Новейшая модель процессора и представьте информацию об этом устройстве
Информация о процессоре компьютера, его значении, технологии изготовления, а также о характеристиках, которые необходимо учитывать при его выборе и приобретении.
Apple M1X и Apple M2
Успех процессоров М1 привлек внимание к технологии SoC. От Apple ждут продолжения и раскрытия новой линейки в 2022 году. Чипы M1X могут получить 10 ядер. Здесь применяется гибридная модель big.LITTLE. Они делятся по уровню производительности, но в случае этих процессоров от Apple высокопроизводительными будут 8 ядер из 10. Для графической составляющей также может возрасти число ядер. Тип микроархитектуры останется тем же, но количество памяти и ядер возрастет.
M2, вероятно, будет уступать по производительности чипу М1Х. Лэптопы на его основе могут получить пассивное охлаждение, что говорит о небольшом тепловыделении. Чипы будут применяться в Macbook. При этом для серии Air разработан энергоэффективный M2, а для Pro доработан и усилен M1X. Выход последнего запланирован на 4 квартал 2021 года, а М2 увидит свет в первом квартале 2022.
В 2022 году продолжится противостояние Intel и AMD, в которое при этом могут вклиниться и процессоры Arm. Обе компании сделали шаг вперед. У Intel продвижение в техпроцессе и новый вариант архитектуры. AMD также сокращает размер транзисторов, но значительных изменений в схеме ядер здесь нет. Arm архитектура наращивает мощность и движется в светлое будущее. А компания Apple порадует фанатов новыми устройствами с новыми чипами.
Вам могут быть полезны статьи о других компьютерных комплектующих и технике:
А что там насчет М1?
Совсем недавно в сети появилась информация о том, что чипы M1 Max ранее были не полостью описаны Apple — компания скрыла часть информации. Скорее всего потому, что эти данные явно указывают на возможность выпуска комбинированных чипов. У M1 Max есть интерфейс для связи кристаллов. Об этом специалисты говорили и ранее, но сейчас появились доказательства.
Энтузиасты вскрыли первые MacBook Pro с M1 Max и опубликовали снимки процессоров. Именно на фотографиях и становится заметен интерфейс, о котором идет речь. При помощи такого же интерфейса компания AMD связывает кристаллы Graphics Compute Die (GCD) на ускорителях Radeon Instinct MI250. Компания использует MCM или дизайн чиплетов для процессоров, содержащих до восьми кристаллов CCX, каждый с восемью ядрами Zen.
Зачем все это? Apple без особых проблем может соединять процессоры вместе, получая все более производительные системы. Это хорошо видно на иллюстрациях от одного из специалистов, который занимается изучением процессоров корпорации. Вероятно, в будущем компания Apple будет выпускать новые системы на комплексах из нескольких процессоров. Конечно, это только догадки, но достаточно аргументированные — насколько можно понять, все изложенное выше соответствует действительности.
Сколько хоронили закон Мура, а он продолжает работать. Даже сейчас, на фоне острого дефицита микросхем.
Планы Intel, AMD, Apple и производителей ARM следующего поколения говорят, что мы на пороге небольшой технологической революции. Транзисторы с круговым затвором, техпроцесс 2 нм, 3D-компоновка, квантовые технологии — вот планы производства микросхем на ближайшие годы. Впрочем, обо всём по порядку.
EPYC Milan-X от AMD
Компания AMD анонсировала новые серверные процессоры с кодовым названием Milan-X. Это продолжение серии EPYC 7003 (Milan), которая была представлена весной этого года. Процессоры «заточены» под высокопроизводительные вычисления. Главное отличие новой модели — увеличенный объем кэш-памяти.
Новые процессоры будут совместимыми с SP3-платформами для Milan. Собственно, пока это все, что известно о новых процессорах. Ни частоту работы ядра, ни другие технические характеристики компания не приводит. Известно еще, что на каждое ядро Zen3 приходится по 32 Кбайт L1-кеша для инструкций и данных + 512 Кбайт L2-кеша.
Основные характеристики процессора
• Количество вычислительных ядер.
Многоядерные процессоры – это процессоры, содержащие на одном процессорном кристалле или в одном корпусе два и более вычислительных ядра. Все современные процессоры являются многоядерными.
Эффективность вычислительных ядер разных архитектур заметно отличается. Но если сравнивать процессоры одной архитектуры, чем их (ядер) больше, тем процессор производительнее.
• Количество потоков.
Чем больше потоков – тем лучше. Количество потоков не всегда совпадает с количеством ядер процессора. Например, благодаря технологиям Hyper-Threading (у Intel) и Simultaneous MultiThreading (у AMD), 4-ядерный процессор может работать в 8 потоков и во многом опережать 6-тиядерных конкурентов.
• Размер кеша 2 и 3 уровней.
Кеш - это очень быстрая внутренняя память процессора, которая используется им как буфер для временного хранения информации, обрабатываемой в конкретный момент времени. Подробнее об этом можно узнать здесь. Чем кеш больше – тем лучше.
Структура не всех современных процессоров предусматривает наличие кеша 3 уровня, хотя критичным моментом это не является. Так, по результатам многих тестов производительность процессоров Intel Core 2 Quadro, выпускавшихся с 2007 г. по 2011 г. и не имеющих кеша 3 уровня, даже сейчас выглядит достойно. Правда, кеш 2 уровня у них достаточно большой.
• Частота процессора.
Здесь все просто – чем выше частота процессора, тем он производительнее. Но это справедливо, если речь идет о процессорах одной архитектуры. Этот показатель отображает количество операций (тактов), осуществляемых процессором за единицу времени. Однако, процессор с более совершенной архитектурой за один такт обрабатывает больше информации. Как результат, новый низкочастотный процессор может оказаться значительно быстрее старого высокочастотного.
• Техпроцесс.
Понятие техпроцесса рассматривалось в предыдущем пункте этой статьи. Чем тоньше используемый техпроцесс, тем больше процессор может содержать транзисторов, меньше потребляет электроэнергии и меньше греется. От техпроцесса во многом зависит еще одна важная характеристика процессора - TDP.
Termal Design Point - показатель, отображающий энергопотребление процессора, а также количество тепла, выделяемого им в процессе работы. Единицы измерения - Ватты (Вт). TDP зависит от многих факторов, среди которых главными являются количество ядер, техпроцесс изготовления и частота работы процессора.
Кроме прочих преимуществ, "холодные" процессоры (с TDP до 100 Вт) лучше поддаются "разгону", когда пользователь изменяет некоторые настройки системы, вследствие чего увеличивается частота процессора. Разгон позволяет без дополнительных финансовых вложений увеличить производительность процессора (идогда на целых 20-25 %), но это уже отдельная тема.
В то же время, проблему с высоким TDP всегда можно решить приобретением эффективной системы охлаждения (см. последний пункт этой статьи).
• Наличие и производительность видеоядра.
Помимо вычислительных ядер, производители часто включают в состав процессоров еще и ядра графические. Такие процессоры, кроме решения своих основных задач, могут выполнять роль видеокарты. Возможностей некоторых из них вполне достаточно для игры в компьютерные игры, не говоря уже о просмотре фильмов, работе с текстом и решении остальных задач.
Если видеоигры - не главное предназначение компьютера, процессор со встроенным графическим ядром позволит сэкономить на приобретении отдельного графического адаптера.
• Тип и максимальная скорость поддерживаемой оперативной памяти.
Эти характеристики процессора необходимо учитывать при выборе оперативной памяти, с которой он будет использоваться. Нет смысла переплачивать за быстрые модули ОЗУ, если процессор не сможет реализовать все их преимущества.
Квантовая электроника
На конференции IEDM 2021 была представлена первая в мире экспериментальная реализация магнитоэлектрического спин-орбитального логического устройства (MESO) при комнатной температуре. Эксперименты в этой области могут привести к созданию нового типа транзистора, основанного на переключении нанометровых магнитов.
MESO
Мы видим электронику, в которой уже используются законы квантовой физики.
Российские Baikal-S
Это тоже ARM-процессоры, сейчас — производителю удалось выпустить первую партию чипов. Правда, не для общего использования — процессоры, о которых идет речь, являются инженерными образцами. Готовы для них и инженерные платы. Baikal-S, изготавливаемый по 16-нм техпроцессу на TSMC, имеет 48 ядер Arm Cortex-A75. Архитектура здесь ARMv8.2-A, впервые о ней стало известно в 2017 году. Частота работы ядра процессора — до 2,2 ГГц, а уровень TDP равен 120 Вт.
У новинки есть поддержка аппаратной виртуализации, Arm TrustZone, плюс процессор позволяет создавать четырёхсокетные платформы. В итоге процессор можно использовать в традиционных серверах, СХД, HCI- и HPC-системах.
Система охлаждения процессора
Процессор нуждается в надлежащем охлаждении, иначе он может выйти из строя.
Как уже упоминалось выше, верхняя поверхность процессора представляет собой металлическую коробку, выполняющую, кроме защитных, еще и теплоотводные функции. Поверх процессора на материнской плате устанавливается система охлаждения. Ее теплоотводные элементы должны плотно прижиматься к поверхности процессора.
Для улучшения передачи тепла с процессора на радиатор системы охлаждения, между ними прокладывается слой термопасты – специального пастообразного вещества с высокой теплопроводностью.
При подборе системы охлаждения процессора нужно учитывать его TDP (рассматривалось выше в пункте о характеристиках процессора).
Процессоры обычно продаются в комплекте со штатной системой охлаждения. Но иногда ее эффективности не достаточно (например, если был произведен разгон и частота процессора, а следственно и его TDP, возросла). В таком случае можно отдельно приобрести более мощную систему охлаждения.
Нормальная температура работы процессора - до 50 градусов Цельсия (при пиковых нагрузках возможно чуть больше). Но от модели к модели она может отличаться. Средства измерения температуры встроены в центральный процессор. При помощи специальных программ температуру можно отслеживать в режиме реального времени (например, программой SpeedFan).
Современный процессор устроен так, что при достижении им критичной температуры он отключается и не включается, пока не остынет. Это позволяет предупредить его повреждение под воздействием высокой температуры.
Перегрев возможен вследствие низкой эффективности системы охлаждения, выхода ее из строя, засорения пылью, пересыхания термопасты и др.
НАПИСАТЬ АВТОРУ
Процесс выхода на рынок новых процессоров явно ускорился — буквально каждый месяц на рынке появляются новые и новые чипы. Сейчас стали известны подробности сразу о нескольких новых чипах, включая как зарубежных, так и отечественных производителей. Среди этих подробностей — интересная особенность уже вроде как изученных процессоров М1 от Apple, о которых мы писали не так давно.
Что такое сокет
Важным моментом, который нужно учитывать при выборе процессора, является то, для установки в сокет какого типа он предназначен.
Сокет (socket, разъем центрального процессора) – это щелевой или гнездовой разъём на материнской плате, в который устанавливается процессор. Каждый процессор можно установить только на материнскую плату с подходящим разъемом, имеющим соответствующие размеры, необходимое количество и структуру контактных элементов.
Каждый новый сокет разрабатывается производителями процессоров, когда возможности старых разъемов уже не могут обеспечить нормальную работу новых изделий. Для процессоров Intel длительное время использовался сокет LGA775 (процессоры Pentium 4, Pentium D, Celeron D, Pentium EE, Core 2 Duo, Core 2 Extreme, Celeron, Xeon серии 3000, Core 2 Quad). Затем были введены сокеты LGA1366, LGA1156, LGA1155 (процессоры i7, i5, i3) и др. Разъемы для процессоров от AMD за последние десятилетия также изменились - AM2, AM2+, AM3, AM4 и т.д. О более ранних сокетах, думаю, смысла вспоминать нет, поскольку компьютеры на их основе – уже раритет.
Важно. Если вы задумали модернизировать старый компьютер путем приобретения более производительного процессора, убедитесь, что по сокету он подойдет к вашей старой материнской плате. Иначе однозначно придется менять и ее. Но даже если по сокету процессор подходит, не факт что материнская плата будет с ним работать. Большое значение имеет также системная логика материнской платы ("чипсет"). Нужно убедиться, что он поддерживает процессоры с такой архитектурой. Подробнее о разъеме центрального процессора и соответствующих чипсетах материнских плат можно узнать здесь.
Intel Core 12-го поколения
На конец 2021 запланирован выход новых процессоров из серии Alder Lake. Они смогут работать с оперативной памятью DDR4 или DDR5. Все модели из серии способны использовать до 128 Гб RAM. Здесь появляется поддержка новых стандартов. Процессор будет использовать PCI-E 5.0 или 4.0, а также включена поддержка технологий WiFi 6Е и Thunderbolt 4. Тип сокета – LGA1700. В качестве графического ядра здесь будет использована UHD Graphics 770.
В качестве нововведения компания начала использовать термины P-core и E-core. Процессор разделен на два кластера. В одной части расположены высокопроизводительные ядра, в другой энергоэффективные. Такая схема применяется в Arm архитектуре, но компания Intel использует подобный подход впервые. Разница между типами ядер значительна, так энергоэффективные Gracemont уступают по частотам и не используют Hyper-Threading. Для распределения задач компания разработала технологию Thread Director.
i5 | i7 | i9 | |
---|---|---|---|
Базовая частота P-core, ГГц | 3.7 | 3.6 | 3.2 |
Базовая частота E-core, ГГц | 2.8 | 2.7 | 2.4 |
Максимальная частота в турбо режиме, ГГц | 4.9 | 5.0 | 5.2 |
Максимальная частота Е-core, ГГц | 3.6 | 3.8 | 3.9 |
Количество ядер | 10 | 12 | 16 |
Количество потоков | 16 | 20 | 24 |
Объем кэш памяти, Мб | 20 | 25 | 30 |
Прирост производительности обещан на 20%, когда работает один поток, и в два раза при использовании многопоточного режима по сравнению с предыдущим поколением процессоров от Intel. Техпроцесс изменился, он теперь равен 10 нм. Модели с топовыми характеристиками также потребуют хорошего охлаждения. На базовой частоте они выдают до 125 Вт тепловой энергии, при использовании турбо режима этот показатель может вырасти почти в два раза.
Amazon Graviton3
На днях компания Amazon представила свой новый ARM-процессор Graviton3, который был необходим самой компании для нужд ряда сервисов. Как оказалось, процессор сразу по нескольким параметрам лучше, чем чипы других производителей, включая EPYC и Xeon. Похоже на то, что у вендоров появился новый серьёзный конкурент.
Процессор, о котором идет речь, является массовым чипом, который у Amazon закупили многие компании. Пока что он работает лишь в серверах избранных клиентов, но вскоре станет доступен вообще всем.
В чем его достоинства? Процессор поддерживает DDR5 и PCIe 5.0. Он выполнен по 5-нм техпроцессу, что само по себе примечательно. Содержит он свыше 55 млрд транзисторов. Для того, чтобы производство таких чипов было дешевле, разработчики предусмотрели BGA-корпусировку. Чиплетная корпусировка здесь состоит из семи отдельных кристаллов. PCIe-контроллеры и двухканальные контроллеры DDR5 вынесены за пределы процессора.
Длина каналов около 55 мкм, что в два раза меньше, чем у чипов большинства других производителей. По словам экспертов, необычно короткая длина каналов важна для повышения энергоэффективности чипов и оборудования в целом. Общее энергоптребление в итоге составляет 100 Вт.
Новый флагман от Intel
Несмотря на то, что компания Intel выпустила на рынок еще не все процессоры семейства Alder Lake (Core 12), на днях стало известно о новом флагмане этой компании. Он получил название Raptor Lake. Правда, появится чип не скоро, его выход на рынок планируется примерно на конец следующего года. От Alder Lake новый процессор отличается большим количеством ядер и более высокой частоты их работы.
Что касается количества ядер, то в новинке их сразу 24: 8 больших ядер и 16 малых. Что касается первых, то это Raptor Cove, вторые — Gracemont. Многопоточность поддерживают только большие ядра, процессор в итоге дает возможность выполнять сразу 32 потока одновременно. Процессор уже протестирован — на платформе c DDR5, при этом, насколько известно, он будет поддерживать и DDR4, так что у пользователей всегда будет возможность выбора вида памяти. Стоимость и точные сроки выхода процессора в пролажу неизвестны.
Известно только, что техпроцесс и сокет останутся теми же, что и у предыдущего поколения. Здесь пока радикальных изменений не предвидится.
Содержание:
Понятие архитектуры, ядра, ревизии процессора
Процессоры прошли сложную эволюцию и сейчас продолжают развиваться. Производители совершенствуют не только техпроцесс изготовления, но и внутреннюю их структуру. Каждое новое поколение процессоров отличается от предыдущего строением, количеством и характеристиками входящих в их состав элементов.
Процессоры, в которых используются те же базовые принципы строения, называют процессорами одной архитектуры, а эти принципы - архитектурой (микроархитектурой) процессора.
В пределах одной архитектуры процессоры могут существенно отличаться - частотами системной шины, техпроцессом изготовления, размером и структурой внутренней памяти и некоторыми другими особенностями. О таких процессорах говорят, что они имеют разные ядра.
В рамках доработки одного ядра производители могут делать небольшие изменения с целью устранения мелких недочетов. Такие усовершенствования, которые "не тянут" на звание самостоятельных ядер, называют ревизиями.
Архитектурам, ядрам и ревизиям разработчики дают определенные названия. Например, компания Intel архитектурам и ядрам присваивает определенные имена, а их ревизиям – цифробуквенные обозначения. Так, все модели Intel Core 2 Duo являются процессорами микроархитектуры Intel Core и производились с ядрами Allendale, Conroe, Merom, Kentsfield, Wolfdale, Yorkfield. У каждого из этих ядер были еще и разные ревизии.
Что такое процессор и как он устроен
Центральный процессор (микропроцессор, центральное процессорное устройство, CPU, разг. – "проц", "камень") – сложная микросхема, являющаяся главной составной частью любого компьютера. Именно это устройство осуществляет обработку информации, выполняет команды пользователя и руководит другими частями компьютера.
Уже много лет основными производителями процессоров являются американские компании Intel и AMD (Advanced Micro Devices). Есть, конечно, и другие производители, но до уровня указанных лидеров им далеко.
Intel и AMD постоянно борются за первенство в изготовлении все более производительных и доступных процессоров, вкладывая в разработки огромные средства и много сил. Их конкуренция - важный фактор, содействующий быстрому развитию этой отрасли.
Внешне центральный процессор не представляет собой ничего выдающегося – небольшая прямоугольная плата с множеством контактов с одной стороны и плоской металлической коробочкой с другой. Но внутри этой коробочки хранится сложнейшая микроструктура из миллионов транзисторов.
Настольные процессоры Core 13-го поколения
Ближе к концу 2022 года стоит ожидать процессоров с кодовым именем Raptor-Lake. Intel продолжит развивать новый вариант архитектуры с сочетанием разных типов ядер. При этом количество энергоэффективных возрастет по сравнению с 12 поколением. Улучшения Raptor-Lake по сравнению с Alder Lake:
- частота в турбо режиме до 5.5 ГГц;
- до 36 Мб кэш-памяти;
- в два раза больше энергоэффективных ядер;
- количество производительных ядер останется неизменным, но они выдут с обновленной микроархитектурой.
Известно, что сокет и техпроцесс не изменяться. Для Raptor-Lake также подойдут платы с LGA1700. TDP на базовых частотах останутся теми же, но в случае использования турбо режима небольшое увеличение тепловыделения будет. Больше подробностей можно будет узнать в течение года.
Как изготавливают процессоры. Что такое техпроцесс.
Основным материалом при производстве процессоров является самый обычный песок, а точнее сказать кремний, коего в составе земной коры около 30%. Из очищенного кремния сначала изготавливают большой монокристалл цилиндрической формы, который разрезают на "блины" толщиной около 1 мм.
Затем с использованием технологии фотолитографии в них создаются полупроводниковые структуры будущих процессоров.
Фотолитография чем-то напоминает еще не полностью забытый процесс печати фотографий с пленки, когда свет, проходя через негатив, действует на поверхность фотобумаги и проецирует на ней изображение.
При изготовлении процессоров своеобразной фотобумагой выступают упомянутые выше кремниевые "блины". Роль света играют ионы бора, разогнанные до огромной скорости высоковольтным ускорителем. Они пропускаются через специальные "трафареты" - системы высокоточных линз и зеркал, вкрапливаются в кремний и создают в нем микроскопическую структуру из множества транзисторов.
Сегодняшние технологии позволяют создавать транзисторы размером всего 5-6 нанометров (толщина человеческого волоса около 50000 нм). Со временем техпроцесс изготовления процессоров станет еще совершеннее. По прогнозам, транзисторы уменьшатся как минимум до 3 нм.
Чем тоньше техпроцесс – тем больше транзисторов можно поместить в один процессор, тем он будет производительнее и энергоэффективнее.
Созданная таким образом полупроводниковая структура вырезается из кварцевого "блина" и помещается на текстолит. На обратную его сторону выводятся контакты для обеспечения подсоединения к материнской плате. Сверху кристал защищается от повреждения металлической крышкой (см. рис. выше).
Для чего нужна высокая производительность
Дополнительная вычислительная мощность понадобится и на ПК, и на смартфонах. И не только для кривого и тормозного софта, но и для реально сложных вычислительных задач.
Например, сейчас разработаны лингвистические системы нового поколения на больших языковых моделях (LLM), такие как LaMDA (Language Model for Dialogue Applications), BERT и GPT-3. Некоторые даже считают их прорывом в исследованиях сильного ИИ.
Эти модели поддерживают полноценный диалог с человеком на любые темы, но требуют огромных вычислительных ресурсов. Сейчас поговорить LaMDA можно только на суперкомпьютере, такая возможность есть у редких исследователей.
Мощные CPU нового поколения, а также инновации в многоуровневой упаковке микросхем памяти DDR5 (в продаже уже появились модули DDR5 на 96 ГБ) дают надежду, что в будущем упрощённая модель LaMDA сможет жить на обычном домашнем ПК или смартфоне.
Или посмотрим на ситуацию с другой стороны. Микросхемы с той же производительностью будут потреблять в несколько раз меньше энергии. Это позволит выпускать ноутбуки, смартфоны и другие устройства, которые работают от батарейки несколько дней и недель. К сожалению, в реальности такое обычно не происходит из-за парадокса Джевонса: повышение эффективности использования ресурса ведёт не к уменьшению, а к увеличению его потребления. Получается, чем энергоэффективнее микросхемы, тем больше ёмкость аккумулятора.
AMD Ryzen 6000
Большая часть информации является слухами, и поэтому сильно различается. Пользователь твиттер Юрий Бублий, которого можно найти по нику “1usmus”, говорит о возможном выходе в конце января следующего года. Процессор получит усовершенствованную архитектуру Zen 3+. В этом случае можно рассчитывать, что новая модель станет ответом на гибридную архитектуру предложенную компанией конкурентом Intel. Подтверждений достоверности информации получено не было.
По другим сведениям процессор Ryzen 6000 выйдет позже и будет использовать Zen 4. Он будет использовать новый сокет, а частота возрастет до 5 ГГц. Но до официального анонса компании все это остается только слухами.
Точную информацию стоит ждать от представителей компании. Дата премьеры пока неизвестна.
Процессор получит название Rembrand. Будут выпущены более энергоэффективные модели для ноутбуков с маркировкой U и производительные варианты для настольных систем с обозначением H.
AMD Zen 4
Новые процессоры AMD 2022 года перейдут на новую архитектуру Zen 4. Главное изменения, которого ждут все – это уменьшение техпроцесса до 5 нм. Если не произойдет изменений в планах компании, то новый дизайн пользователи увидят уже в первой половине года.
По данным пользователя Broly_X1 появление процессоров на новой архитектуре стоит ждать ближе к 4 кварталу 2022 года, а анонс произойдет осенью. По данным “Moore’s Law is Dead” Zen 4 увидит свет в третьем квартале следующего года. Инсайды не всегда попадают в цель. Точную информацию, как всегда, стоит ждать от представителей AMD.
Основные изменения для процессоров использующих Zen 4:
- уменьшение техпроцесса;
- переход на новый сокет;
- прирост PCI и поддержка 4 версии этой технологии;
- поддержка DDR5.
Помимо новой архитектуры пользователи смогут увидеть и новый сокет. Долгоживущий AM4 постепенно отходит от дел. Zen 4 будет использовать AM5 построенный по принципу LGA, что отличает этот разъем от предшественников. До этого момента компания использовала PGA сокеты для настольных систем.
2025 год
Таким образом, к 2025 году все ведущие производители должны наладить производство CPU по техпроцессу 2 нм на транзисторах с круговым затвором. Это означает значительное повышение количества транзисторов на единицу площади кристалла. Процессоры нового поколения будут значительно мощнее существующих и гораздо энергоэффективнее. Десятки новых заводов помогут удовлетворить растущий спрос.
Если же спрос на микросхемы окажется ниже прогнозов, то возможен кризис перепроизводства с катастрофическим обвалом цен на комплектующие, как уже неоднократно происходило раньше.
Итак, это случилось. После периода ожиданий, утечек и предположений Intel представила свои процессоры 11 поколения. Первыми по традиции анонсированы модели для мобильных и ультра-мобильных устройств (в предыдущих поколениях они имели индексы U и Y). Теперь подход к именованию изменился, и не только он. Вместе с процессорами представлен и новый их логотип. Это, между прочим, тоже событие: за 50-летнюю историю Intel ребрендинг происходит всего лишь второй раз. Новые эмблемы получат и другие продукты компании, ну а мы сейчас сосредоточимся на процессорах. Давайте по горячим следам посмотрим, что же в них нового.
Прошел всего лишь год с момента старта десятого поколения процессоров Intel, и вот перед нами уже следующее. И не просто с индексом, на единицу большим, а имеющее ряд новшеств и преимуществ. Перечислим основные из них.
- Новый техпроцесс Intel SuperFin — о нем мы уже рассказывали ранее;
- Новая графика Intel Xe — до 96 улучшенных исполнительных элементов;
- Видеоадаптер обеспечивает работу 8k60 12b HDR монитора, либо до четырех дисплеев 4k60 HDR одновременно;
- Новый контроллер памяти — поддержка памяти DDR4-3200 и LPDDR4x-4266;
- Встроенный контроллер Thunderbolt 4 (4 x DP/USB) — производительность порта до 40 Гбит/c;
- Встроенный адаптер PCIe 4.0 — 4 линии для подключения хранилища или ускорителей;
- Расширенные возможности AI — Intel GNA 2.0 (Intel Gaussian & Neural Accelerator), специализированный вычислительный элемент, поддержка INT8 на графических ядрах;
- Аппаратная поддержка Dolby Vision и AV1;
- Image Processing Unit (IPU6) — обработка видео до 4k30, изображений с разрешением до 27 МПикс.
Внешний вид кристалла Tiger Lake
А вот они, новые с иголочки процессоры, во всей их красе.
Рассмотрим табличку повнимательнее. Линейка разделена на две части: модели, оканчивающиеся на 0, имеют диапазон потребления 7-15 Вт; модели с 5 в конце — 12-28 Вт (аналог Y и U соответственно). Что означает эта вилка? То, что производители устройств исходя из позиционирования, ценовой категории, возможностей системы охлаждения смогут выбрать оптимальный для себя режим работы процессора.
Обратите внимание, что вариантов мощности графики стало больше: от максимальной — 96 исполнительных элементов через промежуточную 80 EU до минимальной 48 EU. Базовая частота CPU также стала выше — она соответствует верхней отметке значения TDP.
Все процессоры поддерживают низковольтную память LPDDR4x, максимальная частота для топовых 5-моделей и всех 0-моделей — 4266 МГц, для остальных 5-моделей — 3733 МГц. Процессоры из верхней части таблицы работают также с памятью DDR4-3200.
Каждый год компании выпускают новые поколения процессоров. Пользователи с нетерпением ждут объявления новых технологий. Также интересно наблюдать противостояние гигантов в сфере разработки архитектуры или улучшения производительности. Процессоры 2022 года могут порадовать пользователей разных устройств. Мощные варианты выйдут для ПК и смартфонов, а в для лэптопов конкуренция между разными типами архитектур станет еще острее.
Прорыв IBM и Samsung
На самом деле в презентации IBM речь идёт о другой разновидности GAAFET, которая здесь называется VTFET (Vertical Transport Field Effect Transistors). Но суть прежняя: это те же самые транзисторы с круговым затвором, за которыми вся индустрия признала будущее микросхем.
Транзистор VTFET, графика: Samsung
Впрочем, у IBM есть и уникальная инновация. Большинство GAAFET строятся горизонтально и требуют большого количества технологических шагов. Для формирования самих затворов «по всему периметру» требуется около сотни дополнительных шагов. Несмотря на впечатляющие технические характеристики, затраты слишком высоки.
VTFET
VTFET гораздо лучше поддаётся современным технологиям производства, поскольку здесь устройство как бы повёрнуто набок. Тот же самый GAA, но боком, что избавляет от трудностей анизотропного травления. Сформировать плоское кольцо легко и просто с помощью современных процессов, уверяют разработчики.
Суммируя всё вышесказанное, вот таблица максимальной плотности транзисторов по разным техпроцессам у четырёх крупнейших производителей, включая недавно представленные микросхемы 2 нм от IBM.
Максимальная плотность транзисторов (млн транзисторов на мм 2 ) | ||||
IBM | TSMC | Intel | Samsung | |
22 нм | 16,50 | |||
16/14 нм | 28,88 | 44,67 | 33,32 | |
10 нм | 52,51 | 100,76 | 51,82 | |
7 нм | 91,20 | 100,76 | 95,08 | |
5/4 нм | 171,30 | ~200 | 126,89 | |
3 нм | 292,21 | |||
2 нм / 20A | 333,33 |
AMD напугала Intel
Интересные события происходят в разработке процессорных архитектур. Компания AMD благодаря революционной микроархитектуре Zen выдала несколько рекордных лет. В 2021 году на десктопах она ненадолго даже опередила Intel, впервые с 2006 года.
AMD стала реальным технологическим лидером, у которого реально лучшие микросхемы по всем параметрам: производительность, энергоэффективность и цена.
Но во второй половине года Intel попыталась выровнять ситуацию, выпустив 12-е поколение Alder Lake по техпроцессу Intel 7 (бывший 10ESF) с поддержкой DDR5 и предложив большие скидки на процессоры предыдущих поколений.
Нас ждёт очень интересный 2022 год. Возможно, AMD представит процессоры на архитектуре Zen 4 (платформа AM5, техпроцесс TSMC N5) с поддержкой DDR5 и PCIe Gen5. По предварительным оценкам они будут на 25–40% быстрее нынешнего поколения на той же тактовой частоте.
AMD запланировала мероприятие 4 января 2022 года на выставке CES с презентацией технологии 3D V-Cache и процессоров, которые должны стать достойным ответом Alder Lake.
В то же время Intel дополнит линейку 12-го поколения, в том числе выпустит топовый Core i9-12900KS c частотой 5,2 ГГц на всех ядрах.
Транзисторы с круговым затвором
Типы транзисторов
На отраслевой конференции IEDM 2021 компания Intel поделилась планами на ближайшую пятилетку. Она рассчитывает на фундаментальные технологические прорывы в следующих областях:
- Упаковка микросхем с 10-кратным повышением плотности межсоединений.
- Увеличение плотности размещения транзисторов в CMOS на 30–50%.
- Первые в мире переключатели на основе GaN (нитрид галлия).
- Новые концепции в физике, которые могут произвести революцию в вычислительной технике.
Как показано на слайде, современные технологические процессы используют полевые транзисторы с вертикальным затвором (FinFET). Сейчас происходит переход с технологии компоновки межсоединений EMIB (2.5 D) на Foveros Direct HBI (3D).
Технология трёхмерной компоновки Foveros Direct позволяет уменьшить шаг контактных площадок до 10 микрон, что сильно увеличивает плотность межсоединений.
Foveros Direct
Дальнейшее уменьшение технологических норм и размеров компонентов на техпроцессе 2 нм предусматривает внедрение транзисторов c круговым затвором — GAAFET (Gate All Around).
В таком же направлении двигаются и другие разработчики микроэлектроники. Недавно компания Samsung тоже анонсировала транзисторы GAAFET и внедрение техпроцесса 2 нм.
Свои транзисторы с круговым затвором Samsung обозначает аббревиатурой MBCFET (multi-bridge channel FET). Первое поколение будет производиться по нормам 3 нм.
TSMC переходит на 2 нм в 2025 году одновременно с Samsung и Intel.
Наконец, IBM и Samsung тоже недавно заявили о «революционной разработке» и планах преодолеть барьер 1 нм.
Новые фабрики, конец дефицита
По прогнозам, спрос на микроэлектронику будет расти экспоненциально. К 2025 году рынок вырастет с $0,5 млрд до $2 млрд.
В текущем году производители инвестируют в строительство и оборудование $152 млрд (+34% к прошлому). Лидеры по инвестициям — Intel ($19 млрд), контрактные фабрики TSMC, Samsung Foundry и GlobalFoundries. TSMC готовится к переходу на техпроцесс N3 (3 нм) в 2023 году, а затем N2, что требует нового оборудования и новых заводов.
Инвестиции в производство DRAM по итогу года составят $24 млрд, в производство NAND — $27,9 млрд.
В следующем году сильно вырастет производство микропроцессоров, чипов памяти, логических и аналоговых интегральных схем. Главное для бизнеса — не перестараться и в погоне за прибылью не построить лишние производственные мощности.
ARM наступает
Процессоры на архитектуре ARM традиционно доминировали на рынке смартфонов, но постепенно находят применение и в настольных компьютерах, и в серверах.
Особенно стоит выделить SoC Apple M1 Pro и M1 Max.
На массовый рынок выходят также производители вроде Qualcomm, которая недавно выпустила десктопный процессор Snapdragon 8cx Gen 3 (5 нм). По объёму вычислений на ватт в некоторых задачах он на 60% эффективнее процессоров x86 в тестах Geekbench 5.
Сейчас вычисления на серверах ARM зачастую обходятся дешевле, чем на x86. Можно предположить, что в ближайшие годы тенденция перехода на ARM продолжится, особенно на серверах.
Оперативная память
Активные исследования идут также в области микросхем DRAM. Например, Intel сейчас тестирует память нового типа FeRAM с задержками чтения/записи 2 нс. Судя по фотографиям уже есть готовые экспериментальные образцы.
FeRAM
FeRAM (Ferroelectric RAM) работает на другой физике, по сравнению с существующими чипами памяти. Если вкратце, принцип работы FeRAM основан на эффекте гистерезиса в сегнетоэлектрике: в электрическом поле ячейка меняет свою поляризацию, переходя на другой участок петли гистерезиса. Подробнее читай в статье на Хабре.
Kirin 9006C из Китая
Китайцы, похоже, впереди планеты всей по скорости импортозамещения производства процессоров. Дело в том, что они не просто выпустили без особых фанфар 5-нм процессор, который получил название Kirin 9006C, но еще и изготовили ноутбук на его основе, который уже поступил в продажу.
Поскольку в этой статье говорится о новых процессорах, то ноутбук пока оставим за рамками материала. А вот о новом процессоре стоит рассказать подробнее. Вернее, просто рассказать о том, что известно о нем на данный момент. А это скорость работы ядра — 3,13 ГГц. К сожалению, данных о видеоподсистеме и всех прочих технических подробностях нет. Но, вероятно, скоро все это появится в сети — раз уж вышел ноутбук, то подробности будут опубликованы в ближайшие несколько дней.
Новые процессоры — весьма интересная тема, но у нас есть и другие статьи, оцените — мы рассказываем о:
Содержание:
Читайте также: