Технический процесс процессора. Техпроцесс в центральных и графических процессорах. Также вам понравятся

За прошедшие недели уже неоднократно поднималась тема 10-нм техпроцесса Intel, с которым пока не все хорошо. Совсем недавно и перенесла массовый выпуск процессоров для настольных ПК и серверов на 2019 год.

На неделе прошла ежегодная встреча акционеров Intel, на которой CEO Брайану Кржаничу (Brian Krzanich) пришлось отвечать на ряд неприятных вопросов. Конечно, только что был объявлен , но графический блок у него выключен. Первым процессором с активированным iGPU, по всей видимости, станет .

Intel заверила инвесторов, что задержки 10-нм техпроцесса не скажутся на планах внедрения следующего 7-нм техпроцесса. В нем будут использоваться технологии, апробированные на 14- и 10-нм техпроцессах. Но частично Intel перейдет на глубокий ультрафиолет EUV/EUVL (Extreme Ultraviolet Lithography). Intel будет использовать новое оборудование литографии, которое поставляет сторонний производитель, ожидания от него весьма большие:

"С 7-нм техпроцессом мы перейдем на новое оборудование литографии, которое позволит намного легче создавать намного меньшие элементы. И данный шаг как раз дает существенную разницу между 10- и 7-нм техпроцессами.

7-нм техпроцесс будет больше похож на наши традиционные технологические инновации в прошлом, поэтому большинство проблем, с которыми мы столкнулись с 10-нм техпроцессом, в случае 7-нм техпроцесса удастся обойти. Мы внимательно отслеживаем наш прогресс по внедрению 7-нм техпроцесса, и пока что мы довольны темпами перехода на 7 нм."

Intel намеревается как можно быстрее нормализовать 10-нм техпроцесс, после чего планово перейти на 7 нм.

10 нм не везде одинаковы

На данный момент Intel массово производит процессоры по 14-нм техпроцессу, но компания планирует как можно быстрее перейти на 10 нм. После чего будет внедрен 7-нм техпроцесс. Между тем конкуренты не спят: TSMC уже , что позволило TSMC заявить о лидерстве по сравнению с Intel. GlobalFoundries, еще один контрактный производитель, на данный момент поставляет кристаллы AMD по 14- и 12-нм техпроцессу. Samsung также говорит о 7 и 5 нм. И контрактные производители, и производители с собственными мощностями стали буквально соревноваться за лидерство по минимальному техпроцессу. Однако один показатель, подобный 16, 14, 10 или 7 нм, не отражает других характеристик техпроцесса. Здесь нужно учитывать такие параметры, как Fin Pitch, Min Metal Pitch, Cell Height и Gate Pitch.

Важной характеристикой остается число транзисторов на квадратном миллиметре. Intel всегда была весьма амбициозной в данном отношении. При переходе с 20- на 14-нм техпроцесс, с 14- на 10-нм и с 10- на 7-нм ставится цель в виде увеличения плотности расположения транзисторов в упаковке чипа. При переходе с 14- на 10-нм Intel поставила цель добиться увеличения в 2,7 раза, вероятно, с этим тоже связаны нынешние трудности Intel. Чтобы несколько снизить требования к техпроцессу, Intel уменьшила целевую плотность, которая теперь должна повыситься в 2,4 раза.

Если принять во внимание характеристики TSMC и Intel, 5-нм техпроцесс CLN5 получит повышение плотности в 1,8 раза по сравнению с 7-нм CLN7FF. Intel планирует добиться повышения плотности в 2,4 раза при переходе с 10 нм на 7 нм. В результате TSMC будет размещать 147 млн. транзисторов на мм² при производстве 5 нм, а Intel - 242 млн. транзисторов на мм² при производстве 7 нм. Так что техпроцесс Intel в данном отношении намного более совершенный.

Так что все же нельзя сказать, что TSMC, Samsung или GlobalFoundries на шаг опережают Intel.

Мы недавно как раз разбирали тему . Число, которым производители характеризуют техпроцесс, больше не играет существенной роли. Следует учитывать другие параметры производства.

Сравнение техпроцессов

	Intel 14 нм	Intel 10 нм	TSMC 10 нм	Samsung 10 нм
Fin Pitch	42/45 нм	34 нм	35,1 нм	46,8 нм
Min Metal Pitch	52 нм	36 нм	44 нм	48 нм
Cell Height	399 нм	272 нм	330 нм	360 нм
Gate Pitch	70 нм	54 нм	44 нм	48 нм
Fin Hight	42/46 нм	53 нм	42,1 нм	48,6 нм
Fin Width	8/7 нм	7 нм	5,4 нм	5,9 нм
6T-SRAM	69.167/70.158 нм²	-	40.233 нм²	49.648 нм²

• Fin Pitch: расстояние между ребрами (эмиттер и коллектор) транзистора
• Min Metal Pitch: минимальное расстояние между двумя слоями металла
• Fin Height: высота ребер от подложки Si в слое оксида
• Fin Width: толщина ребер

Одно можно сказать точно: производителям будет все сложнее переходить на меньшие техпроцессы. Intel по каким-то причинам испытывает проблемы с 10-нм техпроцессом, но переход на глубокий ультрафиолет EUV станет серьезным препятствием для всех производителей. Можно долго спорить насчет того, продолжится исполняться закон Мура или нет. Но производителям приходится вкладывать миллиарды долларов на новые технологические линии производства, причем затраты продолжают расти. Intel недавно сообщила о том, что вложила $5 млрд. в модернизацию завода Fab 28 в Израиле.

На этой неделе прошло собрание представителей компаний, которые используют для проектирования конструкторские пакеты компании Synopsys. Доклады были посвящены проблемам дальнейшей судьбы полупроводниковой отрасли. Точнее, рассматривались вопросы, связанные с дальнейшим снижением технологических норм. Мы уже слышали, что производители, например, компания TSMC, планирует в этом году начать строить завод для выпуска 3-нм чипов, как и сообщалось о разработке прототипов 2-нм транзисторов. Проблема же заключается в том, что экономический и другие эффекты от снижения технологических норм исчезают быстрее, чем снижается размер элемента на кристалле. И всё хорошее может прекратиться уже на стадии выпуска 5-нм чипов, не говоря о выпуске решений с меньшими нормами.

реклама

Так, представитель компании Qualcomm сообщил, что при переходе с 10-нм производства на 7-нм рост скорости переключения транзисторов может снизиться с предыдущих 16 % прироста до минимального уровня. Экономия по потреблению с 30-% прироста снизится до 10-25 %, а снижение площади чипов уменьшится с 37 % до 20-30 %. При переходе на 5-нм техпроцесс площадь продолжит уменьшаться с хорошим уровнем масштабирования, но что касается получения выгод по производительности и потреблению, то в этом уверенности нет. К тому же, структура в виде FinFET транзисторов полностью перестанет работать после технологических норм 3,5 нм. Поэтому, в частности, Samsung готовится уже через два года использовать в рамках 4-нм техпроцесса затворы в виде горизонтальных полностью окружённых нано-проводников (плоских или круглых).

Добрый день, уважаемые любители компьютерного железа. Сегодня мы поговорим о том, что такое техпроцесс в процессоре. На что влияет данная величина, как помогает при работе компьютера, за что отвечает и так далее.

Начать хотелось бы с того, что процессоры состоят из транзисторов. Под крышкой теплораспределителя находится сам кристалл ЦП на кремниевой подложке, в состав которого входит миллиарды миниатюрных транзисторов. О внутренностях CPU – .

Их габариты настолько крошечные, что измеряются в нанометрах. Отсюда и берет свое начало величина.

Возьмем к примеру компанию AMD и ее процессорные ядра семейства Bulldozer и Liano, выполненные по нормам 32 нм. На площади кристалла размером всего 315 мм2 размещено 1,2 млрд транзисторов. Если сравнивать с более старой технологией 45 нм, в которой на подложке 346 мм2 находилось «только» 900 млн транзисторов – прогресс очевиден.

Уменьшение, а точнее оптимизация техпроцесса дает следующие преимущества:

• повышение итоговой производительности при идентичных характеристиках двух устройств (первый и второй процессор имеют, к примеру, 4 ядра мощностью 3 ГГц);
• снижение энергопотребления;
• возможность добавить дополнительные рабочие инструкции;
• повышение частот;
• увеличение количества ядер на одной подложке (они занимают меньше места);
• снижение затрат на изготовление чипов (на одной кремниевой болванке помещается больше процессоров).
• Увеличение кэш-памяти процессора (больше места на кристалле для установки модуля)

Эволюция техпроцесса

Если покопаться в истории полупроводников 70‑х и 80‑х годов, то можно встретить устройства, разработанные по нормам техпроцесса 3 мкм. К такому технологическому прорыву впервые пришли компании Zilog в 1975 году и Intel в 1979 году соответственно.

Компании активно развивали технологии и совершенствовали литографическое оборудование.В начале-середине 90‑х, прогресс достиг новых высот и на рынке стали появляться модели вроде Intel Pentium Pro и MMX, а также знаменитая «улитка» Pentium II.

Все изделия выполнялись по нормам процесса 0,35 мкм, т.е. 350 нм. Буквально через 10 лет технологии позволили сократить размер транзистора втрое, до 130 нм, и это был прорыв.Однако культовый период пришелся на 2004 год, когда инженеры начали осваивать для себя 65 нм. Тогда мир увидел знаменитые Pentium 4, Core 2 Duo, а также AMD Phenom X4 и Turion 64 x2. В это же время рынок наводнили чипы Falcon и Jasper для Xbox 360.

Текущий период разработки

Плавно подбираемся к современным разработкам и начнем со все еще актуального процесса 32 нм – эпоха Intel Sandy Bridge и AMD Bulldozer.

Синему лагерю удалось создать кристалл с частотой до 3,5 ГГц, на который можно поместить до 4 ядер и графический чип частотой до 1,35 ГГц. Также в чип встроили , PCI‑E контроллер версии 2.0, поддержку памяти DDR3. Все ядра получили по 256 КБ кэша L2 и до 8 МБ L3. И все это размещалось на подложке 216 мм2

Красные же умудрились разместить на подложке до 16 процессорных ядер частотой до 4 ГГц с поддержкой передовых на 2011 год инструкций x86, ввести поддержку Hyper Transport и оснастить чипы поддержкой DDR3.

Переход на 22 нм осуществил только Intel, добавив своим продуктам Ivy Bridge и Haswell вроде Core i5, i7 и Xeon более высокую производительность при сниженном энергопотреблении. Архитектура не претерпела значительных изменений.
Литография 14 нм подарила миру в 2017 году новый виток противостояния между AMD Ryzen и Intel Coffee Lake. В первом случае имеем совершенно новую архитектуру и признание во всем мире после многолетнего застоя. Во втором же – увеличение ядер на подложке в десктопном сегменте.

Дополнительно можно отметить снижение энергопотребления, добавление новых инструкций, снижение размера кремниевой пластины и повышение мощности в станах двух лагерей.Теперь ждем выход чипов, построенных по нормам 10 нм, который на данный момент доступен лишь в мобильном сегменте (Quallcomm Snapdragon 835/845, Apple A11 Bionic).

Зачем уменьшать техпроцесс?

Как я уже говорил выше, оптимизация литографии ведет к размещению большего числа транзисторов на подложке меньшего размера. Говоря простым языком, на одной площади можно расположить не 1, а 1,5 млрд транзисторов, что ведет к повышению производительности без увеличения тепловыделения.

Таким образом устанавливается больше ядер, вспомогательных компонентов и систем управления шинами.

Коэффициент умножения системной шины процессора также возрастает, а значит и его мощь растет.

На данный момент оптимальными процессорами, которые вобрали в себя самое лучшее из современных технологий, можно назвать Intel 8700k и AMD Ryzen 1800x. Есть конечно и более новый вариант от «красных» в лице Ryzen 2700 (12 нм), но его производительность немного скромнее.
Надеемся, вы поняли суть, которую я хотели донести до вас в этой статье. В следующих обзорах мы коснемся таких понятий как , охлаждение и прочих животрепещущих вопросов, которые требуют пояснения. Оставайтесь с нами и публикациями. Удачи!

Рассказываем об одной из главной характеристик мобильных чипсетов.

Процессор современного смартфона - сложный механизм, включающий в себя тысячи компонентов. Такие показатели, как частота и количество ядер, постепенно теряют смысл, а на смену им приходит понятие техпроцесса, характеризующее производительность и энергоэффективность процессора.

Что такое техпроцесс?

Процессор включает в себя тысячи транзисторов, которые пропускают или блокируют электрический ток, что позволяет логическим схемам работать в двоичной системе. Благодаря уменьшению размер транзисторов и расстояния между ними производители добиваются от чипсета большей продуктивности.

Уменьшенные транзисторы потребляют меньше энергии, при этом не утрачивая и производительность. Несмотря на то, что размер транзисторов напрямую не влияет на мощность, этот параметр стоит рассматривать как одну из характеристик, оказывающих влияние на скорость выполнения задач за счет конструктивных изменений в работе устройства. Размер транзистора по сути и характеризует техпроцесс процессоров.

За счет уменьшения расстояния между компонентами процессора уменьшается и объем энергии, которая необходима для их взаимодействия. Благодаря этому чипы с меньшим техпроцессом показывают большую автономность по сравнению с чипами с большим показателем технологического процесса. В отличие от большинства параметров смартфона, чем меньше число, характеризующее техпроцесс, тем лучше. В нашем случае это нанометры (нм).

Развитие техпроцесса в смартфонах

В первом Android-смартфоне HTC Dream (2008 год) процессор работал на 65-нм чипсете. В сегодняшних среднебюджетных моделях этот параметр варьируется в пределах 28-14 нм. Флагманские и игровые смартфоны часто оснащены 14 и даже 10-нм процессорами, поэтому они мощные, энергоэффективные и в меньшей степени подвержены нагреванию. Учитывая, что развитие технологий нацелено на машинное обучение и искусственный интеллект, для достижения новых высот в производительности техпроцесс с большой вероятностью будет уменьшен до 5, а потом и до 1 нм.

Выбирая смартфон, важно отталкиваться не только от количества ядер и тактовой частоты, но и обращать внимание на техпроцесс. Именно этот параметр косвенно укажет на актуальность чипсета, производительность, склонность к перегреву и автономность. На сегодняшний день устройства в среднем ценовом сегменте уже оснащены 14-нм процессорами, что на данный момент можно назвать актуальным и сбалансированным решением для любого современного смартфона.

Компания Intel уже технологически на несколько лет отстаёт от AMD, однако это не мешает ей планировать будущие разработки.

Доктор Айэн Кёртесс, присутствующий на мероприятии IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), увидел и опубликовал технологическую дорожную карту Intel на ближайшие 10 лет.

Технологическая дорожная карта Intel "Мы верим в Мура"

Согласно новым планам, несмотря на явные проблемы с реализацией 10 нм технологии, уже в 2021 год компания перейдёт на 7 нм производство процессоров. В 2023 году нас ждут 5 нм процессоры, 3 нм в 2025 году, а 2 нм в 2027 году. Интересно, что это не предел, и уже в 2029 году фирма перейдёт на процесс с размером элементов в 1,4 нм. Таким образом, фирма планирует переходить на более тонкий техпроцесс каждые два года. Что касается размера в 1,4 нм, то по словам Кёртесса это «эквивалентно размеру 12 атомов кремния». Просто поразительно.

TSMC будет производить большинство GPU Ampere

25 декабря

Новое поколение графических процессоров NVIDIA с кодовым именем Ampere будет представлено в 2020 году. Эти GPU лягут в основу широкого спектра устройств, от игровых видеокарт до ускорителей расчётов в центрах обработки данных.

Известно, что производить новые процессоры будут компании Samsung и TSMC, но не было понятно, в какой пропорции. В ходе конференции GTC 2019 у основателя и исполнительного директора NVIDIA Дженсена Хуана спросили, кто будет производить большую часть из новых 7 нм GPU 2020 года и позднее. На что Хуан ответил, что основной частью производства займётся TSMC, в то время как Samsung будет выпускать малую долю продукции для NVIDIA. Мы, со своей стороны, можем предположить, что в случае с корейским производителем речь идёт о маломощных вариантах для ноутбуков или OEM-сборщиков.

Хуан отметил, что без TSMC NVIDIA не добилась бы столь высокой энергетической эффективности и производительности, как той, что она имеет, производя 12 нм видеокарты GeForce RTX и Quadro RTX . Особенно в сравнении с 7 нм GPU от AMD, которые используются в видеокартах серий Radeon RX 5500 и RX 5700.

Но когда же NVIDIA представит новый процессор? Вряд ли мы увидим его в ближайшие пару недель. Скорее всего, нам стоит ожидаться его в марте, на GPU Technology Conference (GTC).

Будущие Zen ориентируются на изменения архитектуры

18 ноября

Будущее процессоров Zen связано с изменениями архитектуры, а не только техпроцесса производства. Об этом сообщила исполнительный директор AMD Лиза Су.

Успех Zen 2 связан с тремя факторами: технологией изготовления, улучшенной конструкцией ядра и инновационным чиплетом, подходящим к производству процессора. Много внимания уделялось новой 7 нм технологии производства, которая не только повысила энергоэффективность, но и позволила поднять частоты и уплотнить транзисторы.

В ходе отчёта за III квартал Лиза Су сообщила, что будущие процессоры Zen будут полагаться не только на улучшения техпроцесса. Теперь фирма будет в основном полагаться на изменения в архитектуре. Она отметила, что переход на 5 нм процесс произойдёт в своё время, однако главным движителем изменений будет именно архитектура.

Тем не менее, вряд ли возможны сильные изменения архитектуры без новой технологии производства. Достаточно вспомнить Intel, которая застряв на 14 нм производстве не внесла сколь-либо значимых изменений в сам CPU . И сейчас для AMD очень важно не повторить эту ошибку.

AMD подтверждает выпуск Ryzen 4000 в начале 2020 года

8 ноября

Если вы думали, что 2019 год был насыщенным для AMD, то вы ошибались, поскольку уже в начале следующего года нас ждёт релиз новых процессоров серии Ryzen 4000. Об этом сообщила руководитель компании Лиза Су.

Исполнительный директор AMD Лиза Су пояснила: «Мы с большим нетерпением заходим в 2020 года. Вы увидите наши мобильные процессоры следующего поколения уже в начале 2020 года. Вы увидите 7 нм мобильные чипы, которые ещё не появились на рынке. Это очень мощный портфель. Мы хорошо работаем с Zen 3 в качестве дополнения, это большая активность для продукта» .

Так что, нас ждёт новое поколение мобильных процессоров в начале года, а это ни что иное, как Ryzen 4000.

Что касается настольных процессоров Ryzen 4000, то они должны появиться несколькими месяцами позднее, возможно, в июне на Computex, с началом продаж в июле.

Стоимость запуска 7 нм технологии более миллиарда

29 октября

Не секрет, что с уменьшением техпроцессов, стоимость разработки микросхем становится всё дороже.

Центральные и графические процессоры с высокой производительностью по-прежнему требуют всё более меньших размеров элементов, однако другим, менее энергоёмким решениям, уже не нужно дальнейшее уменьшение, поскольку этот процесс оказывается слишком дорогим.

Сайт Fudzilla сообщает, что, проведя разговоры со многими инженерами и руководителями технологических компаний, они установили, что стоимость запуска производства чипа по 7 нм нормам превышает миллиард долларов.

Стремление к экономии масштаба привело к тому, что создание одного чипа стоит миллиард долларов и месяцы работы. Поэтому требуются высокие объёмы продаж, чтобы иметь возможность платить такую цену. Так, Apple продаёт более 70 миллионов телефонов в квартал. Даже при таких объёмах Apple платит по 5 долларов на каждом iPhone лишь за запуск A13. К этой сумме ещё нужно добавить производственные затраты.

Именно поэтому лишь несколько крупнейших компаний имеют возможность заказывать производство по топовым процессам. Несмотря на высокую стоимость «вхождения», первые процессоры по 5 нм нормам уже прошли этап опытного производства. На рынок они поступят во второй половине 2020 года.

TSMC приступила к массовому производству по технологии 7 нм+

17 октября

Компания TSMC заявила, что начала массовое производство микросхем по технологии 7 нм+ (N7+), и уже достигла одинакового темпа выпуска пластин по сравнению с оригинальным процессом 7 нм (N7).

Особенной технологию 7 нм+ делает применение экстремальной ультрафиолетовой литографии, EUV. Данная техника позволяет повысить точность и упростить производство транзисторов. Более короткая длина волны ультрафиолетового света позволяет создавать меньшие по размеру транзисторы и масштабировать их до ранее недоступных уровней. Сейчас технология EUV используется для производства микросхем по нормам 7 нм, однако эта же технология будет применяться и для 5 нм техпроцесса.

Переход на 7 нм+ позволил размещать на 15-20% больше транзисторов, чем по обычной 7 нм технологии, а также позволит снизить энергопотребление чипов. Новый процесс будет использован при производстве широкого спектра микросхем, от CPU и GPU до модемов 5G.

Компания отметила, что занимается развёртыванием больших мощностей, которые смогут удовлетворить высокий спрос на 7 нм+. К концу года фирма планирует запустить 6 нм процесс, который будет полностью совместим с 7 нм конструкцией, так что заказчикам не придётся изменять конструкцию своих чипов.

MSI выпускает первый ноутбук с 7 нм процессорами

11 октября

Компания MSI представила новый игровой ноутбук MSI Alpha 15, который стал первым в мире лэптопом, основанным на процессорах, изготовленных по 7 нм нормам.

Ноутбук Alpha 15 - это машина для казуальных геймеров. Под крышкой можно найти центральный процессор Ryzen 7 3750H и видеокарту Radeon RX 5500M с 4 ГБ видеопамяти GDDR6. Оба этих процессора изготовлены по 7 нм нормам.

Что касается экрана, то MSI предлагает клиентам две опции. В обоих случаях диагональ составляет 15,6”, однако один вариант предлагает IPS -матрицу разрешением 1080p с кадровой частотой 144 Гц и адаптивной синхронизацией FreeSync. В другом варианте предлагается такая же матрица, но с кадровой частотой 120 Гц и FreeSync.

Охлаждается компьютер системой Cooler Boost 5 с семью тепловыми трубками. Эта система совместима с технологией AMD SmartShift. Технология предусматривает охлаждение CPU и GPU одновременно, сохраняя низкую температуру при игровых нагрузках.

Базовая модель поставляется с 8 ГБ видеопамяти. Она будет стоить 1000 долларов. За модель с 16 ГБ ОЗУ производитель просит 1100 долларов США. Для накопителя предусмотрен комбинированный слот M.2, который позволяет устанавливать твердотельные накопители как формата SATA , так и PCIe 3.0. Кроме того, имеется место для установки традиционного 2,5” накопителя.

Intel готовится к 7 нм EUV-производству

10 октября

Компания Intel уже долгие годы не может перейти на 10 нм производственный процесс, однако она готовится к 7 нм технологии.

Ожидается, что такие процессоры появятся на рынке уже в 2021 году. При этом компания планирует производить по нему как CPU , так и GPU .

Сайт DigiTimes сообщает, что технологический гигант ещё в августе начал размещать заказы на оборудование и материалы, необходимые для процесса экстремальной ультрафиолетовой литографии.

Сайт также отмечает, что по мнению TSMC, 7 нм EUV-процесс будет главным драйвером технологии в этом году. Тайваньская компания отмечает, что большие заказы ожидаются от 5G-клиентов. К примеру, MediaTek, которая является одним из клиентов TSMC на производство по 7 нм нормам, будет выпускать первую в мире 5G- SoC с частотой до 6 ГГц. Массовое производство этой микросхемы начнётся в январе 2020 года.