Intel vyrobil první prototyp procesorů obsahujících nové ultra-malé tranzistory založené na 45nm výrobní technologii, což urychluje éru vícejádrových výpočtů.
Společnost Intel Corporation oznámila jeden z nejvýznamnějších pokroků v základních principech návrhu tranzistorů. Bylo oznámeno, že specialisté Intelu již používají dva zcela nové materiály k vytvoření izolačních stěn a logických hradel tranzistorů na základě 45nanometrového výrobního procesu. Další generace vícejádrových procesorů Intel® Core™ 2 Duo, Intel® Core™ 2 Quad a Intel® Xeon® bude obsahovat stovky milionů těchto mikroskopických tranzistorů nebo elektronických přepínačů. Intel také uvedl, že již má funkční prototypy pěti procesorů z 15 svých budoucích produktů, jejichž uvedení na trh je plánováno s použitím nového 45nanometrového procesoru. produkční technologie.
Použití nových tranzistorů umožní procesorům pro stolní počítače, notebooky a servery dosáhnout nové úrovně výkonu a zároveň poskytnout významné snížení svodového proudu. Nová technologie sníží nejen velikost procesorů, ale také sníží spotřebu energie, hladinu hluku a náklady na PC. Tento zásadní technologický průlom od Intelu také poskytuje jistotu, že Moorův zákon, princip technologického průmyslu, který uvádí, že počet tranzistorů na čipu se zdvojnásobí přibližně každé dva roky, bude i nadále relevantní i v příštím desetiletí.
Specialisté Intel Corporation jsou přesvědčeni, že vytvoření prvních funkčních prototypů procesorů vyrobených pomocí 45nanometrové technologie jim umožnilo být o více než rok před ostatními hráči v polovodičovém průmyslu. Tyto nové procesory Intel jsou součástí další generace 45nm produktové rodiny s kódovým označením Penryn. Vyrobené prototypy procesorů jsou určeny pro pět různých segmentů počítačového trhu, úspěšně otestovaly provoz Windows* Vista*, Mac OS X*, Windows* XP a Linux i různých aplikací. Jak bylo dříve plánováno, Intel hodlá zahájit masovou výrobu produktů založených na 45nanometrové výrobní technologii v druhé polovině tohoto roku.
Nové tranzistory Intel: High-k materiál a kovy založené na 45nm výrobním procesu
Společnost Intel jako první v oboru používá inovativní kombinaci nových materiálů, která výrazně snižuje svodový proud tranzistorů a zlepšuje výkon tranzistorů ve své 45nm výrobní technologii. K vytvoření dielektrika hradla tranzistoru je použit nový materiál nazvaný high-k a pro elektrodu hradla tranzistoru je použita nová kombinace kovových materiálů.
„Zavedení nových materiálů, jako je high-k a metal, znamená největší změnu v technologii tranzistorů od konce 60. let, kdy byly představeny MOSFETy s polysilikonovým hradlem,“ říká Gordon Moore, jeden ze spoluzakladatelů Intel Corporation a autor stejnojmenný zákon, který dodnes určuje vývoj polovodičového průmyslu.
Tranzistory jsou miniaturní spínače, které implementují „nuly“ a „jedničky“ používané v digitálním světě. Brána je určena k zapínání a vypínání tranzistoru. Když je tranzistor zapnutý, prochází proud, ale když je vypnutý, ne. Hradlové dielektrikum je umístěno pod hradlovou elektrodou. Je navržen tak, aby izoloval hradlo, když proud protéká tranzistorem. Kombinace kovových hradel a high-k dielektrik umožňuje vytvářet tranzistory s velmi nízkým svodovým proudem a rekordní spínací rychlostí.
„S tím, jak počet tranzistorů uložených na jediném křemíkovém čipu neustále roste, celý náš průmysl stále hledá řešení pro boj se svodovým proudem,“ řekl Mark Bohr, Senior Distinguished Research Engineer ve společnosti Intel Corporation. „Prácí tímto směrem naši inženýři a designéři dosáhli významných úspěchů, které posílí vedoucí pozici produktů Intel a inovací, které společnost vyvíjí. Použití inovativních dielektrických a kovových elektrodových hradlových tranzistorů ve spojení s 45nm výrobní technologií umožní Intelu vyrábět ještě rychleji a efektivněji. vícejádrové procesory které vdechnou nový život našim úspěšným produktovým rodinám Intel Core 2 a Intel Xeon. Tento technologický průlom navíc zajišťuje, že Moorův zákon bude platit i v příštím desetiletí."
Pro odhad velikosti nových tranzistorů lze provést několik srovnání. Například na plochu rovnající se ploše lidské červené krvinky lze umístit 400 tranzistorů Intel vyrobených pomocí 45nanometrové technologie. Nové tranzistory Intelu jsou 5,5krát menší a zabírají 30krát menší plochu než deset let staré tranzistory, které byly vyrobeny pomocí tehdy nejmodernější výrobní technologie 250 nanometrů.
Podle Moorova zákona se počet tranzistorů na čipu každé dva roky zdvojnásobí. Tento zákon otevírá Intelu obrovské příležitosti k inovacím, zvýšení integrace, přidání nových funkcí, zvýšení počtu výpočetních jader, zlepšení výkonu, snížení výrobních nákladů a snížení nákladů na tranzistor. Aby se však udrželo toto tempo inovací, je třeba tranzistory neustále zmenšovat. Schopnosti tradičních materiálů jsou bohužel téměř vyčerpány, protože při dosažení atomového měřítka se zvyšuje tvorba tepla a začínají platit zásadní fyzikální omezení. Proto použití nových materiálů prodlouží platnost Moorova zákona a dá vzniknout nové etapě informační éry.
„Recept“ Intelu založený na nových materiálech pro 45nm výrobní technologii
Oxid křemičitý se používá k výrobě dielektrik pro hradla tranzistorů již více než 40 let kvůli jeho snadnému použití v hromadné výrobě a schopnosti neustále zlepšovat výkon tranzistorů snižováním tloušťky dielektrické vrstvy. Specialistům Intelu se podařilo zmenšit tloušťku dielektrické vrstvy na 1,2 nm (což odpovídá pouze pěti atomovým vrstvám) – tohoto čísla bylo dosaženo na aktuálně používané 65nanometrové výrobní technologii. Ale další pokles vede ke zvýšení svodového proudu přes dielektrikum, což má za následek zvýšené ztráty proudu a tvorbu tepla.
Nárůst svodového proudu přes hradlo tranzistoru při zmenšování tloušťky dielektrické vrstvy oxidu křemičitého je jednou z nejneřešitelnějších technických překážek při dodržování Moorova zákona. K vyřešení tohoto zásadního problému společnost Intel nahradila oxid křemičitý v dielektriku hradla tenkou vrstvou materiálu s vysokou hodnotou k na bázi hafnia. To umožnilo snížit svodový proud více než 10krát ve srovnání s oxidem křemičitým, který se v mikroelektronice používá již více než čtyři desetiletí.
High-k hradlový dielektrický materiál není kompatibilní s tradičními křemíkovými hradlovými elektrodami, takže druhou částí receptu Intelu na jeho nové 45nm tranzistory bylo vyvinout elektrody s použitím nových kovových materiálů. Konkrétní kovy, které Intel používá, jsou drženy v tajnosti, ale je známo, že k výrobě tranzistorových hradlových elektrod se používá kombinace různých kovových materiálů.
Kombinace dielektrika high-k hradla a kovových elektrod použitých pro 45nm výrobní technologii Intel poskytuje více než 20% nárůst budícího proudu a odpovídající zvýšení výkonu tranzistoru. Současně se svodový proud ze zdroje do kolektoru sníží více než 5krát, tj. sníží se spotřeba energie tranzistoru.
45nm výrobní technologie Intel také umožňuje téměř dvojnásobnou hustotu tranzistorů na čipu ve srovnání s technologií předchozí generace. Díky tomu bude možné umístit více tranzistorů na jeden čip nebo snížit velikost procesorů. Vzhledem k tomu, že nové tranzistory jsou menší než jejich předchůdci, je k jejich zapínání a vypínání potřeba méně energie, což snižuje aktivní spínací napětí přibližně o 30 %. Pro vnitřní propojení bude 45nm výrobní technologie Intelu využívat měděné vodiče kombinované s low-k dielektrikem pro další zlepšení výkonu a snížení spotřeby energie. Plánuje se také použití nových konstrukčních standardů topologie a pokročilých maskovacích technik, které umožní použít současnou 193nm technologii suché litografie pro výrobu 45nm procesorů, protože tento proces je nejekonomičtější a široce používaný pro hromadnou výrobu.
Rodina procesorů Penryn zlepší energeticky účinný výkon
Rodina procesorů s kódovým označením Penryn je založena na mikroarchitektuře Intel® Core™ a pokračuje v odhodlání společnosti Intel zavádět každé dva roky nové výrobní technologie a mikroarchitektury. Kombinace pokročilé 45nm technologie, možností velkoobjemové výroby a revoluční mikroarchitektury umožnila Intelu vytvořit první provozní vzorky 45nm procesorů s kódovým označením Penryn.
V současné době je ve vývoji více než 15 modelů procesorů založených na 45nanometrové technologii, které jsou určeny pro segmenty desktopů, mobilních zařízení, pracovních stanic a podnikových serverů. Dvoujádrové procesory 45nanometrové rodiny Penryn budou obsahovat více než 400 milionů tranzistorů a čtyřjádrové procesory více než 800 milionů. Poskytnou nové a vylepšené vlastnosti na úrovni mikroarchitektury zvýšená produktivita a pokročilé funkce řízení energie, zatímco vnitřní hodinová frekvence jádra procesoru a kapacita mezipaměti může být až 12 MB. Rodina procesorů s kódovým označením Penryn bude obsahovat přibližně 50 nových instrukcí Intel SSE4, které rozšíří možnosti a zlepší výkon multimediálních aplikací a výpočetně náročných úloh.
Další informace a fotografie k tomuto tématu jsou k dispozici na:
http://www.intel.com/pressroom/kits/45nm/index.htm
Publikace o různými způsoby Výroba polovodičů na bázi jiných materiálů než tradičního křemíku v poslední době zahlcuje vědecké publikace a populární tisk. Alternativy křemíku mají v mnoha případech zcela logický základ: tradiční křemíkový substrát ze své podstaty nemůže být flexibilní, mnoho materiálů se vyrovnává s vysokými frekvencemi mnohem lépe než křemík a tak dále. Rostoucí zájem o alternativní polovodiče má však ještě jeden, zásadnější důvod. Faktem je, že konvenční křemík brzy riskuje, že jednoduše nebude schopen zvládnout tempo vývoje polovodičového průmyslu a z mnoha důvodů fyzikální vlastnosti již nebude vyhovovat vývojářům nových čipů.
O mnoha různorodých a dokonce exotických potenciálních náhradách křemíkových polovodičů – od grafenu a křemíkových nanotrubiček až po kvantové a DNA struktury – se tisk věnuje se záviděníhodnou pravidelností, ale jen málo se uvádí o načasování a příčinách blížící se smrti křemíku jako základu. moderního polovodičového průmyslu. Tato publikace má osvětlit další - asi 10-15 let - vyhlídky rozvoje elektroniky a odpovědět na řadu klíčových otázek. Je to paradoxní, ale vysoce ziskový mnohamiliardový dolar a jeden z nejinteligentnějších podniků naší doby – polovodičový průmysl – je starý několik desetiletí. Elektronika, která se zrodila jako podmnožina elektrotechniky, rychle zažila „elektronkové“ období vývoje a již v Bellových laboratořích v roce 1947 byl vynalezen tranzistor – kompaktní polovodičové zařízení se třemi (nebo více) elektrodami schopné řídit proud a generovat elektrické oscilace. Během několika let po svém vynálezu se tranzistor proměnil v univerzální stavební blok elektronického a o něco později digitálního světa, který se stal hlavní součástí mikroobvodů a procesorů. A jestliže první celopolovodičové zařízení, rádiový přijímač Regency TR-1 z modelu 1954, bylo vyrobeno pouze se čtyřmi tranzistory, pak první přenosný polovodičový televizor na světě Sony TV8-301 s 5palcovou obrazovkou, představený v roce 1960, obsahoval 23 křemíkových a germaniových tranzistorů a první procesor na světě, Intel 4004, vydaný v roce 1971, sestával z 2300 tranzistorů. Dále je pohodlnější sledovat tempo vývoje elektroniky pomocí oznámení procesory Intel. Poté, co se v roce 1974 objevily 2 MHz procesory Intel 8080 založené na 4500 tranzistorech, události se začaly vyvíjet s nebývalým zrychlením: 1978 - vydání prvního 16bitového procesoru Intel 8086 s 29 tisíci tranzistory; 1982 – procesor Intel 286 se 134 tisíci tranzistory, plně kompatibilní se svým předchůdcem; 1985 – Procesor Intel 386 s 275 tisíci tranzistory. A nakonec rok 1989 - 25 MHz procesor Intel 486, který okamžitě posunul laťku na 1,2 milionu tranzistorů. Zaprvé Procesor Pentium(1993) počet tranzistorů přesáhl 3 miliony. Miliardý milník byl překonán v roce 2006 – dvoujádrové procesory Intel Itanium 2 řady 9000, vyrobené v souladu s 90nm procesní technologií, obsahují více než 1,7 miliardy tranzistorů. Dnes počet tranzistorů v procesorech a grafických čipech přesahuje miliardu, a to i v běžných stolních a přenosných počítačích. Nikoho nepřekvapí, že za první přijímač se čtyřmi tranzistory jste před 60 lety museli zaplatit 49,99 dolarů a dnes každý z miliard tranzistorů na stolním PC stojí desítky či stovky nanodolarů a velmi brzy si budeme povídat asi pikodolarů na tranzistor. Pokud by se letecká doprava stala levnější a rychlejší při stejném tempu, let mezi Paříží a New Yorkem, který stál 900 dolarů a v roce 1978 trval asi sedm hodin, by dnes stál asi cent a netrval by déle než sekundu!
Mimochodem, první tranzistor vytvořený v Bell Labs se vám vešel do dlaně. Moderní 32nanometrové tranzistory jsou stokrát menší než lidská červená krvinka. Těžko dnes najdeme v tomto světě jinou oblast lidské činnosti srovnatelnou dynamikou a tempem vývoje s elektronikou. Vezměte si například procesor Intel Pentium 4 se 42 miliony tranzistorů, který debutoval v roce 2000, a na jeho příkladu porovnejte tempo vývoje různých odvětví. Jestliže se za poslední půlstoletí automobilový průmysl vyvíjel tempem elektroniky, nyní bychom mohli překonat vzdálenost z Moskvy do Vladivostoku během několika sekund! Když už mluvíme o penězích, pokud by ceny aut klesaly stejným tempem, nové auto by dnes mohlo stát méně než 1 cent. Průměr tečky na konci této věty (přibližně 0,1 mm, neboli 100 tisíc nm) pojme 3 tisíce 32 nm tranzistorů. Zde je několik dalších pokynů: průměr lidského vlasu je přibližně 90 000 nm. Celkový počet vyrobených tranzistorů v roce 2003 přesáhl astronomicky obrovský počet popsaný desítkou následovanou 19 nulami – 10 000 000 000 000 000 000. Nespočetné množství se obvykle srovnává s něčím nekonečným – počtem hvězd, zrnek písku, ale jen si představte, že výše uvedené číslo je 100x větší než počet všech mravenců na planetě Zemi! Další skvělou metaforou je hrot jehly. Při překonání bariéry vytvoření procesoru s miliardou tranzistorů byly fyzické rozměry tranzistorů zmenšeny tak, že se jich na tento hrot o průměru přibližně 1,5 milionu nanometrů vejde více než 50 tisíc! Někdo může neúnavně uvádět příklady ohromujícího tempa vývoje elektroniky, ale možná nejneuvěřitelnější skutečnost je předvídatelnost tuto dynamiku. Navíc existuje zákon, který tento proces popisuje, a ten se nazývá
V roce 1965 Gordon Moore, jeden ze zakladatelů Intelu, dokázal brilantně předpovědět budoucnost elektroniky. Stručně řečeno, tato předpověď, nyní známá jako Moorův zákon, je formulována takto:Počet tranzistorů v mikroobvodech se každé dva roky zdvojnásobíOd té doby se předpověď Gordona Moora naplňuje nepochopitelným způsobem: každé dva roky se počet tranzistorů v čipech exponenciálně zdvojnásobí, což vede k neustálému zvyšování výpočetního výkonu polovodičů a exponenciálnímu snižování nákladů na jejich výrobu. .
V průběhu historie polovodičové elektroniky bylo opakovaně předpovídáno, že Moorův zákon skončí a bude zapomenut. Objevila se řada důvodů: rozměry tranzistorových prvků byly příliš malé; svodové proudy jsou vysoké, zahřívají čip příliš a mnohem více, o čemž si povíme trochu níže.
Ale až dodnes se vědcům a technologům pokaždé podařilo najít potřebné materiály, komponenty a podmínky pro přechod do další fáze technologického procesu s ještě přesnějšími charakteristikami. Tento úvod do tématu by se dal považovat za úplný, ale než přejdeme k problémům, kterým čelí moderní výroba polovodičů, zkusme se rozhodnout, zda hra stojí za svíčku? Vyplatí se vynakládat obrovské úsilí a peníze na zdvojnásobení počtu tranzistorů v čipech každé dva roky? Jinými slovy,
Je skutečně nutné pokračovat v prosazování Moorova zákona?
Přede mnou stojí ultrapřenosný počítač vyrobený z nejnovějších polovodičových součástek. Ani v tak lehkém a kompaktním zařízení není možné spočítat počet tranzistorů - koneckonců i jeho barevná obrazovka z tekutých krystalů je tenkovrstvá tranzistorová matrice! Zdálo by se, co víc si přát - žít a být šťastný. Ale... dovolme si reptat. Každý stroj miluje, ale z nějakého důvodu baterie nevydrží několik dní životnost baterie. A zařízení se místy zahřívá, což mu také nepřidá na provozní době. A konečně, vždy budou existovat aplikace - ať už jde o hračku nebo videozáznam - které jistě způsobí obtěžování svým „brzděním“. Tedy i nejideálnější a nejvíce moderní zařízení Kritizovat se dá vždycky, když ne za rozměry, tak určitě za přílišnou „žravost“, vývin tepla a nedostatečný výkon. Nyní se podívejme na tuto otázku šířeji. Z hlediska nedostatečného výpočetního výkonu a hospodárnosti se nemusíme ani dotknout neukojitelných firemních potřeb: vzpomeňme jen na některé aplikace, které potřebuje každý, na každém kroku, ale jejichž implementace je stále prostě nemožná kvůli nedostatečně vyvinuté elektronika. Mnoho našich čtenářů se již muselo potýkat s komunikačními problémy v cizí zemi kvůli neznalosti místního jazyka. Samozřejmě pomáhá mezinárodní znakový jazyk a alespoň povrchní znalost jednoho z univerzálních mezinárodních jazyků komunikace, ale co kdyby byla vaše slova přeložena do místního jazyka v reálném čase a vy jste v reakci slyšeli automatický překlad? ? Lákavý? Samozřejmě, kolik hranic by padlo a kolika nedorozuměním by se předešlo, nemluvě o úspoře času a peněz. Zkuste si také představit systémy pro automatické skenování obličejů při vstupu na letiště, schopné je porovnat s teroristickou databází a v případě shody zablokovat podezřelé osoby. Úspora času je v tomto případě neméně citelná než výrazné zvýšení bezpečnosti. Auta s automatickými řidiči, kteří prostě potřebují pojmenovat cíl, aby dopravili pasažéra po nejsvobodnější, nejkratší a nejbezpečnější trase, také možná brzy přestanou být atributy pouze sci-fi filmů. Vlastně si dnes neumíme všechno ani přibližně představit možné způsoby využití zvýšeného výpočetního výkonu, dokud nebudou tyto schopnosti dostupné. Nyní se vědci pouze snaží předvídat vývoj a sestavit seznam úkolů, které vyžadují výpočetní výkon i v terénu. Jednou z těchto kategorií jsou simulované podmínky známé z virtuálních světů, kolektivních interaktivních her a trojrozměrného kina. Zkrátka tam, kde vizuální reprezentace dat a interakce s reálným světem vyžadují získání nových kvalit a použití modelů vyžaduje inteligentnější distribuované výpočetní technologie, nástroje pro generování vlastního trojrozměrného obsahu a technologie pro zvýšení efektivity mobilních zařízení. Dalším naléhavým úkolem naší doby je takzvaný „pocit“ virtuality. Tedy sjednocení skutečného a digitální světy, pořízení moderního mobilního, přenosného, stolní počítače další „smyslové orgány“. Čím více různých senzorů a senzorů – „oken“ do reálného světa, tím více příležitostí k převodu analogových informací na digitální informace, které lze dále počítačově zpracovávat, systematizovat a uchovávat, tím více příležitostí ovlivňovat lidský život. Moderní senzory jsou již velmi rozmanité – GPS přijímače, senzory prostředí, video senzory (od webových kamer po systémy pro vývoj kmenových buněk a poškození kůže), všechny druhy „atomových senzorů“, které interagují s jinými zařízeními a vytvářejí flexibilní fyzické obrazy. A dynamicky komponované výpočty překonávají omezení zdrojů mobilních zařízení, jako je malá velikost obrazovky, vytvořením logické platformy využívající zdroje sousedních zařízení. Agenda je intelektuální mobilní zařízení s maximálními výpočetními, přepínacími a snímacími vlastnostmi, snadno přizpůsobitelnými problémům, potřebám a prostředí uživatele pomocí senzorů a analýzy informací. Senzory mohou shromažďovat libovolně nekonečné množství dat, ale jedním z problémů s nimi spojených je přesná interpretace a pochopení těchto dat. Vezměte si například myšlenku mobilní systém kontrola zdraví, která vám umožňuje sledovat vaše zdraví, abyste neléčili, ale předcházeli onemocnění. Taková mobilní platforma bude neustále sledovat stav životně důležitých orgánů člověka a také zaznamenávat nutriční informace, aby si udržela dobrou fyzickou kondici a lépe porozuměla konzistenci aktivity a množství zkonzumovaného jídla.Jak se dnes vyrábějí procesory
Blíží se doba, kdy obvyklá evoluce technologie – ani s těmi nejdůmyslnějšími inženýrskými triky – nebude stačit k dalšímu souladu s Moorovým zákonem. Tyto časy jsou předběžné odhady přijde relativně brzy – v roce 2010. Proč o tom teď mluví? Faktem je, že neustálý neustálý pokrok ve vývoji polovodičů nemohl časem vést k vyčerpání možností řady nástrojů používaných v technologickém výrobním procesu a nové nástroje, vzhledem k omezením fyzikálních zákonů, nejsou přesto připravené nebo z toho či onoho důvodu v praxi nefungují . Proces vytváření čipu je pracný a problematický. Čím složitější je čip, tím velké množství etapy spojené s jeho výrobou. Například při zvládnutí nového, přesnějšího technického procesu se obvykle nejprve předvedou statické paměťové čipy (SRAM) s relativně jednoduchou strukturou (poměrně složitá architektura procesoru) a teprve po projetí určité úrovně je možné vyrobit plnohodnotný -vyspělý procesor nebo takzvaný „system-on-chip“ (SoC, System-on-Chip). Technologie výroby moderní procesor na tradičním křemíkovém substrátu může zahrnovat až 300 fází, ale aniž bychom se dostali do plevele, hlavní fáze vypadají takto. Čipy se vyrábějí na povrchu tenkých kulatých plátků z čistého křemíku vícevrstvým zpracováním různými chemikáliemi, plynem a světlem. Křemík nebyl pro tento účel vybrán náhodou, protože patří do jedinečné třídy polovodičů - materiálů, jejichž elektrická vodivost je někde mezi vodičem a izolantem. Vlastnosti křemíku lze během zpracování změnit tak, že se z něj stane buď izolant, zabraňující toku elektrického proudu, nebo vodič, umožňující průchod elektrického proudu. Pokud jde o fyzické rozměry křemíkových plátků používaných pro velkosériovou výrobu, je zde vše logické: čím větší je průměr plátku, tím vyšší je výtěžnost hotových třísek z každého plátku a zároveň je to obtížnější. zpracovat každý plátek a snížit počet defektů. Až do konce 20. století dominovaly výrobě 200mm (8palcové) wafery, ale na přelomu tisíciletí se začaly aktivně zavádět 300mm (12palcové) wafery. Mnoho společností nyní aktivně rozvíjí plány na použití 450 mm (15palcových) plátků, ale než bude konečně zavedeno do sériové výroby, je třeba překonat mnoho problémů.Fyzicky se procesor skládá z milionů nebo miliard tranzistorů propojených ultratenkými hliníkovými nebo měděnými vodiči. V praxi proces výroby čipu spočívá v vytváření tenkých vrstev různých materiálů na povrchu čistého křemíkového plátku podle přesných vzorů. Vezmeme-li v úvahu skutečnost, že mluvíme o vzniku miliard tranzistorových prvků, jejichž rozměry jsou desítky a dokonce i několik nanometrů, je přímá aplikace těchto prvků na wafer jakoukoli fyzikální metodou prostě nemožná. Na povrch waferu se proto ukládají (nebo „vypěstují“) vrstvy materiálů, načež se nepotřebné materiály odstraní a na povrchu zůstane jen to, co je potřeba. Na leštěném povrchu křemíkového plátku tak vlivem teploty „roste“ izolační vrstva oxidu křemičitého, který současně hraje roli tranzistorové brány, pomocí níž je regulován průchod proudu. Následuje proces zvaný fotolitografie. Nejprve se na plátek nanese dočasná vrstva světlocitlivého materiálu nazývaného „fotorezistent“. Pomocí ultrafialového světla je fotorezist exponován přes speciálně připravenou „šablonu“ - „fotomasku“, díky které jsou „exponovány“ určité oblasti fotorezistu. Poté jsou exponované oblasti fotorezistu odstraněny (podobně jako při vyvolávání fotografického filmu) a pod nimi jsou odhaleny oblasti dříve naneseného oxidu křemičitého. Dále jsou exponované oblasti oxidu křemičitého odstraněny pomocí procesu zvaného "leptání", jehož nejbližším překladem je "suché leptání". Po odstranění zbývajícího fotorezistu zůstane na povrchu destičky reliéfní vzor oxidu křemičitého, na který se pomocí dalších stupňů fotolitografie a suchého leptání nanášejí další materiály, jako je vodivý polykrystalický křemík. A pak se vytvoří nová vrstva s vlastním jedinečným vzorem, v důsledku čehož se vytvoří trojrozměrná struktura mikroobvodového krystalu. Slovy to vše zní jednoduše. V praxi proces výroby čipu zahrnuje mnoho různých chemických a chemických kroků. fyzické zpracování. Například proces „dopingu“, při kterém jsou exponované oblasti křemíkového plátku bombardovány „ionty“ různých chemických přísad, aby se získaly oblasti různé (p- a n-) vodivosti. Důležitý je také proces vytváření speciálních mezivrstvových „oken“ vyplněných kovovým vodičem (v poslední době stále častěji mědí, i když dříve byl široce používán hliník) pro vytvoření elektrických spojení mezi vrstvami. Celý proces vytváření trojrozměrných vícevrstvých „mrakodrapů“ lze opakovat několik desítekkrát a trvat několik týdnů. Dále jsou čipy testovány, sestavovány a baleny, poté jsou dodávány maloobchodníkům nebo společnostem, které výsledné čipy používají k vytváření finálních produktů. elektronická zařízení. Nyní se vraťme o pár kroků zpět a připomeňme si, o jakém měřítku dnes mluvíme. V roce 2008 řada společností oznámila úspěšný vývoj 32nanometrového technologického procesu a rok 2009 lze nazvat rokem přechodu na tento technologický proces spolu s rozsáhlým průmyslovým rozvojem 45nm standardů. Například v roce 2008 od společnosti Intel Předveden byl první funkční modul statické paměti (SRAM), vyrobený v souladu se standardy 32nm procesní technologie. Stojí za zmínku, že velikost každé buňky takové paměti je pouze 0,182 čtverečních mikrometrů a plocha čipu obsahujícího více než 1,9 miliardy tranzistorů je pouze 118 čtverečních milimetrů. Již na jaře roku 2009 byla 32nanometrová technologie deklarována společností Intel jako zcela připravená pro masovou výrobu nejsložitější procesorové logiky, o čemž svědčí i ukázka prvního funkčního 32nm procesoru. Je třeba zdůraznit, že definice „32nm procesní technologie“ se týká velikosti brány tranzistoru. To znamená, že při technologických standardech 32 nm je velikost brány tranzistoru 32 nanometrů a „rozteč“ tranzistorů je přibližně 112,5 nm. Mimochodem, další rys Mooreova zákona, nebo chcete-li, důsledek z něj uvádí, že velikost tranzistorů se každé 2 roky stále zmenšuje 0,7krát. Pokud šířka hradla 32 nm stále zní jako fyzická délka, pak šířka mezery dielektrika oxidu křemičitého umístěného mezi křemíkovým substrátem a hradlem byla již ve fázi vývoje 45 nm procesní technologie pouze 1,2 nanometru. Pokud si vzpomeneme, že průměr atomu křemíku je pouhých 0,24 nm, dojdeme k naprosto neuvěřitelným závěrům: tloušťka jednotlivých prvků moderního tranzistoru je srovnatelná s průměry více atomů! V praxi museli vývojáři nových technologických postupů upustit od použití oxidu křemičitého jako izolantu mezi substrátem a bránou. Faktem je, že na měřítkách odhadovaných podle průměrů atomů již klasický oxid křemičitý nemohl hrát roli kvalitního dielektrika: jeho příliš tenká vrstva není schopna účinně snižovat intenzitu kvantově mechanického tunelovacího přechodu elektronů přes bariéra. V praxi to znamená, že kromě toho, že příliš tenká vrstva oxidu křemičitého již nezaručuje přesné spínání tranzistorového spínače, vedou „unikající proudy“ takto nespolehlivým izolantem k tomu, že na měřítku celého čipu s jeho miliardami tranzistorů získáváme skutečná kamna, která spotřebovávají nepřiměřeně vysoké množství energie a vytvářejí obrovské množství odpadního tepla. Intel vyvíjí 45nm a 32nm technologických postupů Tento problém byl vyřešen nahrazením tradičního hradlového dielektrika materiálem s vysokým dielektrickým koeficientem (Hi-K) s přísadami oxidu hafnia. Bylo také zjištěno, že pro efektivní výrobu Hi-K dielektrik na bázi hafnia je nutné vyrobit hradlovou elektrodu z jiného materiálu: z kovu místo polykrystalického křemíku.
Další zásadní výzvou ve výrobě polovodičů jsou fyzikální omezení použití ultrafialového záření jako zdroje světla pro expozici fotorezistů. Faktem je, že ani nejmodernější ultrafialové přístroje s vlnovými délkami daleko za viditelným fialovým spektrem již nejsou schopny vystavit fotorezist pod maskami, protože mezery v těchto maskách jsou příliš malé pro průchod „hustých“ vln světla. V současné době se pro nejlepší expozici nejkritičtějších vrstev používají litografické nástroje „hlubokého ultrafialového záření“ (DUV, Deep Ultraviolet) s vlnovou délkou 193 nm, které vyčerpaly své možnosti již v době vývoje 0,1 mikronové bariéry ( 90 nm procesní technologie). Všechny pokusy o vytvoření laserů pro skenery a steppery s kratší vlnovou délkou – 157 nm, se před několika lety nezdařily kvůli nemožnosti vytvořit spolehlivou optiku pro takové osvitové systémy (nejlepší vzorky na bázi materiálů obsahujících fluor se nakonec nedokázaly zbavit dvojitý refrakční efekt a vysoká hygroskopicita). Vývojáři se proto stále musí vypořádat s difrakcí 193nm laserů naprosto fantastickým způsobem – pomocí vysokoaperturní optiky, vytvářením fotomasek s fázovým posunem a řadou dalších inženýrských triků. Dokonce i ve fázi vývoje 65nm procesní technologie vypadala fotomaska s fázovým posunem úžasně: není to vtip, vývojáři museli řešit složité optické rovnice založené na reverzní difrakci lomu světla v „zákoutích a skulinách“ stěn fotomasky. Fotomaska pro 32nm procesní technologii vypadá naprosto fantasticky: pokud kreslíme analogie, vezměte v úvahu, že máte za úkol nakreslit co nejpřesnější kresbu pro projekt kurzu, s přihlédnutím k tloušťce a sytosti čar, ale místo ostřených tužek nebo kreslící pera inkoustem, dostali jste kousek uhlí nebo křídy. To je stejný případ, kdy všichni autoři sci-fi na světě prostě „relaxují“ před géniem inženýrství.
Pro vývoj moderních precizních technických postupů je navíc nutné použít řadu dalších triků - jako je například dvojitá expozice, která má za následek skutečně výrazný vzor drážek.
A také proces imerzní litografie – tedy litografie pomocí speciální kapaliny mezi optikou a exponovanou deskou, umožňující další využití záření 193 nm.
Pro další využití křemíkových polovodičů pro výrobu čipů se v současnosti hledají alternativní nástroje pro expozici fotomasky. V laboratořích řady firem se tak již několik let testují instalace s lasery tzv. ultrahlubokého ultrafialového (EUV, Extreme Ultraviolet) o vlnové délce cca 13 nm. Toto záření je již mnohem blíže rentgenovému záření než světlu v tradičním slova smyslu, ale zde nejde o názvy a definice; fungovalo by to.
Bohužel s rozvojem EUV litografie to není tak růžové, jak se před několika lety, na úsvitu rozvoje této technologie, předpovídalo. Dostatečně výkonné zdroje záření ještě nebyly vyvinuty - průmyslová výroba vyžaduje výkon cca 50-100W, zatímco instalace s výkonem 10-20W jsou stále stabilní. Materiály vhodné jako „fotosenzitivní“ fotorezisty nebyly plně identifikovány. Výčet problémů pokračuje, ale faktem zůstává: litografická technologie EUV je stále daleko od komercializace. V současné době se také diskutuje o řadě dalších technik pro takzvanou litografii nové generace (NGL), včetně bezmaskové litografie, nanotisku a vylepšené dvouprůchodové expozice. To vše však pouze oddálí, nikoli však zruší smrt polovodičového křemíku.
Bude nanotechnologie roku 2020 „splňovat“ Mooreův zákon?
Nyní se podívejme na rozsah vývoje křemíkových polovodičových technologií v blízké dohledné budoucnosti.Reálnost dalšího technologického procesu se standardy 22 nanometrů, který by podle Moorova zákona měl jít do výroby v roce 2011, skutečně potvrdily experimentální studie řady firem. Konkrétně IBM, se kterou AMD a Freescale Semiconductor spolupracují, již stihlo vytvořit prototyp statického paměťového čipu (SRAM) využívající 22nm procesní technologii. Realitu 22nm procesní technologie potvrzuje i Intel, kde hodlají používat stejné 193nm nástroje v kombinaci s imerzní litografií a technikami dvojité expozice k výrobě čipů s takovými standardy. Vytvoření prototypu 28nm statické paměti s šířkou brány 24 nm oznámila také tchajwanská společnost TSMC. V laboratorních podmínkách se pomocí optické litografie vědcům již v roce 2003 podařilo získat experimentální tranzistor s šířkou hradla 10 nm. Můžeme tedy předpokládat, že schopnosti křemíkových polovodičů budou teoreticky stačit minimálně na další dvě etapy technologické evoluce. Maximálně tři. Tedy do roku 2015, maximálně do roku 2017.
A pak bude existovat fyzikální limit i pro „ideální“ tranzistor pracující v perfektním stavu ideální podmínky. Protože v takovém měřítku musíte operovat s rozměry jednotlivých atomů a tam, kde klasické techniky již neposkytují žádnou záruku stabilního provozu, zejména v měřítku miliard elektronických klíčů na čipu. Konec křemíkové éry polovodičového průmyslu je tedy za dveřmi. To však vůbec neznamená smrt samotného polovodičového průmyslu. Nyní vědci po celém světě studují různé vlastnosti látek, aby našli důstojnou náhradu za křemíkové polovodiče. Mezi takové vlastnosti patří hmotnost, náboj, spin různých látek, jejich vlnové a magnetické vlastnosti. A konečně, vznik nových tříd nanolátek s pozoruhodnými unikátními vlastnostmi také slibuje mnoho zajímavých objevů a objevů v blízké budoucnosti, z nichž některé by mohly být dobře převedeny do hromadné výroby elektroniky nové generace. Odkazy
POZNÁMKA: Conroe? dřívější kódové označení pro procesor Intel? Jádro? 2 Duo desktop, Merom ? dřívější kódové označení pro procesor Intel? Jádro? 2 Duo pro mobilní počítače.FAKT 1.
procesor Intel? Desktop Core?2 Duo poskytuje o 40 % rychlejší výkon a o 40 % nižší spotřebu energie než dvoujádrový Intel? Pentium? D předchozí generace. 1
? Poskytuje skutečně vynikající výkon a snadno nastavuje rekordy v různých benchmarkových a vlastních aplikacích.
? Díky efektivnější spotřebě tohoto procesoru mohou výrobci počítačů vytvářet menší, elegantnější a tišší počítače, zejména při použití čipových sad Intel? 965 Express.
FAKT 2.
Procesor Intel Core 2 Duo? Jedná se o třetí generaci dvoujádrových PC procesorů Intel.
? První generace obsahuje procesor Intel Pentium D pro stolní počítače.
? Patří procesor Intel do druhé generace? Jádro? Duo pro mobilní počítače.
FAKT 3.
Rozměry procesoru Intel Core 2 Duo vyrobeného 65nanometrovou výrobní technologií jsou tak malé, že?
? Asi 1400 tranzistorových hradel použitých v tomto procesoru bylo možné umístit na délku rovnou průměru lidského vlasu (průměrný průměr lidského vlasu je 50 mikronů, délka hradla je 35 nm).
? Tloušťka vrstvy oxidu křemičitého použité jako dielektrikum v hradle tranzistoru tohoto procesoru je 1,2 nm. Bylo by zapotřebí 90 000 takových vrstev, aby jejich celková tloušťka odpovídala tloušťce 1 dolarové bankovky (1 dolarová bankovka má tloušťku asi 0,01 cm).
? Ve třetím čtvrtletí roku 2006 oslaví Intel první výročí uvedení 65nanometrové čipové technologie.
FAKT 4.
Procesor Intel Core 2 Extreme je mnohem rychlejší než jiné procesory. Zde jsou některé z jeho záznamů v testech výkonnosti v průmyslu: 2
? První, kdo získal více než 400 bodů v testu SYSmark*2004 SE3; spodní řádek? 405 bodů.
? První, kdo získal více než 200 bodů v testu Webmark*20043; konečné skóre bylo 227 bodů.
? První, kdo získal více než 3000 bodů v testu SPECint*_base20004; spodní řádek? 3099 bodů.
? První, kdo získal více než 3000 bodů v testu SPECfp*_base 20004; konečné skóre bylo 3046 bodů.
FAKT 5.
Pro lepší představu o rychlosti procesoru Intel Core 2 Duo můžeme udělat další srovnání?
? Procesor Intel 4004, představený v roce 1971, běžel na frekvenci 108 kHz (108 000 hertzů). Takt procesorů Intel Core 2 Duo přesahuje 2 GHz (2 miliardy hertzů). Pokud by rychlost aut od roku 1971 rostla stejným tempem jako takt procesorů, pak by se dnes vzdálenost z Moskvy do Irkutska dala ujet za méně než 10 sekund (na základě skutečnosti, že v roce 1971 byla rychlost automobilu 100 km/h a vzdálenost z Moskvy do Irkutska je asi 5000 km).
FAKT 6.
Obsahuje procesor Intel Core 2 Duo kolosální počet tranzistorů? 291 milionů.
? To jsou téměř dva tranzistory na každého obyvatele Ruska.
? V procesoru Intel Core 2 Duo je více tranzistorů, než je minut za 552 let.
? Pokud vezmete stejný počet 1-centových mincí, kolik je tranzistorů v procesoru Intel Core 2 Duo, a naskládáte je do sloupce, bude výška výsledné věže? bude 457 kilometrů. Pokud z těchto mincí vytvoříte řetěz a umístíte je blízko sebe, jeho délka bude větší než vzdálenost mezi Moskvou a Irkutskem (tloušťka 1 centové mince je 1,6 mm, průměr je 1,9 cm. Vzdálenost od z Moskvy do Irkutska? asi 5000 kilometrů).
FAKT 7.
Očekává se na základě současných prognóz, že stolní procesor Intel Core 2 Duo poroste rychleji než procesory Intel? Pentium? a Intel? Pentium? 4, stejně jako nové mikroarchitektury obecně.
? Intel plánuje, že do konce letošního roku přesáhne podíl dvoujádrových procesorů, které vyrábí pro vysoce výkonné a masové segmenty, 75 %.
FAKT 8.
Budou nejpokročilejší podnikové počítače s architekturou Intel postaveny na technologii Intel? vPro?, který bude založen na procesorech Intel Core 2 Duo.
? Technologie Intel vPro, podporovaná procesory Intel Core 2 Duo, poskytne téměř 2x vyšší výkon než rok staré profesionální obchodní platformy; Navíc bude podporovat technologii Intel? Technologie aktivní správy a virtualizace fungují, i když počáteční náklady na systém zůstanou téměř stejné.
? Využití technologie vPro pomůže výrazně snížit počet návštěv IT specialistů na uživatelská pracoviště a počet manuálních operací. I když pouze 5 až 15 % poruch PC vyžaduje návštěvu specialisty pracoviště uživatele, náklady na taková volání jsou asi 50 % nákladů na podporu PC (výzkum Intel/Zenith).
FAKT 9.
Jsou nejpokročilejší spotřebitelské počítače s architekturou Intel založeny na technologii Intel? Viiv?, který je založen na procesorech Intel Core 2 Duo.
? Nejnovější platformy Díky technologii Intel Viiv s procesory Intel Core 2 Duo poskytuje bezkonkurenční úroveň výkonu pro přehrávání ve vysokém rozlišení a podporuje současné zpracování více mediálních toků. Je čas na digitální zábavu! Počet uživatelů stahujících hudební soubory přes internet letos převýší počet kupujících audionahrávek na fyzických nosičích (výzkum Instat); Koupí si letos digitální audio přehrávače více než 80 milionů uživatelů? více vizuální srovnání, to je přibližně jedna na každého obyvatele Německa (podle ABI Research).
FAKT 10.
Počítač založený na technologii Intel Viiv s procesorem Intel Core 2 Duo je nejlepší pro vytváření a úpravu souborů digitálních médií.
? Platforma založená na technologii Intel Viiv s procesorem Intel Core 2 Duo dokáže automaticky opravit o 65 fotografií více nebo převést o 36 hudebních skladeb více za pět minut než systémy založené na procesorech předchozí generace.
1. Technologický postup
2. Frekvence CPU
3. Odvod tepla
4. Vyrovnávací paměť, úrovně
5. Intel, AMD
6. Patice - způsob uchycení procesoru
7. Jak vybrat procesor?
Technologický proces
Proces vývoje procesoru, pokud se necháte unést, je zajímavou činností. Vše začalo mikroobvody, jejichž frekvence se měřila v kilohertzech. Poté se technologie zlepšila, tranzistorů bylo stále více, jejich velikosti se zmenšovaly a zmenšovaly, čímž se zvyšovala frekvence, snižovala se spotřeba energie a tvorba tepla. Výsledkem je, že dnes máme procesory, jejichž frekvence se měří na několika gigahertzech a díky snížení technického procesu je možné osadit několik krystalů (jader) do jednoho substrátu a umístit obrovské množství tranzistorů a přidat paměť do procesoru (cache).
V důsledku toho máme efektivní vícejádrové procesory s vysoká frekvence, víceúrovňová paměť, snížená spotřeba energie a relativně nízký odvod tepla.
Technologické procesy začaly od 10 mikrometrů (µm - 10 -6) a dnešní procesy jsou až 10 nanometrů (nm - 10 -9)
Stručně, proces tvorby: Kus křemíku se roztaví do válcového tvaru, poté se nařeže na tenké plátky a na ně se nanesou mikroobvody, poté se vše namontuje do pouzdra a utěsní. Všechny fáze výroby jsou velmi složité a high-tech.
Takto vypadá deska s natištěnými mikroobvody.
A mírně zvětšená verze talíře s hotovými krystaly.
22 nm a 20 nm technické procesy odpovídají výrobě dnešních procesorů: Intel Ivy Bridge, Intel Haswell(Celeron, Pentium, Core i3, Core i5, Core i7).
Celeron a Pentium z této skupiny v moderních modifikacích. Mírně vylepšeno kvůli cenové dostupnosti, přidána podpora pro 64bitovou bitovou hloubku, mezipaměť, ale stále špatně zvládá moderní úkoly, zejména Celeron.
Počet tranzistorů v procesorech se od jejich vzniku pohyboval od několika tisíc až po dnešní téměř 2 miliardy!
Zajímalo by mě, jestli existuje nějaký limit?
Frekvence CPU
Dalo by se říci, že čím vyšší frekvence, tím lépe, ale není to vůbec pravda. Je lepší, když jsou procesory vyrobeny podle stejné architektury. V ostatních případech závisí výkon na architektuře procesoru, úrovních a velikosti mezipaměti procesoru a také na frekvenci systémová sběrnice. Pokud je méně (obvykle je to méně), frekvence procesoru se sníží na jeho frekvenci a procesor bude nečinný, zatímco se data přenášejí přes systémovou sběrnici (základní desku).
První procesor byl představen 15. listopadu 1971 a měl frekvenci 740 kHz. Nejvýkonnější procesory dnes dokážou dosáhnout frekvencí až 5 GHz.
Existuje další mylný názor (sám jsem od některých slyšel), že pokud je procesor vícejádrový a má frekvenci řekněme 2,6 GHz, tak každé jádro pracuje na této frekvenci. To je absolutně není pravda! Toto je celková frekvence všech jader. Tuto maximální frekvenci je nutné vydělit počtem jader a získáme frekvenci jednoho jádra.
Níže je uveden přibližný graf změn frekvence procesoru (GHz) a technologického procesu (nm).
Postupem času se procesní technologie zmenšuje, frekvence se zvyšuje a spotřeba energie klesá.
Tepelný rozptyl (TDP)
Procesory alokují velký počet teplo, bez chlazení, doslova za čtyři sekundy se mohou zahřát až na 90 stupňů a přirozeně se spálit, a pokud existuje systém ochrany proti přehřátí, vypněte systém.
Proto je důležité sledovat stav chladiče s chladičem, pravidelně jej čistit od prachu a v případě potřeby chladič promazat nebo vyměnit. Přehřátí může být také důsledkem brzdění a zamrznutí systému.
Pokud porovnáme odvod tepla mezi výrobci procesorů Intel a AMD, pak tito tito mají mnohem vyšší. Což mi osobně osobně nesedí. Protože se procesor bude více zahřívat, proto bude chlazení pracovat intenzivněji, pumpovat s ním více vzduchu a prachu, což vede k rychlému zanášení chladiče a chladiče, růstu prachové krusty, ucpávání žeber chladiče, ucpání průchodu vzduchu a přehřívání, stejně jako hluk z intenzivního otáčení chladiče, protože se bude snažit ochladit systém větším výkonem.
Cache - paměť (SRAM), úrovně (L1, L2, L3)
Zde práci krátce popíšu. O všech typech pamětí se dočtete v článku Paměť s náhodným přístupem (RAM).
Máme procesor, má paměť L1 první úrovně, pracuje na frekvenci rovné frekvenci procesoru, to znamená, že data uložená v této paměti budou procesorem okamžitě zpracována. Pokud tato data nejsou v této paměti, pak se přistupuje do paměti úrovně L2, která je o něco pomalejší, ale její objem je o něco větší. Dále, pokud v paměti vyšší úrovně nejsou žádná data, přistupuje se k paměti úrovně L3, pokud existuje, podobně je pomalejší, ale větší. No a nakonec je tu apel na paměť s náhodným přístupem.
Během přístupu k paměti RAM je procesor nečinný. Odstávka trvá trochu času, několik zlomků sekundy, ale celkově to může trvat dlouho.
Intel, AMD
Právě Intel a AMD jsou lídry trhu ve výrobě procesorů, zejména Intel s podílem cca 87 %.
Nezačnu nejstaršími procesory, ale pojďme se podívat na ty nejpopulárnější dnes. Seznam je obecný, protože mikroarchitektura může také zahrnovat další technické procesy pod svými vlastními kódovými názvy:
Nehalem(1. generace).
64bitové procesory: EM64T - Microarchitecture Sandy Bridge(2. generace)
64bitové procesory: EM64T - Microarchitecture most z břečťanu(3. generace)
64bitové procesory: EM64T - Microarchitecture Haswell(4. generace)
V prvním a druhém generace Intel Na Celeron a Intel Pentium by se při nákupu nemělo ani myslet, už přežily svou užitečnost a nezvládají moderní úkoly.
i3,i5,i7 jsou rozděleny podle generace velmi jednoduše, první číslicí v označení, například:
Intel Core i3 2100T - 2,5 GHz, první číslice u 2100T je 2, což znamená procesor druhé generace.
Intel Core i5 3450 - 3,1 GHz, první číslice v 3450 je 3, což znamená procesor třetí generace.
Intel Core i7 4770 - 3,4 GHz, první číslice v 4770 je 4, což znamená procesor třetí generace.
Pokud v označení chybí první číslice 2,3,4, pak se pravděpodobně jedná o procesor první generace.
Podívejme se na aktuální řadu procesorů AMD FX.
AMD Desktop Microarchitecture - Buldozer
Čtyřjádrové procesory:
Šestijádrové procesory:
Osmijádrové procesory:
Společným rozdílem všech je podpora některých technologií, které nepotřebujeme, počet jader a frekvence procesoru. Hlavním rozdílem je cena. Stále jsem psal, že nemám rád AMD pro jeho obrovský odvod tepla, ale můžete si vybrat model srovnatelný s výkonem Intel, ale levnější. I když, pokud se procesor více zahřívá, potřebujete vhodné chlazení, které bude také stát pěkný cent, takže možná nemá cenu hledat levnější analog?
Socket - způsob montáže procesoru
Socket je speciální konektor na základní desce určený pro instalaci procesoru. Na základních deskách výrobci uvádějí, jaké typy procesorů podporují, to se dočtete na krabici nebo v popisu. A v popisu procesorů je také uvedeno, jaké sockety podporují. Buď opatrný. To platí i pro uchycení chladiče procesoru. Držáky radiátorů mohou být univerzální, to znamená vhodné pro několik zásuvek.
Při instalaci procesoru na základní desku existují „klíče“ (štítky). správná instalace. Například zkosený roh na procesoru a patici nebo výstupky či prohlubně v substrátu procesoru a naopak na konektoru.
Příklad toho, jak vypadají štítky na Socket AM3
Příklad zásuvky 775
A poslední příklad Sockets LGA 1366, 1150, 1155, 1156. Vzhledově se zdá, že vypadají stejně, ale při instalaci procesoru uvidíte rozdíl a nemožnost nesprávné instalace do patice. Musíte si přečíst popis nebo vlastnosti.
Odkud tato rozmanitost pochází? Výroba procesorů se neustále zdokonaluje, mění se počet pinů a aby nedošlo k zmatkům v podpoře a instalaci procesoru, vymýšlejí různé způsoby upevnění
Jak vybrat procesor?
Pokud jde o hry, stále budete muset přeplatit za vestavěnou grafiku, protože špičkové procesory jsou dodávány s vestavěným videem a navíc budete muset vyndat výkonnou grafickou kartu. Vše záleží na vašich preferencích. K čemu budete počítač používat? Pokud pro práci s dokumenty, surfování po internetu, sledování videí, tak to není to nejlepší výkonný procesor. Ještě bych připsal, že volí něco jiného než vestavěnou grafiku, ale trendem je, že už to implementují skoro všechny procesory. Je to pravděpodobně ještě k lepšímu, nemusíte kupovat grafickou kartu samostatně.
Asi nejvíc nejlepší možnost Dnes by to bylo pořízení procesoru i5 od Intelu druhé generace, nebo v krajním případě i3 na patici LGA1155, protože tyto procesory jsou ve víceméně dostupné cenové kategorii. Procesory na i7 jsou příliš drahé a v budoucnu, až ceny klesnou, můžete snadno upgradovat na výkonnější procesor. Zbylé úpravy podle mě nestojí za úvahu, jsou na socketech předchozích generací, bez možnosti aktualizace konfigurace.
Například mám stále základní deska na Socket LGA775 s procesorem Intel Core 2Duo od roku 2008. Maximálně to můžu upgradovat tak, že přidám RAM a třeba nainstaluju SSD disk. Pokud chci vylepšit svůj počítač, budu muset aktualizovat celý počítač, protože moje základní deska již nepodporuje procesory nové generace, podpora RAM je pouze DDR2 a nové mají DDR3 nebo 4.
V každém případě byste se měli zaměřit na procesory, které podporují aktuální a rozšířený Socket, abyste v budoucnu s větší pravděpodobností aktualizovali hardwarovou konfiguraci. I když existuje možnost, že se objeví nové typy procesorů a konektorů, kupte si to, co je aktuálně na trhu aktuální. Proslýchá se také, že procesory od Intelu budou pouze podporovat operační systém Windows 10 a vyšší, ti, kterým se to nelíbí, by o tom měli také přemýšlet.
Existuje takový báječný web CPUBoss, kde můžete porovnávat procesory mezi sebou z hlediska výkonu, parametrů a ceny. Zadejte tedy název procesorů a vyberte si ten nejlepší pro vás.
Tranzistor. Zajímavosti
- První přenosné rádio mělo pouhé čtyři tranzistory, první mikroprocesor Intel obsahoval 2 300 tranzistorů a nejnovější 45nanometrové čtyřjádrové procesory Intel uvedené na trh v listopadu 2007 mají až 820 milionů tranzistorů.
- Velikost 45nanometrového tranzistoru je 2000krát menší než průměr lidského vlasu.
- Na hlavu kolíku lze umístit více než 30 milionů 45nm tranzistorů.
- První tranzistor, který vytvořili výzkumníci z Bell Labs v roce 1947, bylo možné držet v ruce, zatímco stovky nejnovějších 45nanometrových tranzistorů Intelu se vejdou na povrch jediné lidské červené krvinky.
- Náklady na tranzistor integrovaný na čipu nejnovější procesor Intel, asi milionkrát nižší než průměrná cena polovodičového tranzistoru, který se v roce 1968 stal základem integrovaných obvodů. Kdyby ceny aut klesaly tak rychle, nové auto by dnes stálo asi 1 cent.
- Analytici odhadují, že počet procesorů dodaných na planetu každý rok obsahuje přibližně 10 19 tranzistorů, což je přibližně 100krát více než celá populace mravenců žijících na Zemi.
Etapy dlouhé cesty
Televize, auta, rádia, lékařské a domácí spotřebiče, počítače, raketoplány a dokonce i programovatelné dveřní zámky v hotelech – je asi těžké si představit byť jen jedno více či méně složité elektronické zařízení, které nás obklopuje a které nepoužívá tranzistory. Vynález tranzistoru před 60 lety ve výzkumném středisku Bell Labs byl hlavním faktorem, který podnítil mnoho pozoruhodných inovací a technologického pokroku. Ve skutečnosti by bez tranzistoru byla existence téměř celého moderního elektronického a digitálního průmyslu nemožná. Byl to tranzistor - maličké zařízení, prvek mikroobvodu, který funguje jako miniaturní spínač a umožňuje tak implementaci algoritmů pro zpracování informací - který zajistil fenomenální triumf počítačů.
Jaké je tajemství úspěchu? Mikroelektronika se neustále rozvíjí a neustále obohacuje vědeckou a technickou komunitu o inovace. S každou novou generací technologických postupů jejich výroby jsou tranzistory stále kompaktnější, rychlejší a úspornější ve spotřebě energie. V listopadu 2007 inženýři Intelu – poprvé v dlouhé historii polovodičových integrovaných obvodů – prolomili křemíkový „monopol“ ve výrobě tranzistorů a zavedli nové materiály do struktury polovodičových součástek. To umožnilo vytvoření mikroprocesorů založených na mikroarchitektuře Intel® Core™, využívající revoluční 45nm výrobní technologii využívající high-k hafniový hradlový izolátor (dielektrikum) a kovové hradlo, které poskytuje rekordní výkon a efektivní spotřebu energie.
Co bude dál? Intel hodlá i nadále posouvat hranice možného prostřednictvím technologických inovací a vytvářet nové typy produktů, které mohou zásadně změnit způsob, jakým pracujeme, hrajeme a komunikujeme.
"Zapnuto vypnuto"
Za oficiální datum zrodu prvního tranzistoru je považován 23. prosinec (podle jiných zdrojů - 16. prosinec) 1947. Autory tohoto nádherného vynálezu byli američtí fyzici William Shockley, John Bardeen a Walter Brattain. Pravda, vědecká komunita zpočátku tento vynález přivítala spíše chladně, ale již v roce 1956 byli všichni tři Američané oceněni Nobelovou cenou za fyziku. John Bardeen se navíc následně stal jediným v historii Nobelovy ceny, který vyhrál dvakrát ve stejné kategorii: druhá cena v oblasti fyziky mu byla udělena v roce 1972 za vytvoření teorie supravodivosti.
Samotný název – „tranzistor“ vymyslel jejich kolega John R. Pierce. V květnu 1948 vyhrál interní soutěž organizovanou mezi zaměstnanci laboratoře o nejúspěšnější název pro tehdy jen pár měsíců starý vynález. Slovo „tranzistor“ je vytvořeno spojením dvou pojmů: „transkonduktance“ (aktivní mezielektrodová vodivost) a „proměnný odpor“ nebo „varistor“ (proměnný odpor, varistor).
První, kdo aktivně využíval tranzistory, byli radioamatéři, kteří pomocí těchto elementárních zařízení zesilovali signál. Proto se první přenosná bezdrátová rádia z padesátých let nazývala tranzistorová, nebo dokonce jednoduše „tranzistory“. Postupem času se však začaly používat především jako prvky integrovaných obvodů, což dalo tranzistoru klíčovou roli v technologickém pokroku člověka za posledních čtyřicet let.
Je zajímavé poznamenat, že tranzistor v podstatě dělá to, co dělá běžný spínač: zapíná a vypíná proud. Poloha zapnuto pro tranzistor znamená „1“, poloha vypnuta znamená „0“. Obrovské množství tranzistorů na integrovaném obvodu generuje jedničky a nuly, které tvoří počítačově srozumitelný binární kód – „jazyk“, který počítače používají při výpočtech, zpracování textu, přehrávání filmů a zvuku, zobrazování obrázků. .
Tranzistory a... rock'n'roll
První tranzistor, ve kterém protékal proud po povrchu polovodiče, sloužil k zesílení elektrického signálu, který jím procházel - tranzistory se s tímto úkolem vypořádaly efektivněji než v té době populární, ale objemnější a křehčí elektronky.
Aby se popularizace tranzistorů co nejvíce urychlila, rozhodlo se výzkumné centrum Bell Labs licencovat technologii tranzistorů. Licenci zakoupilo 26 společností za cenu 25 000 USD. Aby však byla tranzistorová technologie komerčně úspěšná, bylo nutné upoutat pozornost masového publika. To bylo možné díky tranzistorovým rádiím. První model takového zařízení, obsahující až čtyři tranzistory, byl představen v říjnu 1954. S příchodem přenosného rádia získali rádioví fanoušci možnost poslouchat hudbu a přijímat informace kdekoli - toho okamžitě využili mladí lidé, kteří měli možnost uniknout z péče rodičů a prosadit se pomocí nové subkultury . Přenosné rádio tedy podnítilo novou revoluci... a v hudbě - rock and roll zněl éterem všude!
Integrovaný obvod
Koncem 50. let se tranzistor „usadil“ v rádiích, telefonech a počítačích, a přestože jeho rozměry byly mnohem menší než u elektronek, na vytvoření nové generace elektronických zařízení to zjevně nestačilo. K realizaci obrovského výpočetního potenciálu tranzistorů, jejich hromadné výrobě a snížení nákladů byl zapotřebí další vynález.
V roce 1958 Jack Kilby z Texas Instruments a Robert Noyce z Fairchild Semiconductor, který se později stal jedním ze zakladatelů Intel Corporation, vynalezli způsob, jak kombinovat velké číslo polovodičových tranzistorů do jednoho integrovaného obvodu nebo mikroobvodu. To byl obrovský krok vpřed – vždyť dříve samostatné komponenty elektrické schéma musel být připojen ručně.
Čipy měly dvě výhody: nižší cenu a vyšší výkon. Obě výhody vyplývaly z miniaturizace, která umožnila exponenciální zmenšení velikosti zařízení a mimořádnou dynamiku ve výrobním procesu. Gordon Moore, který v roce 1968 spolu s Noycem založil procesorový gigant Intel, formuloval předpověď v článku v časopise, který byl publikován v roce 1965 a stal se známým jako „Moorův zákon“. Podle tohoto zákona se měl počet tranzistorů v mikroobvodu zdvojnásobit každých jeden a půl až dva roky, což by zase přineslo zvýšení výpočetního výkonu a snížení konečných nákladů na produkt při jeho hromadné výrobě. Schopnost umístit mnoho kompaktních prvků na malý povrch se ukázala jako kritický faktor pro úspěšný rozvoj čipů.
Výrobci čipů byli schopni udržet tento exponenciální nárůst hustoty tranzistorů na čipu po celá desetiletí. První počítačový mikroprocesor společnosti Intel® Corporation, 4004, uvedený na trh v roce 1971, obsahoval 2 300 tranzistorů. V roce 1989 měl procesor Intel® 486 již 1 200 000 a v roce 2000 překonal procesor Intel® Pentium® 4 42 milionů. Nový čtyřjádrový procesor Intel® Core™ 2 Extreme je postaven na 45nm výrobní technologii a obsahuje 820 milionů tranzistorů.
Atom hry
Neustále se předpovídá, že Moorův zákon zemře. Nekonečný exponenciální růst je z definice nemožný – a přesto se výrobcům procesorů stále daří toto omezení obejít. Loni v září Gordon Moore řekl, že zákon pojmenovaný po něm má všechny šance, že zůstane v platnosti ještě minimálně 10-15 let, ale pak se mohou objevit nové zásadní překážky jeho implementace. Tak či onak tento nejslavnější zákon počítačového světa 21. století čekaly těžké časy.
Bitva o miniaturizaci vyčerpala jednu z nejkritičtějších součástí tranzistoru: vrstvu oxidu křemičitého (SiO2), která slouží jako izolační vrstva mezi bránou tranzistoru a kanálem, kterým protéká proud, když je tranzistor zapnut. S každou novou generací procesorů se tato izolační vrstva ztenčila – až do doby před dvěma generacemi její tloušťka dosahovala 1,2 nm, neboli 5 atomů. Inženýři Intelu již nebyli schopni tuto vrstvu ztenčit alespoň o jeden atom navíc.
S klesající tloušťkou izolační vrstvy se zvětšoval svodový proud. Izolační vrstvou začal uvnitř tranzistoru procházet proud, změnilo se chování zařízení, začalo odvádět stále větší množství energie. Tím se zvýšila proudová spotřeba procesoru a při jeho provozu se vytvářelo další teplo.
Základní limit
Svodový proud tranzistorů se stal hlavním problémem v polovodičovém průmyslu: bez průlomu v této oblasti se dlouho předpovídaná základní hranice stala nepřekonatelnou. Navíc by to znamenalo nejen konec Moorova zákona – digitální revoluce posledních desetiletí by se náhle zastavila. Počítačové procesory, které každých 24 měsíců prakticky zdvojnásobily svou produktivitu, mohly upadnout v zapomnění.
K vyřešení krize bylo nutné zvětšit tloušťku izolační vrstvy, ale tuto silnější vrstvu vyrobit z jiného dielektrického materiálu s vyšší dielektrickou konstantou (high-k), aby byla zachována povaha interakce hradlo-kanál. V lednu 2007 Intel oznámil, že poprvé za čtyřicet let nebude izolační vrstva vyrobena z oxidu křemíku, ale z materiálu na bázi hafnia, stříbrošedého kovu, který má lepší elektrické vlastnosti než křemík a může snížit úniky. proudu o faktor deset. Sám Gordon Moore nazval tento významný úspěch „nejdůležitější změnou v technologii tranzistorů od konce šedesátých let“.
Tento průlom však vyřešil problém jen z poloviny. Nový materiál se ukázal jako nekompatibilní s důležitou součástí tranzistoru – hradlem. Ještě horší je, že tranzistory s novým izolačním materiálem pracovaly méně efektivně než se starým. Poté bylo navrženo nahradit materiál závěrky: Intel Corporation objevila unikátní kombinaci kovů, jejíž složení je přísně tajné.
12. listopadu 2007 Intel představil novou generaci procesorů založených na těchto materiálech a 45nanometrové výrobní technologii. Nová výrobní technologie, tenčí než předchozí 65nanometrová, umožnila Intelu téměř zdvojnásobit počet tranzistorů umístěných na stejné ploše matrice – nyní bylo možné si vybrat mezi zvýšením celkového počtu tranzistorů nebo zmenšením velikosti procesoru. . Nové tranzistory vyžadují k zapnutí a vypnutí o 30 % méně energie. Výsledkem je, že nová generace procesorů Intel, vyráběná 45nanometrovou výrobní technologií, prokazuje nejen rekordní výkon, ale také znamená průlom v oblasti spotřeby energie.
Nárůst výpočetního výkonu, který je důsledkem Moorova zákona, umožňuje lidstvu efektivněji vypočítat způsoby řešení nejdůležitějších problémů, kterým čelí: klimatické změny, dědičné choroby, tajemství genetiky atd. Moderní způsoby a míry řešení takových před pěti lety bylo obtížné si vůbec představit. Nové aplikace pomáhají měnit naše životy a dělají je ještě bezpečnějšími...
Počet tranzistorů v procesoru:
Procesory a technologie výroby: