вопросами поставок углеводородов, металла, пшеницы, …, а также совокупности финансовых вопросов. И вот на этом этапе может возникнуть ситуация, когда никто из чиновников не возьмется за решение этой задачи – зачем лишний раз вылазить к премьеру, а вдруг что-то пойдет не так, как это еще потом аукнется? В общем, перестать поставлять можем, но перестанем ли?
Ну да ладно, идем дальше. Как вы думаете, китайцы, глядя на нашу спецоперацию Z, не мечтают ее повторить на Тайване? Еще как мечтают! Правда, они понимают, что один на один против США они еще не выстоят. А с Россией за спиной – выстоят. Поэтому и поддерживают нас изо всех сил, хоть иногда и помалкивают на этот счет – зачем лишний раз будить чудо-деда на батарейках? Так что недолго осталось TSMC быть независимой от Китая, наш президент наверняка пообещал другу Си, что как только решим свою проблему, перейдем к решению китайской. Развивать тему не буду – я на переговорах президентов не присутствовал, лишь домысливаю, и озвучиваю совершенно очевидный для меня факт.
Еще одно соображение по поводу микроэлектроники. У нас есть свои процессоры. Именно свои, производимые в Зеленограде. Не такие крутые, как нынешняя продукция Intel и AMD, но вполне справляющиеся с задачами в военных самолетах, вертолетах, на кораблях, в ракетах и в космических аппаратах. Они называются КОМДИВ, я о них узнал отсюда , кому интересно – почитайте. Достойные процессоры. И прекрасно работают в перечисленной выше технике.
Ну и еще раз насчет нанометровых технологий. Тоже наверное не все знают, но 90% мировых микросхем производится по технологии 90-300 нм. Это все цифровые микросхемы малой и средней степени интеграции, все аналоговые микросхемы – усилители, преобразователи и т.д. Это делается на десятках заводов в мире, в том числе и на наших зеленоградских заводах, и на минских “Интеграл’е” и “Транзистор’е”. Именно делается много лет, а не будет освоено к какому-то там году. Наверное, в СССР микросхем производилось поболее. Но ситуация вынудит нас выйти на тот уровень и превзойти его, а это более чем реально.
И еще раз далее. В мире более десятка крупных производителей микросхем – Филипс, TI, Максим, Сименс, STM, Аналог Девайсес и т.д. Номенклатурный ряд всего, что они производят – огромен, наивно думать, что мы можем повторить любую микросхему. Но это и не нужно, надо делать только то, что критично для военно-космического комплекса. А остальное – купить. Где? Да в Китае. Китай – ведущий мировой производитель радиоэлектроники, не микросхем, а изделий. И все микросхемы идут туда. Ну или по крайней мере половина того, что все изготовители компонентов производят. Небольшими партиями это все легко приобретается на АлиЭкспресс. Про большие – не знаю, но снабженцы заводов наверняка это уже прорабатывают.
Такая вот ситуация в нашей электронике, как мне видится. Может, я что-то не учел, не принял во внимание. Озвучте в комментариях. Но главное – не надо охов и ахов по поводу того, как нам может подгадить TSMC. Нам нужно отработать процесс 65 нм, а не 10-14. А 65 нм – это почти решенная задача, причем в нынешней ситуации окончательное решение ее по максимуму ускорится. Ну и работа над принципиально новым ПО.
Тема статьи:
В 2021 г. почти все свои процессоры Intel выпустит с использованием старой 14-нанометровой топологии. Она не спешит с полным переходом на 10 нм, поскольку этот техпроцесс выкачивает из нее деньги, тогда как 14 нм уже давно окупился и приносит прибыль.
Почему 14-ти нанометровый техпроцесс, более не конкурентный
Помимо того, что на данный момент он просто морально устаревший, на что мы можем не обращать внимание, главными проблемами все-таки является энергопотребление и нагрев, который мы уже можем наблюдать у новой линейки Intel Core i7-i9 , если они держат стабильную частоту 5 Ггц . Еще мы умалчиваем о частоте памяти в стоке, ни смотря на стандарт DDR4 , ведь разгона в бюджетных и не очень материнских платах, по сути нет, даже на память.
Оценивайте статью на свое усмотрение, участвуйте в опросе, комментируйте и подписывайтесь, спасибо за прочтение и активность!
Процессоры производятся по техпроцессам. Ранее они были жестко привязаны к размеру затворов транзисторов. Но с некоторых пор техпроцесс «оторвался» от привязки к размерам и условно стал обозначать плотность упаковки транзисторов. Это дало возможность маркетологам привязывать бутафорские цифры к техпроцессам.
реклама
В двух словах, технологический процесс – это параметр, определяющий размеры транзисторов в процессоре. Чтобы разобраться подробнее в этом вопросе, и понять, как маркетологи манипулируют цифрами техпроцессов в своих интересах, кратко разберем устройство полевого транзистора.
Основой любого процессора являются полевые транзисторы, из них собираются различные логические элементы необходимые для его работы. В процессоре они работают в ключевом режиме, то есть находятся или в режиме насыщения (максимально открытом состоянии) или в режиме отсечки (полностью закрытом состоянии). Эти два крайних режима, в которых находятся транзисторы, и определяют, логическая «1» или логический «0», будут на их выходах.
Конструктивно, например N-канальный полевой транзистор состоит из кремниевой полупроводниковой подложки P-типа, в которой основными носителями заряда являются дырки, а неосновными электроны. По краям подложки внедрены участки полупроводника N-типа, то есть противоположного типа проводимости. Они образуют электроды, называющиеся «исток» и «сток», между которыми в случае образования токопроводящего канала начинает протекать электрический ток в виде движения основных носителей заряда канала от «истока» к «стоку».
реклама
В нашем случае N-канального транзистора, это будут электроны. Для управления токопроводящим каналом, а точнее говоря, для его открытия или закрытия используется изолированный управляющий электрод «затвор», который размещается между «истоком» и «стоком». Открытие (создание) токопроводящего N-канала происходит при подаче на «затвор» положительного (отпирающего) напряжения. При этом «затвор» формирует электрическое поле, которое притягивает к себе из подложки неосновные носители заряда (электроны). Из них формируется токопроводящий канал, и начинает протекать электрический ток.
Закрытие (разрушение) проводящего канала происходит при снятии положительного напряжения с «затвора». При этом электрическое поле прекращает формироваться затвором, канал «рассыпается», и электрический ток прекращает протекать через транзистор.
Теперь подробнее перейдем к вопросу, что такое технологический процесс, и как по мере его развития менялось соответствие оного к различным параметрам. Выше, уже было сказано, что техпроцесс – это параметр, определяющий размеры транзисторов. И конкретно до 1995 года, размер техпроцесса строго соответствовал размеру «затвора», соответственно и длине канала транзистора, так как они равны.
реклама
Начиная с техпроцесса 350 нм, достигнутого в 1995 году и заканчивая 250 нм, достигнутых в 1998 году, техпроцесс стал соответствовать линейному разрешению литографического оборудования.
А начиная со 180 нм, достигнутых в 1999 году, и по сей день техпроцесс соответствует плотности упаковки транзисторов в процессоре, и его цифры являются весьма условными. Например, техпроцесс 180 нм соответствует удвоению плотности упаковки транзисторов по отношению к предшествующему техпроцессу 250 нм. А техпроцесс 130 нм соответствует удвоению плотности упаковки по отношению к предшествующему техпроцессу 180 нм. По такому принципу и дальше происходила привязка последующих техпроцессов к условным числовым значениям нанометров.
Вследствие этого начался разброд и шатание в числовых показателях техпроцессов, что привело к искажению самой сути техпроцесса. Этим естественно воспользовались маркетологи производителей процессоров, которые стали указывать «бутафорские» значения, не имеющие ничего общего с реальными значениями. Таким образом, начиная с 2009 года значения техпроцессов заявляемых производителями, являются чистой воды маркетингом. Дошло до того, что производители стали безосновательно присваивать своим процессорам все подряд уменьшающиеся значения техпроцессов 10, 7, 5 нм, и даже уже рассказывают о 3 нм.
Но соответствуют ли эти маркетинговые техпроцессы действительности? Конечно же нет, и к этому давно уже нужно привыкнуть. Например, на изображении транзисторов 7 нм процессора AMD(TSMC) и 14 нм процессора Intel, сделанного сканирующим микроскопом, прекрасно видно, что ширина их затворов примерно одинакова.
реклама
У Intel она составляет 24 нм, а у AMD 22 нм. Высота затворов у них также примерно одинакова. Так о каких тогда 7 и 14 нм вообще может идти речь. Просто в данном случае маркетологи из лагеря AMD оказались проворнее и хитрее. И лучше понимают силу игры слов, вернее цифр, которая так нравится конечному потребителю.
Реальные размеры транзисторов с данными техпроцессами представлены ниже
Как видно, размер транзисторов выполненных по техпроцессу 7 нм от TSMC мало чем отличается от транзисторов 10 нм от Intel.
Но маркетологов Intel тоже не нужно недооценивать. Они предприняли очень грамотный ход, сыграв на психологии потребителя. Они назвали свой улучшенный 10 нм техпроцесс просто и лаконично «Intel 7», без приставки нанометров. С одной стороны вроде бы и нет обмана, поскольку не указано, что это 7 нм. А с другой стороны, рядовой потребитель, увидев поле 10 нм цифру 7 без приставки нанометров, будет убежден, что это именно техпроцесс 7 нм. Вот уж воистину, все гениальное просто, нужно отдать должное талантам маркетологов. Это именно они делают деньги своим компаниям, а не инженеры.
Или вот еще чип компании IBM, выполненный по техпроцессу 2 нм. Вроде бы вот оно, само техническое совершенство. Но если внимательно посмотреть на изображение этого чипа, то увидим, что размер затвора составляет 12 нм, и никаких 2 нм тут и в помине нет.
Таким образом, современные техпроцессы уже не имеют ничего общего с физическими размерами транзисторов или размерами их элементов. И носят исключительно маркетинговый характер.
Надеюсь, статья была для вас интересной. Пишите в комментариях, что вы думаете по этому поводу.
Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен или telegram-канал @overclockers_news - это удобные способы следить за новыми материалами на сайте. С картинками, расширенными описаниями и без рекламы.
Известный немецкий техноблогер der8auer провёл пристальное изучение технологических процессов, применяемых при производстве актуальных процессоров Intel и AMD.
Не нуждающийся в особых представлениях техноблогер Roman Hartung, более известный под ником der8auer, провёл исследования транзисторов в процессорах Intel и AMD, выполненных по нормам технологических процессов 14 и 7 нанометров, соответственно. Для исследования были взяты старшие модели в настольных линейках компаний: Core i9-10900K, выпущенный на собственных мощностях Intel, и Ryzen 9 3950X, изготовленный силами TSMC.
реклама
С помощью сканирующего электронного микроскопа были получены изображения транзисторов в области расположения кеш-памяти второго уровня. Транзисторы кэша были выбраны в качестве эталона для сравнения, поскольку представляют собой стандартизированную структуру и не имеют большого разброса по параметрам в рамках одного блока.
Пристальное изучение полученных изображений полупроводниковой структуры показало несколько любопытных фактов. Так, различия ширины затвора транзистора у 14 и 7 нм техпроцессов оказались минимальны: 24 нм у Intel против 22 нм у AMD, высота затворов так и вовсе оказалась равна на уровне погрешности. Как видим, никакого кратного отличия, на которое намекают маркетинговые наименования техпроцессов, нет.
реклама
Это ещё раз подтверждает тезис о том, что числа в названии современных литографических технологических процессов уже давно не имеют ничего общего с реальностью. Так, компания Samsung созналась, что её 8 нм технология - это просто 10 нм с новой библиотекой элементов и обновлённым трассировщиком.
Всё это наводит на некоторые мысли. Так, рост производительности процессоров AMD RYZEN вероятнее всего может быть обусловлен в первую очередь именно инженерной работой и совершенствованием архитектуры, а не успехами TSMC в переименовании своих техпроцессов. Следовательно, ощутимый прирост от поколения к поколению будет зависеть от задела к модернизации, избранной AMD технологии чиплетов. Поскольку это первый опыт применения данной компоновки кристаллов, делать какие-то долгосрочные прогнозы сложно, но очевидно, что однажды возможности дальнейшего совершенствования будут исчерпаны, и AMD придётся у перейти к схеме +5% каждый год, либо менять парадигму и искать новые пути развития.
реклама
В то же время переход процессоров Intel на 10 и 7 нм может принести гораздо больший, чем можно предполагать, прирост, поскольку компания не увлекалась маркетингом нанометров, просто добавляя знаки + к своим 14 нанометрам, следовательно, новый техпроцесс может оказаться действительно значительно более продвинутым. Кроме того, Intel уже смотрит в будущее и проводит исследования в области альтернативных методов пространственной компоновки транзисторов и структур кристалла процессора.
Как бы то ни было, становится очевидно, что пресловутые числа в названиях техпроцессов не отражают физической реальности и размеров полупроводниковых элементов. Грядущие 5 и 3 нм от TSMC и Samsung, вероятнее всего, так же будут представлять из себя по сути 7++ и 7+++ технологии. Размеры элементов транзистора уменьшаются незначительно, увеличение плотности размещения транзисторов на единице площади достигается в первую очередь совершенствованием библиотек элементов, развитием программ-автотрассировщиков, оптимизацией самой структуры и компоновки блоков кристалла.
А значит, опасаться, что уже в текущем десятилетии мы упрёмся в физические ограничения создания транзистора на атомном уровне, не стоит. Тормозом станет, скорее, непомерная стоимость разработки и изготовления более совершенных степперов и проблема с созданием новых сверхмощных источников УФ-излучения. Впрочем, решение, возможно, уже не за горами и кроется в применении новых материалов, в частности соединений германия, гафния, либо графена. Но это уже совсем другая история.
Разбираемся в том, что такое техпроцесс, и почему меньше нанометров – это не всегда лучше.
Для многих пользователей главными характеристиками любого процессора до сих пор остаются количество используемых в нем ядер и его тактовая частота. Конечно, отчасти это правда, от них действительно зависит очень многое. Но помимо этого на производительность и энергоэффективность процессора напрямую влияет еще однин не менее важный параметр — технологический процесс.
Сегодня мы расскажем о том, что понимается под техпроцессом, и развеем несколько ошибочных мифов, связанных с этим понятием. Но для лучшего понимания ситуации стоит начать немного издалека.
Будет ли темп ускоряться?
Несмотря на свою зависимость от 14 н ано м етров, Intel не оставляет попытки полного перехода на 10 нм .
Как сообщал CNews , в начале октября 2020 г. она наконец-то запустила свой 10-ти нанометровый завод Fab 42 в Аризоне (США), на строительство которого ей потребовалось почти 10 лет .
Новая фабрика рассчитана на производство продуктов 10 нм второго и третьего поколений, самых актуальных для Intel на октябрь 2020 г .
Ко второму поколению относятся процессоры линеек Ice Lake-U, Ice Lake-SP, Elkhart Lake и Snow Ridge, тогда как третье поколение – это Tiger Lake-U и Tiger Lake-H, дебютировавшие в сентябре 2020
На отчетной конференции Роберт Свон , не обошел вниманием проблемы компании с суперсовременным (для нее) 7-ми н ано м етровым техпроцессом. Еще в июле 2020 г. в компании официально признали, что ее новых чипов с нормами 7 нм не будет еще как минимум два-три года. Сразу за этим последовало увольнение главы ключевого технологического подразделения Intel Мерти Рендучинтала ( Murthy Renduchintala ) из компании, а 24 июля 2020 г. из-за задержки с новым техпроцессом стоимость акций Intel рухнула более чем на 10%
Ну еще у Intel были какие-то проблемы с освоением 7нм техпроцесса, о которых Intel не говорила конкретно, но главное - она их решила и глава компании заявил: «Мы все исправили и достигли чудесного прогресса» (we've deployed the fix and made wonderful progress)
Хотя ожидать 7нм техпроцесс от Intel не стоит в ближайшие пару лет, так что, доживем до 2023, как минимум, а затем посмотрим. И будем наблюдать 10нм+ и ++, даже если их сильно будет прижимать конкурент.
Алчность и большие затраты на 10нм
Глава компании Intel Роберт Свон ( Robert Swan ) официально подтвердил ее- Intel зависимость от морально устаревшего 14-ти нанометрового техпроцесса. С его слов: - Intel будет делать ставку именно на него еще как минимум год. Как вам там с новыми i7 и i9, которые вероятнее всего просто получат прирост частот, при этом кипятиться будут больше? Тем временем, компания AMD , основной конкурент Intel в сегменте процессоров, начала подготовку к переходу на 5 нм . А судя по нынешним данным, о " финальных " 7нм , у Zen3 , прирост должен быть существенным и в играх проявить себя, процессоры должны по-новому, отсекая сравнения с 10400 , и тем, что ниже, вероятнее, даже 10600K , будет не таким радужным, рядом с 5600(X) , но поживем-увидим. Главным преимуществом будет завоз всей 400-ой логики (чипсетов), от всех вендоров, но мы не об этом.
В рамках квартальной отчетной конференции Intel Роберт Свон сообщил, компании напрямую выгоден 14-ти нанометровый техпроцесс, поскольку именно он позволяет компании сокращать свои расходы на производство чипов ( Intel , в отличие от AMD , обладает своими фабриками). Свон подчеркнул, что оборудование по выпуску микросхем по 14-ти нанометровым нормам, давно окупилось, в отличие от 10-ти нм , на которые Intel пытается перейти с августа 2019 г , хотя обещания о новом техпроцессе были еще раньше.
Сообщив о минимальных расходах на производство чипов по 14-ти нанометровой технологии, Роберт Свон сделал 10 нм « главным злодеем ». По его словам, новые производственные линии еще не окупили всех вложений.
Внимание, вопрос: Как 10нм могли бы хотя бы теоретически успеть окупиться, если их толком не было?
Самое забавное, пока глава компании верит в 14нм техпроцесс, то финансовые результаты должны говорить об обратном.
Способность 14 нм приносить Intel деньги привела к тому, что большая часть процессоров, которые она намерена произвести в 2021 г ., будет выпушена именно по этим нормам. Точные процентные соотношения Роберт Свон называть не стал. (Видимо чтобы сильно не огорчать)
Проблемы Intel с переходом на 10 нм в некотором роде повторяют трудности, с которыми компания столкнулась при развертывании 14-ти нанометрового производства.
Выпуск чипов на 14нм техпроцессе, был запланирован на 2013 г. – начале 2014 г., но в итоге все пришлось сдвинуть на год вперед. Таким образом, Intel распространяет 14-ти нанометровые чипы с I квартала 2015 г.
Тема статьи:
В 2021 г. почти все свои процессоры Intel выпустит с использованием старой 14-нанометровой топологии. Она не спешит с полным переходом на 10 нм, поскольку этот техпроцесс выкачивает из нее деньги, тогда как 14 нм уже давно окупился и приносит прибыль.
Читайте также: