Корпорация Intel изготовила первые прототипы процессоров, содержащие новые транзисторы очень малых размеров и созданные на основе 45- нанометровой технологии производства, тем самым ускоряя развитие эры многоядерных вычислений.
Корпорация Intel сообщила об одном из самых значительных достижений в фундаментальных принципах проектирования транзисторов. Было объявлено, что специалисты Intel уже используют два совершенно новых материала для создания изоляционных стенок и логических затворов транзисторов на основе 45-нанометрового производственного процесса. Многоядерные процессоры семейств Intel® Core™ 2 Duo, Intel® Core™ 2 Quad и Intel® Xeon® следующего поколения будут содержать сотни миллионов таких микроскопических транзисторов, или электронных переключателей. Корпорация Intel также заявила, что уже располагает работоспособными опытными образцами пяти процессоров из 15 своих будущих продуктов, выпуск которых запланирован с применением новой 45-нанометровой производственной технологии.
Использование новых транзисторов позволит достигнуть новых уровней производительности процессоров для настольных ПК, ноутбуков и серверов, обеспечив при этом существенное сокращение тока утечки. Новая технология позволит не только уменьшить размеры процессоров, но и снизить энергопотребление, уровень шума и стоимость ПК. Этот фундаментальный технологический прорыв Intel также создает уверенность в том, что закон Мура, постулат индустрии высоких технологий, который гласит, что количество транзисторов в микросхеме удваивается примерно каждые два года, не потеряет своей актуальности и в следующем десятилетии.
Специалисты корпорации Intel уверены, что создание первых работоспособных прототипов процессоров, произведенных по 45-нанометровой технологии, позволило опередить других игроков из полупроводниковой промышленности более чем на год. Эти новые процессоры Intel относятся к семейству 45-нанометровой продукции следующего поколения под кодовым наименованием Penryn. Изготовленные опытные образцы процессоров предназначены для пяти различных сегментов компьютерного рынка, на них успешно была протестирована работа ОС Windows* Vista*, Mac OS X*, Windows* XP и Linux, а также различных приложений. Как и было запланировано ранее, корпорация Intel намерена начать массовый выпуск продукции на основе 45-нанометровой производственной технологии во второй половине текущего года.
Новые транзисторы Intel: применение материала High-k и металлов на основе 45-нанометрового производственного процесса
Корпорация Intel первой в индустрии начала использовать инновационное сочетание новых материалов, которое позволяет значительно сократить токи утечки транзисторов и повысить их производительность, в своей 45-нанометровой производственной технологии. Для создания диэлектрика затвора транзистора применяется новый материал называемый high-k, а для электрода затвора транзистора использовано новое сочетание металлических материалов.
«Начало применения таких новых материалов как high-k и металл знаменует самое большое изменение в технологии создания транзисторов с конца 60-х годов прошлого века, когда появились МОП-транзисторы с затворами из поликристаллического кремния», – считает Гордон Мур (Gordon Moore), один из со-основателей корпорации Intel и автор одноименного закона, по сей день определяющего развитие полупроводниковой индустрии.
Транзисторы – это миниатюрные переключатели, с помощью которых реализуются «нули» и «единицы», принятые в цифровом мире. Затвор предназначен для включения и выключения транзистора. Во включенном состоянии транзистор пропускает ток, а в выключенном – нет. Диэлектрик затвора расположен под электродом затвора. Он предназначен для изоляции затвора, когда ток проходит через транзистор. Сочетание металлических затворов и диэлектриков из материала high-k позволяет создавать транзисторы с очень низким током утечки и рекордной скоростью переключения.
«В то время как количество транзисторов, размещаемых на одном кремниевом кристалле, постоянно растет, вся наша отрасль продолжает искать решения для борьбы с токами утечки, – отметил Марк Бор (Mark Bohr), старший заслуженный инженер-исследователь корпорации Intel. – Работая в этом направлении, наши инженеры и конструкторы добились значительных успехов, которые упрочат передовые позиции для продукции Intel и разрабатываемых компанией инноваций. Применение новаторских транзисторов с затворами на базе диэлектриков high-k и металлических электродов в сочетании с 45-нанометровой производственной технологией позволит корпорации Intel выпускать еще более быстрые и энергосберегающие многоядерные процессоры, которые вдохнут новую жизнь в наши успешные семейства продукции Intel Core 2 и Intel Xeon. Кроме того, этот технологический прорыв является гарантией того, что закон Мура будет справедлив и в следующем десятилетии».
Чтобы оценить размеры новых транзисторов, можно провести несколько сравнений. Например, на поверхности, равной площади красной кровяной клетки человека, можно разместить 400 транзисторов Intel, изготовленных по 45-нанометровой технологии. Новые транзисторы Intel имеют в 5,5 раз меньший размер и занимают в 30 раз меньшую площадь, чем транзисторы десятилетней давности, которые изготовлялись с применением самой современной на то время 250-нанометровой технологии производства.
В соответствии с законом Мура количество транзисторов на кристалле удваивается каждые два года. Этот закон открывает перед корпорацией Intel огромные возможности для внедрения инноваций, повышения степени интеграции, добавления новых функций, увеличения количества вычислительных ядер, повышения производительности, снижения производственных затрат и стоимости одного транзистора. Но чтобы сохранить такой темп инноваций, необходимо постоянно уменьшать размеры транзисторов. К сожалению, возможности традиционных материалов практически исчерпаны, поскольку при достижении атомных масштабов увеличивается тепловыделение и начинают действовать фундаментальные физические ограничения. Поэтому применение новых материалов позволит продлить действие закона Мура и даст начало новому этапу информационной эры.
«Рецепт» Intel на основе новых материалов для 45-нанометровой производственной технологии
Диоксид кремния уже более 40 лет используется для изготовления диэлектриков затвора транзистора благодаря легкости его применения в массовом производстве и возможности постоянного повышения производительности транзисторов за счет уменьшения толщины слоя диэлектрика. Специалистам Intel удалось уменьшить толщину слоя диэлектрика до 1,2 нм (что равнозначно всего пяти атомарным слоям) – такой показатель был достигнут на используемой в настоящее время 65-нанометровой технологии производства. Но дальнейшее уменьшение приводит к усилению тока утечки через диэлектрик, в результате чего растут потери тока и тепловыделение.
Рост тока утечки через затвор транзистора по мере уменьшения толщины слоя диэлектрика из диоксида кремния является одним из самых труднопреодолимых технических препятствий на пути следования закону Мура. Для решения этой принципиальной проблемы корпорация Intel заменила диоксид кремния в диэлектрике затвора на тонкий слой из материала high-k на основе гафния. Это позволило уменьшить ток утечки более чем в 10 раз по сравнению с диоксидом кремния, который используется в микроэлектронике уже более четырех десятилетий.
Материал high-k диэлектрика затвора не совместим с традиционными кремниевыми электродами затвора, поэтому в качестве второй составляющей «рецепта» Intel для ее новых транзисторов, создаваемых на основе 45-нанометрового техпроцесса, стала разработка электродов с применением новых металлических материалов. Названия конкретных металлов, которые использует Intel, держатся в секрете, однако известно, что для изготовления электродов затвора транзистора применяется комбинация различных металлических материалов.
Сочетание диэлектрика затвора на основе материала high-k и металлических электродов, используемых для 45-нанометровой производственной технологии Intel, обеспечивает увеличение управляющего тока более чем на 20% и соответствующее повышение производительности транзисторов. В то же время более чем в 5 раз сокращается утечка тока от истока к стоку, т. е. снижается энергопотребление транзистора.
45-нанометровая производственная технология Intel также позволяет практически в два раза повысить плотность размещения транзисторов на кристалле по сравнению с технологией предыдущего поколения. В результате на одном кристалле можно будет разместить больше транзисторов или уменьшить размеры процессоров. Так как новые транзисторы меньше своих предшественников, то для их включения и выключения необходимо меньше электроэнергии, что позволяет снизить активное напряжение переключения приблизительно на 30%. Для внутренних соединений в 45-нанометровой производственной технологии Intel будут использоваться медные проводники в сочетании с диэлектриками low-k, что обеспечит дополнительное повышение производительности и снижение энергопотребления. Планируется также использование новых топологических проектных норм и передовых методов создания масок, которые позволят применять текущую 193-нанометровую технологию сухой литографии для производства 45-нанометровых процессоров, т. к. этот процесс является наиболее экономичным и широко используемым для массового производства.
Семейство процессоров с кодовым названием Penryn позволит повысить энергоэффективную производительность
Семейство процессоров с кодовым названием Penryn основано на микроархитектуре Intel® Core™ и является очередным шагом на пути выполнения обязательств корпорации Intel по внедрению новых производственных технологий и микроархитектур каждые два года. Сочетание передовой 45-нанометровой технологии, возможностей крупносерийного производства и революционной микроархитектуры позволило корпорации Intel уже сейчас создать первые работоспособные образцы 45-нанометровых процессоров с кодовым названием Penryn.
В настоящее время в стадии разработки находятся более 15 моделей процессоров на основе 45-нанометровой технологии, которые предназначены для сегментов настольных ПК, мобильных систем, рабочих станций и корпоративных серверов. В двухъядерных процессорах 45-нанометрового семейства Penryn будет содержаться более 400 миллионов транзисторов, а в четырехъядерных – более 800 миллионов. Новые улучшенные характеристики на уровне микроархитектуры обеспечат повышенную производительность и расширенные функции управления энергопотреблением, при этом увеличится также внутренняя тактовая частота процессорных ядер, а объем кэш-памяти сможет составлять до 12 МБ. В семействе процессоров с кодовым названием Penryn будет реализовано около 50 новых инструкций Intel SSE4, которые позволят расширить возможности, а также повысить производительность при работе с мультимедийными приложениями и выполнении задач с высокой интенсивностью вычислений.
Дополнительная информация и фото по этой теме доступны по адресу:
http://www.intel.com/pressroom/kits/45nm/index.htm
Публикации о различных способах производства полупроводников на основе материалов, отличных от традиционного кремния, в последнее время буквально захлестнули научные издания и популярную прессу. Во многих случаях альтернативы кремнию имеют под собой вполне логичную основу: традиционная кремниевая подложка по определению не может быть гибкой, многие материалы справляются с высокими частотами гораздо лучше кремния и так далее. Однако растущий интерес к альтернативным полупроводникам имеет и другую, более основательную причину. Дело в том что привычный кремний в скором времени рискует попросту не справиться с темпами эволюции полупроводниковой промышленности и по ряду причин физического свойства перестанет устраивать разработчиков новых чипов.
Множество разнообразных и даже экзотических потенциальных замен кремниевым полупроводникам – от графена и кремниевых нанотрубок до квантовых и ДНК-структур, освещается в прессе с завидной регулярностью, однако о сроках и причинах грядущей смерти кремния в качестве основы современной полупроводниковой промышленности сообщается достаточно мало. Эта публикация призвана пролить свет на ближайшие – порядка 10-15 лет, перспективы развития электроники и ответить на ряд ключевых вопросов. Парадоксально, но высокодоходный многомиллиардный и один из наиболее интеллектуальных бизнесов современности – полупроводниковая промышленность, насчитывает от роду несколько десятков лет. Родившись в качестве подмножества электротехники, электроника быстро пережила "ламповый" период развития и уже в лабораториях Белла в 1947 году был изобретён транзистор – компактное полупроводниковое устройство с тремя (и более) электродами, способное управлять током и генерировать электрические колебания. За считанные годы после изобретения транзистор превратился в универсальный строительный "кирпичик" электронного, а чуть позднее – и цифрового мира, став основным компонентом микросхем и процессоров. И если первое полностью полупроводниковое устройство, радиоприёмник Regency TR-1 образца 1954, было выполнено всего лишь на четырёх транзисторах, то представленный в 1960 году первый в мире портативный полупроводниковый телевизор Sony TV8-301 с 5-дюймовым экраном содержал 23 кремниевых и германиевых транзистора, а первый в мире процессор Intel 4004, выпущенный в 1971 году, состоял из 2300 транзисторов. Дальше темпы развития электроники удобнее отслеживать по анонсам процессоров Intel. После появления в 1974 году 2 МГц процессоров Intel 8080 на базе 4500 транзисторов события стали развиваться с невиданным доселе ускорением: 1978 год – выпуск первого 16-битного процессора Intel 8086 на 29 тыс. транзисторов; 1982 год – полностью совместимый с предшественником процессор Intel 286 на 134 тыс. транзисторов; 1985 год – процессор Intel 386 на 275 тыс. транзисторов. И, наконец, год 1989 – 25 МГц процессор Intel 486, передвинувший планку сразу до отметки 1,2 миллиона транзисторов. В первом процессоре Pentium (1993 год) количество транзисторов превысило 3 миллиона. Миллиардный рубеж был преодолён в 2006 году – 2-ядерные процессоры Intel Itanium 2 семейства 9000, выпускавшиеся с соблюдением норм 90-нм техпроцесса, содержат более 1,7 млрд. транзисторов. Сегодня количество транзисторов в составе процессоров и графических чипов превышает миллиард даже в обычных настольных и портативных ПК. Никого не удивляет тот факт, что за первый приёмник на четырёх транзисторах 60 лет назад приходилось выкладывать $49,99, а сегодня каждый из миллиардов транзисторов настольного ПК обходится в десятки-сотни нанодолларов, а совсем скоро речь пойдёт о пикодолларах за один транзистор. Если бы авиапутешествия дешевели и становились быстрее с такой же скоростью, то авиарейс между Парижем и Нью-Йорком, обходившийся в 1978 году в $900 и занимавший порядка семи часов, обходился бы сегодня примерно в цент и длился бы не более секунды!
Кстати, первый транзистор, созданный в Bell Labs, помещался на ладони. Современные 32-нанометровые транзисторы в сотни раз меньше красной кровяной клетки человека. Трудно сегодня сыскать на белом свете другую сферу человеческой деятельности, сравнимую по динамике и темпам развития с электроникой. Взять для примера хотя бы дебютировавший в 2000 году процессор Intel Pentium 4 на 42 млн. транзисторов и сравнить на его примере темпы развития разных отраслей промышленности. Если бы за прошедшие полвека автомобилестроение развивалось темпами электроники, сейчас расстояние от Москвы до Владивостока мы могли бы преодолевать за считанные секунды! Кстати о деньгах: если бы цены на автомобили падали с такой же скоростью, новый автомобиль мог бы стоить сегодня менее 1 цента. На диаметре точки, стоящей в конце этого предложения (примерно 0,1 мм, или 100 тысяч нм), может уместиться 3 тысячи 32-нм транзисторов. Вот вам ещё несколько ориентиров: диаметр человеческого волоса примерно равен 90000 нм. Суммарное количество транзисторов, произведённых в 2003 году, превысило астрономически огромное число, описываемое десяткой с 19 нулями - 10.000.000.000.000.000.000. Несметные количества обычно принято сравнивать с чем-либо бесконечным – числом звёзд, песчинок, но вы только представьте себе, что указанное выше число в 100 раз превышает количество всех муравьёв на планете Земля! Ещё одна замечательная метафора – остриё иголки. Преодолевая барьер создания процессора с миллиардом транзисторов, физические размеры транзисторов уменьшили так, что на этом самом острие диаметром примерно 1,5 миллиона нанометров их может разместиться более 50 тысяч! Можно без устали приводить примеры ошеломляющих темпов развития электроники, но, пожалуй, самым невероятным является факт предсказуемости этой динамики. Более того, существует закон, описывающий этот процесс, и называется он
В далёком теперь 1965 году Гордон Мур (Gordon Moore), один из отцов-основателей компании Intel, смог гениально предсказать будущее электроники. Вкратце это предсказание, известное сегодня как Закон Мура (Moore’s Law) формулируется так:Количество транзисторов в микросхемах будет удваиваться каждые два годаС тех пор прогноз Гордона Мура исполняется непостижимым образом: каждые два года экспоненциально удваивается число транзисторов в чипах, что ведёт к неуклонному росту вычислительной мощности полупроводников, экспоненциальному сокращению стоимости их производства.
На протяжении всей истории существования полупроводниковой электроники Закону Мура многократно предсказывался конец и забвение. Причины при этом всплывали самые разные – слишком уж малы размеры элементов транзисторов; велики токи утечки, слишком разогревавшие чип и многое другое, о чём мы поговорим немного ниже.
Но до сегодняшнего дня каждый раз учёным и технологам удавалось найти необходимые материалы, компоненты и условия для перехода на следующую ступень технологического процесса с ещё более прецизионными характеристиками. На этом вступление к теме можно бы посчитать законченным, однако прежде чем переходить к проблемам, стоящим перед современным полупроводниковым производством, попробуем определиться, стоит ли овчинка выделки? Стоит ли затрачивать огромные силы и средства ради удвоения количества транзисторов в чипах каждые два года? Иными словами,
Так ли необходимо дальнейшее соблюдение Закона Мура?
Передо мной стоит ультрапортативный компьютер, выполненный на самых современных полупроводниковых компонентах. Даже в таком лёгком и компактном устройстве невозможно сосчитать количество транзисторов – ведь даже его цветной жидкокристаллический экран представляет собой тонкоплёночную транзисторную матрицу! Казалось бы, чего ж ещё желать – живи и радуйся. Но… давайте позволим себе поворчать. Всем хороша машинка, но батарейки почему-то не хватает на пару суток автономной работы. Да и греется аппарат местами, что также не добавляет ему продолжительности работы. И, наконец, всегда найдутся приложения – игрушка ли, видеозапись, которые обязательно вызовут досаду своим "торможением". Иными словами, даже самое идеальное и самое современное устройство всегда можно раскритиковать если не за габариты, то уж точно за чрезмерную "прожорливость", тепловыделение и недостаточную производительность. Теперь посмотрим на этот вопрос шире. В плане недостатка вычислительной мощности и экономичности нам даже не придётся касаться ненасытных корпоративных нужд: давайте просто вспомним некоторые приложения, необходимые каждому, на каждом шагу, но реализация которых до сих пор попросту невозможна из-за недостаточно развитой электроники. Многим из читателей уже приходилось сталкиваться с проблемами общения в чужой стране из-за незнания местного языка. Конечно, выручает международный язык жестов и хотя бы поверхностное знание одного из универсальных международных языков общения, но что если бы ваши слова переводились на местный язык в реальном времени, а вы в ответ слышали бы автоматический перевод? Заманчиво? Ещё как, сколько бы границ при этом пало и скольких бы недоразумений удалось избежать, не говоря уж об экономии времени и денег. Также попробуйте представить системы автоматического сканирования лиц при входе в аэропорт, способные сверять их с базой данных террористов и блокировать подозрительных лиц при совпадении. Экономия времени в этом случае не менее ощутима чем значительный рост безопасности. Автомобили с автоматическими шофёрами, которым достаточно назвать пункт назначения для доставки пассажира наиболее свободным, кратчайшим и безопасным маршрутом, также скоро могут перестать быть атрибутами лишь фантастических фильмов. На самом же деле сегодня мы даже приблизительно не можем представить себе все возможные способы использования возросшей вычислительной мощности – до тех пор, пока эти возможности не появятся. Сейчас учёные лишь пытаются предсказывать развитие событий и составляют список задач, требующих вычислительных мощностей даже в полевых условиях. Одна из таких категорий - моделируемые условия, привычные для виртуальных миров, коллективных интерактивных игр, трехмерного кино. Словом, там, где визуальное представление данных и взаимодействие с реальным миром требуют обретения новых качеств, а использование моделей требует более интеллектуальных распределенных вычислительных технологий, инструментов генерации пользовательского трехмерного контента и технологий повышения эффективности мобильных устройств. Другая насущная задача современности – так называемое "очувствление" виртуальности. То есть, объединение реального и цифрового миров, приобретение современными мобильными, портативными, стационарными компьютерами дополнительных "органами чувств". Чем больше разных датчиков и сенсоров –"окон" в реальный мир, тем больше возможностей преобразования аналоговой информации в цифровую, поддающуюся дальнейшей компьютерной обработке, систематизации и хранению, тем больше возможностей оказывать воздействие на жизнь человека. Современные сенсоры и без того весьма разнообразны - GPS-приёмники, датчики состояния окружающей среды, видеосенсоры (от веб-камер до систем развития стволовых клеток и повреждения кожи), всевозможные "сенсоры-атомы", взаимодействующие с другими устройствами для формирования гибких физических образов. А динамически компонуемые вычисления позволят преодолеть ограничения ресурсов мобильных устройств – таких как небольшой размер экрана путем создания логической платформы с использованием ресурсов соседних устройств. На повестке дня - интеллектуальные мобильные устройства с максимальными вычислительными, коммутационными и сенсорными свойствами, легко адаптируемые к проблемам, потребностям и окружению пользователя с помощью датчиков и анализа информации. Датчики могут собирать сколь угодно бесконечное количество данных, но одна из проблем, связанных с ними – точная интерпретация и понимание этих данных. Взять, например, идею мобильной системы контроля здоровья, позволяющую следить за состоянием своего здоровья, чтобы не лечить, а предупреждать болезнь. Такая мобильная платформа будет постоянно отслеживать состояние жизненно важных органов человека, а также записывать информацию о питании для поддержания хорошей физической формы и лучшего понимания соответствия активности и количества потребляемой пищи.Как делают процессоры сегодня
Близятся времена, когда для дальнейшего соблюдения Закона Мура обычной эволюции технологий - даже с самыми гениальными инженерными ухищрениями, будет недостаточно. Времена эти по предварительным оценкам наступят сравнительно скоро – в 2010-х годах. Почему об этом заговорили именно сейчас? Дело в том, что постоянный непрерывный прогресс в развитии полупроводников не мог не привести со временем к исчерпанию возможностей ряда инструментов, применяемых в технологическом производственном процессе, а новые инструменты в силу ограничений физических законов ещё не готовы или по той или иной причине не работают на практике. Процесс создания чипа - дело трудоёмкое и хлопотное. Чем сложнее микросхема, тем большее количество этапов приходится на его изготовление. Например, осваивая новый, более точный техпроцесс, чипы статической памяти (SRAM) со сравнительно несложной структурой (относительно сложной архитектуры процессоров) обычно демонстрируют первыми, и лишь по прошествии определённого уровня удаётся изготовить полноценный процессор или так называемую "систему-в-чипе" (SoC, System-on-Chip). Технология изготовления современного процессора на традиционной кремниевой подложке может включать до 300 стадий, но если не углубляться в дебри, основные этапы выглядят следующим образом. Чипы производятся на поверхности тонких круглых пластин из чистейшего кремния путём многослойной обработки различными химикатами, газом и светом. Кремний для этой цели выбран не случайно, поскольку он относится к уникальному классу полупроводников – материалов, электрическая проводимость которых где-то между проводником и изолятором. Свойства кремния в процессе обработки могут быть изменены таким образом, что он становится или изолятором, препятствующим течению электрического тока, или проводником, пропускающим через себя электрический ток. Что касается физических размеров кремниевых пластин, используемых для масштабного производства, здесь всё логически понятно: чем больше диаметр пластины, тем выше выход готовых чипов с каждой пластины, и в то же время тем сложнее обрабатывать каждую пластину и снижать количество брака. До конца XX века в производстве преобладали пластины диаметром 200 мм (8 дюймов), однако на рубеже тысячелетий началось активное внедрение 300-мм (12-дюймовых) пластин. Сейчас многие компании активно разрабатывают планы использования 450-мм (15-дюймовых) пластин, однако на этом пути предстоит решить множество проблем до окончательного внедрения в массовое производство.Физически процессор представляет собой миллионы или миллиарды транзисторов, объёдинённых между собой сверхтонкими алюминиевыми или медными проводниками. На практике процесс получения чипа сводится к созданию на поверхности чистой кремниевой пластины тонких слоёв различных материалов по точнейшим шаблонам. С учётом того, что речь идёт о формировании миллиардов элементов транзисторов, размеры которых составляют десятки и даже единицы нанометров, непосредственное нанесение этих элементов на пластину каким-либо физическим способом попросту невозможно. Поэтому слои материалов осаждаются (или "выращиваются") на поверхности пластины, после чего ненужные материалы удаляются, и на поверхности остаётся лишь необходимое. Так на полированной поверхности кремниевой пластины под воздействием температуры "выращивается" изолирующий слой диоксида кремния, играющий одновременно роль затвора транзистора, с помощью которого регулируется прохождение тока. Следующим в дело вступает процесс, называемый фотолитографией. Сначала на пластину наносится временный слой светочувствительного материала - "фоторезиста". С помощью ультрафиолета фоторезист экспонируется через специально подготовленный "трафарет" - "фотомаску", благодаря чему "засвечиваются" определённые участки фоторезиста. После этого экспонированные участки фоторезиста удаляются (по аналогии с проявлением фотоплёнки), и под ними открываются участки нанесённого ранее диоксида кремния. Далее открытые участки диоксида кремния удаляют с помощью процесса под названием "etching", наиболее близкий перевод которого на русский язык звучит как "сухое травление". После удаления оставшегося фоторезиста на поверхности пластины остаётся рельефный рисунок из диоксида кремния, на который с помощью дополнительных этапов фотолитографии и сухого травления наносятся дополнительные материалы – вроде токопроводящего поликристаллического кремния. И далее – новый слой со своим уникальным рисунком, в результате чего формируется трёхмерная структура кристалла микросхемы. Лишь на словах всё это звучит просто. На практике в процессе изготовления чипа применяется множество различных этапов химической и физической обработки. Например, процесс "легирования", при котором экспонированные области кремниевой пластины бомбардируют "ионами" различных химических добавок с целью получения областей различной (p- и n-) проводимости. Также важен процесс создания специальных межслойных "окошек", заполняемых металлическим проводником (в последнее время – всё чаще медью, хотя ранее широко применялся алюминий) для создания электрических соединений между слоями. Весь процесс создания трёхмерных многослойных "небоскрёбов" может повторяться несколько десятков раз и занимать период в несколько недель. Далее производится процесс тестирования, сборки и корпусировки чипов, после чего они поступают в розницу или компаниям, которые используют полученные чипы для создания конечных электронных устройств. Теперь вернёмся на несколько шагов назад и вспомним, о каких масштабах нынче идёт речь. В 2008 году ряд компаний объявил об успешной разработке 32-нанометрового технологического процесса, а 2009 можно назвать годом перехода на этот техпроцесс, наряду с широким промышленным освоением 45-нм норм. Так, например, ещё в 2008 году компанией Intel был продемонстрирован первый работающий модуль статической памяти (SRAM), выполненный с соблюдением норм 32-нм технологического процесса. Стоит отметить, что размер каждой ячейки такой памяти составляет всего лишь 0,182 квадратных микрометра, а площадь чипа, содержащего более 1,9 миллиардов транзисторов, составляет всего 118 квадратных миллиметров. Уже весной 2009 года 32-нанометровая технология была объявлена компанией Intel полностью готовой к массовому производству сложнейшей процессорной логики, в подтверждение чему был продемонстрирован первый работающий 32-нм процессор. Стоит подчеркнуть, что определение "32-нанометровый технологический процесс" говорит о размерах затвора транзистора. То есть, при 32-нм технологических нормах размер затвора транзистора составляет эти самые 32 нанометра, а "шаг" транзисторов составляет примерно 112,5 нм. Кстати, ещё одна особенность Закона Мура, или, если хотите, следствие из него гласит о том, что размеры транзисторов продолжают уменьшаться в 0,7 раза каждые 2 года. Если ширина затвора 32 нм пока что ещё хоть как-то звучит в качестве физической длины, то ширина зазора диэлектрика из диоксида кремния, располагаемого между кремниевой подложкой и затвором, уже на этапе разработки 45-нм техпроцесса составила всего 1,2 нанометра. Если вспомнить, что диаметр атома кремния составляет всего лишь 0,24 нм, мы приходим к совершенно невероятным выводам: толщина отдельных элементов современного транзистора сравнима с диаметрами несколькими атомов! На практике разработчикам новых техпроцессов пришлось отказаться от использования диоксида кремния в качестве изолятора между подложкой и затвором. Дело в том, что при масштабах, оцениваемых диаметрами атомов, классический диоксид кремния уже не мог исполнять роль качественного диэлектрика: слишком тонкий его слой не способен эффективно снижать интенсивность квантово-механического туннельного перехода электронов через барьер. На практике это означает, что кроме того, что слишком тонкий слой диоксида кремния уже не гарантирует точное переключение транзисторного ключа, "токи утечки" через столь ненадёжный изолятор приводят к тому, что в масштабе всего чипа с его миллиардами транзисторов мы получаем самую настоящую печку, потребляющую неоправданно высокое количество энергии и выделяющую огромное количество побочного тепла. В Intel в процессе разработки 45-нм и 32-нм технологических процессов эту проблему удалось решить заменой традиционного диэлектрика затвора на материал с высоким диэлектрическим коэффициентом (Hi-K) с добавками оксида гафния. Также было обнаружено, что для эффективного производства Hi-K диэлектриков на основе гафния необходимо изготавливать электрод затвора из другого материала: вместо поликристаллического кремния использовать металл.
Другая фундаментальная проблема полупроводникового производства – физические ограничения по использованию ультрафиолета в качестве источника света для экспозиции фоторезистов. Дело в том, что даже самые современные ультрафиолетовые инструменты с длиной волны далеко за пределами видимого фиолетового спектра, уже не в состоянии экспонировать фоторезист под масками, поскольку зазоры в этих масках слишком малы для прохождения "толстых" волн света. В настоящее время для наиболее экспонирования наиболее критичных слоёв используются литографические инструменты "глубокого ультрафиолета" (DUV, Deep Ultraviolet) с длиной волны 193 нм, которые исчерпали свои возможности ещё в эпоху освоения 0,1 мкм барьера (90-нм техпроцесс). Все попытки создания лазеров для сканеров и степперов с меньшей длиной волны – 157 нм, несколько лет назад потерпели неудачу ввиду невозможности создания для таких экспозиционных систем надёжной оптики (у лучших образцов на базе фторсодержащих материалов в конце концов так и не удалось избавиться от эффекта двойного преломления и высокой гигроскопичности). Поэтому разработчикам до сих пор приходится бороться с дифракцией 193 нм лазеров совершенно фантастическим способом – применением оптики с высокой апертурой, созданием фотомасок с фазовым сдвигом и рядом других инженерных ухищрений. Ещё на этапе разработки 65-нм техпроцесса фотомаска с фазовым сдвигом выглядела удивительно: шутка ли сказать, разработчикам пришлось решать сложнейшие оптические уравнения по обратному дифракционному преломлению света в "закоулках" стенок фотомаски. Фотомаска для 32-нм техпроцесса и вовсе выглядит фантастически: если проводить аналогии, считайте, что перед вами поставлена задача нарисовать точнейший чертёж для курсового проекта с учётом толщины и насыщенности линий, но вместо заточенных карандашей или рейсфедеров с тушью вы получили кусок угля или мела. Тот самый случай, когда все фантасты мира просто "отдыхают" перед гениальностью инженерной мысли.
Помимо этого для разработки современных точнейших техпроцессов приходится применять ряд других ухищрений – таких как, например, двойное экспонирование, в результате которого получается действительно отчётливый рисунок канавок.
А также процесс иммерсионной литографии – то есть, литографии с применением специальной жидкости между оптикой и экспонируемой пластиной, позволяющей продолжить использование 193 нм излучения.
Ради дальнейшего использования кремниевых полупроводников для производства чипов в настоящее время ведутся поиски альтернативных инструментов для экспозиции фотомасок. Так, в лабораториях ряда компаний уже на протяжении нескольких лет проходят испытания установки с лазерами так называемого сверхглубокого ультрафиолета (EUV, Extreme Ultraviolet), с длиной волны порядка 13 нм. Это излучение уже гораздо ближе к рентгену нежели к свету в традиционном понимании, однако тут дело уже не в названиях и определениях, заработало бы.
К сожалению, с развитием EUV литографии дела обстоят не так радужно, как прогнозировалось несколько лет назад, на заре освоения этой технологии. До сих пор не разработаны достаточно мощные источники излучения - для промышленного производства необходима мощность порядка 50-100 Вт, стабильными пока получаются установки мощностью 10-20 Вт. До конца не определены материалы, подходящие в качестве "светочувствительных" фоторезистов. Список проблем можно продолжать, но факт остаётся фактом: технология EUV литографии по-прежнему далека от коммерциализации. В настоящее время также обсуждается ряд других технологических приёмов для так называемой "литографии следующего поколения" (Next Generation Lithography, NGL), включая безмасочную литографию, нанопечать и улучшенную двухпроходную экспозицию. Однако всё это лишь отсрочит, но не отменит смерть полупроводникового кремния.
Будут ли нанотехнологии 2020 года "соблюдать" Закон Мура?
Теперь давайте взглянем на шкалу развития технологий выпуска кремниевых полупроводников на ближайшее обозримое будущее.Реальность следующего технологического процесса с нормами 22 нанометров, который, согласно Закону Мура, должен пойти в серию в 2011 году, действительно подтверждена экспериментальными исследованиями ряда компаний. В частности, компании IBM, с которой сотрудничают AMD и Freescale Semiconductor, уже удалось создать прототип чипа статической памяти (SRAM) с применением норм 22-нм техпроцесса. Подтверждают реальность 22-нм техпроцесса и в Intel, где для выпуска чипов с такими нормами намерены использовать те же 193-нм инструменты в сочетании с иммерсионной литографией и техникой двойной экспозиции. О создании прототипа 28-нм статической памяти с шириной затвора 24 нм также объявила тайваньская компания TSMC. В лабораторных условиях с помощью оптической литографии учёным ещё в 2003 году удалось получить экспериментальный транзистор с шириной затвора 10 нм. Таким образом можно предполагать, что возможностей кремниевых полупроводников теоретически хватит ещё как минимум на два этапа эволюции технологии. Максимум на три. То есть, до 2015, от силы – до 2017 года.
А дальше наступит физический предел даже для "идеального" транзистора, функционирующего в совершенно идеальных условиях. Ибо при таких масштабах приходится оперировать с габаритами отдельных атомов и где классические приёмы уже не дают никакой гарантии стабильной работы, тем более в масштабе миллиардов электронных ключей чипа. Итак, конец кремниевой эры полупроводниковой промышленности уже не за горами. Однако это совершенно не означает смерть самой полупроводниковой промышленности. Сейчас учёные всего мира изучают различные свойства веществ с целью поиска достойной замены кремниевым полупроводникам. К таким свойствам можно отнести массу, заряд, спин различных веществ, их волновые и магнитные свойства. Наконец, появление новых классов нановеществ с замечательными уникальными свойствами также сулит в ближайшем будущем много интересных открытий и находок, часть из которых, вполне возможно, удастся воплотить в массовое производство электроники нового поколения. Ссылки
ПРИМЕЧАНИЕ: Conroe ? прежнее кодовое наименование процессора Intel? Core? 2 Duo для настольных ПК, Merom ? прежнее кодовое наименование процессора Intel? Core? 2 Duo для мобильных ПК.ФАКТ 1.
Процессор Intel? Core?2 Duo для настольных ПК обеспечивает на 40% более высокую производительность и на 40% более низкое энергопотребление по сравнению с двухъядерным процессором Intel? Pentium? D предыдущего поколения. 1
? Он обеспечивает поистине выдающуюся производительность и с легкостью устанавливает рекорды в различных тестовых и пользовательских приложениях.
? Благодаря более экономичному энергопотреблению этого процессора производители ПК могут создавать более компактные, изящные и бесшумные компьютеры, особенно при использовании набора микросхем семейства Intel? 965 Express.
ФАКТ 2.
Процессор Intel Core 2 Duo ? это третье поколение двухъядерных процессоров Intel для ПК.
? К первому поколению относится процессор Intel Pentium D для настольных ПК.
? Ко второму поколению принадлежит процессор Intel? Core? Duo для мобильных ПК.
ФАКТ 3.
Размеры процессора Intel Core 2 Duo, изготавливаемого по 65-нанометровой производственной технологии, настолько невелики, что?
? Порядка 1400 транзисторных затворов, используемых в этом процессоре, можно было бы разместить на отрезке, равном диаметру человеческого волоса (средний диаметр человеческого волоса равен 50 микронам, длина затвора? 35 нм).
? Толщина слоя диоксида кремния, используемого в качестве диэлектрика в затворе транзистора этого процессора, составляет 1,2 нм. Понадобилось бы 90 000 таких слоев, чтобы их общая толщина была эквивалентна толщине банкноты достоинством 1 доллар (толщина банкноты достоинством 1 доллар составляет около 0,01 см).
? В третьем квартале 2006 года корпорация Intel отметит первую годовщину с начала использования 65-нанометровой технологии производства микросхем.
ФАКТ 4.
Процессор Intel Core 2 Extreme работает намного быстрее других процессоров. Вот некоторые из его рекордов в отраслевых тестах производительности: 2
? Первым смог набрать более 400 баллов в тесте SYSmark*2004 SE3; итоговый показатель? 405 баллов.
? Первым смог набрать более 200 баллов в тесте Webmark*20043; итоговый показатель составил 227 баллов.
? Первым смог набрать более 3000 баллов в тесте SPECint*_base20004; итоговый показатель? 3099 баллов.
? Первым смог набрать более 3000 баллов в тесте SPECfp*_base 20004; итоговый показатель составил 3046 баллов.
ФАКТ 5.
Чтобы получить более наглядное представление о скорости процессора Intel Core 2 Duo можно провести еще одно сравнение?
? Процессор Intel 4004, представленный в 1971 г., работал на частоте 108 кГц (108 000 герц). Тактовая частота процессоров Intel Core 2 Duo превышает 2 ГГц (2 миллиарда герц). Если бы скорость автомобилей с 1971 года росла теми же темпами, что и тактовая частота процессоров, то сегодня расстояние от Москвы до Иркутска можно было бы преодолеть менее чем за 10 секунд (исходя из того, что в 1971 г. скорость автомобиля составляла 100 км/ч, а расстояние от Москвы до Иркутска? около 5000 км).
ФАКТ 6.
Процессор Intel Core 2 Duo содержит колоссальное число транзисторов? 291 миллион.
? Это почти по два транзистора на каждого жителя России.
? Транзисторов в процессоре Intel Core 2 Duo больше, чем минут в 552 годах.
? Если взять столько же монет достоинством 1 цент, сколько транзисторов содержится в процессоре Intel Core 2 Duo, и сложить их столбиком, то высота получившейся?башни? составит 457 километров. Если же составить цепочку из этих монет, расположив их вплотную друг к другу, то ее длина окажется больше, чем расстояние между Москвой и Иркутском (толщина монеты достоинством 1 цент составляет 1,6 мм, диаметр? 1,9 см. Расстояние от Москвы до Иркутска? около 5000 километров).
ФАКТ 7.
Согласно имеющимся прогнозам, ожидается, что темпы роста производства процессора Intel Core 2 Duo для настольных ПК будут выше, чем для процессоров Intel? Pentium? и Intel? Pentium? 4, а также новых микроархитектур в целом.
? Корпорация Intel планирует, что к концу текущего года доля выпущенных ею двухъядерных процессоров для высокопроизводительного и массового сегментов превысит 75%.
ФАКТ 8.
Наиболее передовые корпоративные ПК с архитектурой Intel будут создаваться на базе технологии Intel? vPro?, основу которой составят процессоры Intel Core 2 Duo.
? Технология Intel vPro, поддерживаемая процессорами Intel Core 2 Duo, обеспечит почти двукратное повышение производительности по сравнению с профессиональными бизнес-платформами годичной давности; кроме того, в ней будет реализована поддержка технологии Intel? Active Management Technology и функций виртуализации, хотя при этом начальная стоимость системы останется практически на прежнем уровне.
? Применение технологии vPro поможет значительно сократить число визитов IT-специалистов на рабочие места пользователей и количество ручных операций. Хотя лишь от 5 до 15% неисправностей ПК требуют визита специалиста на рабочее место пользователя, стоимость таких вызовов составляет около 50% затрат на поддержку ПК (исследования Intel/Zenith).
ФАКТ 9.
Наиболее передовые потребительские ПК с архитектурой Intel базируются на технологии Intel? Viiv?, в основе которой лежат процессоры Intel Core 2 Duo.
? Новейшие платформы на базе технологии Intel Viiv с процессорами Intel Core 2 Duo обеспечивают уникальный уровень производительности при воспроизведении записей высокой четкости и поддерживают одновременную обработку нескольких потоков мультимедийных данных. Настало время цифровых развлечений! В этом году количество пользователей, загружающих музыкальные файлы через Интернет, превысит число покупателей аудиозаписей на физических носителях (исследования Instat); кроме того, более 80 миллионов пользователей приобретет в этом году цифровые аудиоплееры? для более наглядного сравнения, это примерно по одному на каждого жителя Германии (по данным ABI Research).
ФАКТ 10.
ПК на базе технологии Intel Viiv с процессором Intel Core 2 Duo лучше всего подходит для создания и редактирования цифровых мультимедийных файлов.
? Платформа на базе технологии Intel Viiv с процессором Intel Core 2 Duo способна за пять минут автоматически откорректировать на 65 фотографий больше или конвертировать на 36 музыкальных композиций больше, чем системы на базе процессоров предыдущего поколения.
1. Технологический процесс
2. Частота процессора
3. Тепловыделение
4. Кэш память, уровни
5. Intel, AMD
6. Socket - способ крепления процессора
7. Как выбрать процессор?
Технологический процесс
Процесс развития процессоров, если увлекаться, интересное занятие. Начиналось всё с микросхем, у которых частота измерялась в килогерцах. Затем технологии совершенствовались, транзисторов становилось всё больше и больше, их размеры всё меньше и меньше, тем самым увеличивалась частота, уменьшалось энергопотребление и тепловыделение. В итоге сегодня у нас есть процессоры, частоты которых измеряются в несколько гигагерц, а благодаря уменьшению техпроцесса, есть возможность уместить несколько кристаллов (ядер) в одной подложке и разместить огромное количество транзисторов, плюс добавить память процессору (кэш).
В итоге имеем эффективные многоядерные процессоры с высокой частотой, несколько уровневой памятью, уменьшенным энергопотреблением и сравнительно небольшим тепловыделением.
Технологические процессы начинались от 10 микрометров (мкм - 10 -6) и сегодняшних процессов до 10 нанометров (нм - 10 -9)
В кратце процесс создания: Выплавляется кусок кремния в цилиндрическую форму, затем нарезается на тонкие пластины и на них наносятся микросхемы, затем монтируется это всё в корпус и герметизируется. Все этапы производства очень сложны и высокотехнологичны.
Вот как выглядит пластина с нанесёнными на неё микросхемами.
И немного увеличенный вариант пластины с готовыми кристаллами.
22 нм и 20 нм техпроцессы соответствуют производству сегодняшних процессоров: Intel Ivy Bridge, Intel Haswell (Celeron, Pentium, Core i3, Core i5, Core i7).
Celeron и Pentium из этой группы в современных модификациях. Немного улучшены для доступности в цене, добавлена поддержка 64-х битной разрядности, кэш - память, однако всё равно слабо справляются с современными задачами, особенно Celeron.
Количество транзисторов в процессорах, со времён создания, изменялось от пары тысячь до сегодняшних почти 2-х миллиардов!
Интересно существует ли предел?
Частота процессора
Можно было бы сказать что, чем больше частота тем лучше, но это совсем не так. Лучше, если процессоры сделаны по одной архитектуре. В остальных случаях производительность зависит от архитектуры процессора, уровней и объёма кэш памяти процессора, а так же от частоты системной шины. Если она меньше (она обычно меньше), то частота процессора будет понижаться до её частот и процессор будет простаивать пока данные будут переданы по систмной шине (материнской плате).
Первый процессор был представлен 15 ноября 1971 года и имел частоту 740 кГц. На сегодня самые можные процессоры могут достигать частоты до 5 ГГц.
Ещё одно ошибочное мнение бытует (я сам слышал от некоторых), что если процессор многоядерный и у него частота допустим 2,6Ггц, то каждое ядро работает на этой частоте. Это абсолютно не верно! Это суммарная частота всех ядер. Эту максимальную частотe надо поделить на количество ядер и получится частота одного ядра.
Ниже приблизительный график изменения частоты процессоров (Ггц) и техпроцесса (нм).
Со временем техпроцесс становится меньше, а частота увеличивается и уменьшается энергопотребление.
Тепловыделение (TDP)
Процессоры выделяют большое количество тепла, без охлаждения буквально за четыре секунды могут нагреться до 90 градусов и естественно сгореть, а если есть система защиты от перегрева, то отключить систему.
Поэтому важно следить за состоянием радиатора с кулером, периодически очищать от пыли, при необходимости смазывать кулер или заменить. Перегрев так же может служить следствием торможения и зависания системы.
Если сравнивать тепловыделение между производителями процессоров Intel и AMD, то у последних оно гораздо выше. Что в общем то лично меня не устраивает. Так как процессор будет сильнее греться, следовательно охлаждение будет интенсивней работать, больше нагнетать воздуха и пыль вместе с ним, что приводит к скорейшему засорению радиатора и кулера, нарастанию пыльной корки, закупорки рёбер радиатора, препятствию прохождение воздуха и перегреву, а так же шум от интенсивного вращения кулера, ведь он будет с большей мощностью пытаться охладить систему.
Кэш - память (SRAM), уровни (L1, L2, L3)
Здесь опишу работу в кратце её работу. Обо всех типах памяти можете почитать в статье Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).
У нас есть процессор, у него есть память первого уровня L1, она работает на частоте равной частоте процессора, то есть данные хранящиеся в этой памяти мгновенно поступят для обработки в процессор. Если этих данных в этой памяти нет, то идёт обращение к памяти уровня L2, которая чуть медленнее, но объём её немного больше. Далее, если данных нет в вышестоящей памяти, идёт обращение к памяти уровня L3, если таковая имеется, аналогично она медленнее, но больше. Ну и в последнюю очередь идёт обращение к оперативной памяти.
Пока идёт обращение к оперативной памяти, процессор простаивает. Простой занимает немного времени, какие то доли секунды, но в совокупности это может занять продолжительное время.
Intel, AMD
Именно Intel и AMD являются лидерами рынка по производству процессоров, особенно Intel с долей около 87%.
Не буду начинать с самых древних процессоров, а пробежимся с самых ходовых на сегодняшний день. Список общий, так как в микроархитектуру могут входить и другие техпроцессы под своими кодовыми названиями:
Nehalem (1-е поколение).
64-битные процессоры: EM64T - Микроархитектура Sandy Bridge (2-е поколение)
64-битные процессоры: EM64T - Микроархитектура Ivy Bridge (3-е поколение)
64-битные процессоры: EM64T - Микроархитектура Haswell (4-е поколение)
В первом и втором поколении Intel Celeron и Intel Pentium не стоит даже рассматривать при покупке, они уже своё изжили, современные задачи не вытягивают.
i3,i5,i7 разделяются по поколениям очень просто, по первой цифре в маркировке, например:
Intel Core i3 2100T - 2.5 ГГц, первая цифра в 2100Т это 2, значит процессор второго поколения.
Intel Core i5 3450 - 3.1 ГГц, первая цифра в 3450 это 3, значит процессор третьего поколения.
Intel Core i7 4770 - 3.4 ГГц, первая цифра в 4770 это 4, значит процессор третьего поколения.
Если в маркировке отсутствуют первые цифры 2,3,4, то скорее это процессор первого поколения.
Рассмотрим линейку процессоров FX от AMD, актуальную на данный момент.
Микроархитектура AMD для настольных ПК - Bulldozer
Четырёхядерные процессоры:
Шестиядерные процессоры:
Восьмиядерные процессоры:
Общее отличие между всеми ними это поддержка каких-нибудь технологий, нам не нужных, количеством ядер и частотой процессора. Главное отличие является цена. Я всё же писал что недолюбливаю AMD за огромное тепловыделение, однако можно подобрать модель соизмеримую по мощности с Intel, но дешевле. Хотя если процессор сильнее греется нужно подходящее охлаждение, которое тоже в копеечку обойдётся, так может быть не стоит искать аналог по дешевле?
Socket - способ крепления процессора
Socket (Сокет) - специальный разъём на материнской плате, предназначенный для установки процессора. На материнских платах производители указывают какие типы процессоров они поддерживают, на коробке или в описании можно это почитать. И в описании процессоров тоже указывается какие сокеты они поддерживают. Так что будьте внимательны. Это относится и к креплениям радиатора процессора. Крепления радиатора могут быть универсальными, то есть подходить к нескольким сокетам.
При установке процессора на материнскую плату имеются "ключи" (метки), для правильной установки. Например скошенный угол на процессоре и гнезде или выступы или углубления в подложке процессора и наоборот на разъёме.
Пример как выглядят метки на Сокете AM3
Пример Сокета 775
И последний пример Сокетов LGA 1366, 1150, 1155, 1156. С виду вроде выглядят одинково, но при установке процессора увидите разницу и невозможность неправильной установки в разъём. Нужно читать описание или характеристики.
Откуда такое разнообразие? Производство процессоров постоянно совершенствуется, меняется количество выводов и для того чтобы небыло путаницы в поддержке и установки процессора, придумывают разные способы крепления.
Как выбрать процессор?
Если для игр, то Вам всё равно придётся переплатить за встроенную графику, потому что топовые процессоры идут со встроенным видео, плюс раскошелится на мощную видеокарту. Здесь всё зависит от Ваших предпочтений. Для чего Вы будете использовать компьютер. Если для работы с документами, сёрфинга в интернете, просмотра видео, то подойдёт не самый мощный процессор. Я бы ещё приписал чтобы выбирали не со встроенной графикой, но тенденция такова что практически во все процессоры уже внедряют её. Даже наверное и к лучшему, не нужно отдельно покупать видеокарту.
Наверное самым оптимальным вариантом на сегодняшний день было бы приобретение процессора i5 от Intel второго поколения, в крайнем случае i3 на сокете LGA1155, так как эти процессоры в более менее доступной категории цен. Процессоры на i7 уж больно дорогие и в будущем, когда цены спадут можно без проблем обновиться до более производительного процессора. По моему остальные модификации не стоит рассматривать, они на сокетах предыдущих поколений, без возможности обновления конфигурации.
Например у меня до сих пор материнская плата на Socket LGA775 с процессором Intel Core 2Duo с 2008 года. Максимум как я могу его проапгрейдить это добавить оперативной памяти и например, поставить SSD диск. Если я захочу улучшить компьютер мне придётся обновлять весь компьютер, так как моя материнская плата уже не поддерживает процессоры нового поколения, поддержка оперативной памяти только DDR2, а в новых DDR3 или 4.
Во всяком случае Вам стоит ориентироваться на процессоры, поддерживающими актуальный и распространённый Socket, чтобы с большей вероятностью обновить свою конфигурацию оборудования в будущем. Хотя есть вероятность того что появятся новые виды процессоров и разъёмов, так что покупайте что сейчас актуально на рынке. Ещё есть такой слух что процессоры от Intel будут поддерживать только операционную систему Windows 10 и выше, кому она не по душе, тоже стоит призадуматься.
Есть такой замечательный сайт CPUBoss , в котором можно сравнить процессоры между собой по производительности, по параметрам и по цене. Так что вбивайте название процессоров и выбирайте лучший для Вас.
Транзистор. Занимательные факты
- Первый портативный радиоприемник располагал всего четырьмя транзисторами, первый микропроцессор Intel содержал 2300 транзисторов, а в новейших четырехъядерных процессорах Intel на базе 45-нанометровой производственной технологии, выпущенных на рынок в ноябре 2007 года, насчитывается до 820 миллионов транзисторов.
- Размер 45-нанометрового транзистора в 2000 раз меньше диаметра человеческого волоса.
- Более 30 миллионов 45-нанометровых транзисторов можно разместить на булавочной головке.
- Первый транзистор, созданный сотрудниками научно-исследовательского центра Bell Labs в 1947 году, можно было взять в руки, тогда как сотни новейших 45-нанометровых транзисторов Intel способны разместиться на поверхности одной красной кровяной клетки человека.
- Стоимость транзистора, интегрированного на кристалле новейшего процессора Intel, примерно в миллион раз ниже средней стоимости полупроводникового транзистора, ставшего основой интегральных микросхем в 1968 году. Если бы цены на автомобили снижались столь же стремительно, сегодня новый автомобиль стоил бы около 1 цента.
- По оценкам аналитиков, ежегодно на планете отгружается такое количество процессоров, которое содержит примерно 10 19 транзисторов, что примерно в 100 раз больше всей популяции муравьев, живущих на Земле.
Этапы большого пути
Телевизоры, автомобили, радиоприемники, медицинские и бытовые приборы, компьютеры, космические «челноки» и даже программируемые дверные замки в гостиницах – наверное, сложно себе представить хоть один мало-мальски сложный электронный прибор из тех, что нас окружают, который не использовал бы транзисторы. Изобретение транзистора 60 лет назад сотрудниками научно-исследовательского центра Bell Labs стало важнейшим фактором, стимулировавшим внедрение многих замечательных инноваций и развитие технологий. Фактически, без транзистора было бы невозможно существование практически всей современной электронно-цифровой индустрии. Именно транзистор – крошечное устройство, элемент микросхемы, действующий подобно миниатюрному выключателю и тем самым позволяющий реализовывать алгоритмы обработки информации – обеспечил феноменальный триумф компьютеров.
В чем же секрет успеха? Микроэлектроника неуклонно развивается, постоянно обогащая инновациями научно-техническое сообщество. Транзисторы с каждым новым поколением технологических процессов их изготовления становятся все более компактными, быстродействующими, все более экономно расходуют энергию. В ноябре 2007 г. инженеры Intel – впервые за многолетнюю историю существования полупроводниковых интегральных микросхем – нарушили кремниевую «монополию» при производстве транзисторов и ввели новые материалы в структуру полупроводниковых компонентов. Это позволило создать микропроцессоры на базе микроархитектуры Intel® Core™, использующие революционную 45-нанометровую производственную технологию с применением подзатворного изолятора (диэлектрика) на основе гафния с высоким коэффициентом диэлектрической проницаемости – high-k, а также металлического затвора, что обеспечивает рекордную производительность и эффективное энергопотребление.
Что же дальше? Корпорация Intel намерена и впредь раздвигать границы возможного за счет технологических инноваций, чтобы создавать новые виды продукции, способные качественным образом изменить нашу жизнь – то, как мы работаем, отдыхаем, обмениваемся информацией.
«Вкл» / «Выкл»
Официальной датой появления на свет первого транзистора считается 23 декабря (по другим данным – 16 декабря) 1947 года, авторами этого замечательного изобретения стали американские физики Уильям Шокли (William Shockley), Джон Бардин (John Bardeen) и Уолтер Браттейн (Walter Brattain). Правда, первоначально ученая общественность встретила это изобретение достаточно прохладно, но уже в 1956 году все три американца были удостоены Нобелевской премии в области физики. Причем, впоследствии Джон Бардин стал единственным за всю историю «нобелевки» дважды лауреатом в одной и той же номинации: вторая премия в области физики была присуждена ему в 1972 году за создание теории сверхпроводимости.
Ну а само название - «транзистор» придумал их коллега Джон Пирс (John R. Pierce). В мае 1948 года он победил во внутреннем конкурсе, организованном среди сотрудников лаборатории, на самое удачное название изобретения, которому на тот момент исполнилось всего несколько месяцев. Слово «transistor» образовано путем соединения двух терминов: «transconductance» (активная межэлектродная проводимость) и «variable resistor» или «varistor» (переменное сопротивление, варистор).
Первыми, кто стал активно применять транзисторы, были радиолюбители, использовавшие эти элементарные приборы для усиления сигнала. Именно поэтому первые портативные беспроводные радиоприемники пятидесятых годов назывались транзисторными, или даже просто - «транзисторами». Однако со временем они стали использоваться в основном как элементы интегральных микросхем, что обеспечило транзистору важнейшую роль в технических достижениях человечества на протяжении последних сорока лет.
Интересно отметить, что транзистор, по существу, делает то же, что и обычный выключатель: включает и выключает ток. Положение включено для транзистора означает «1», положение выключено – «0». Огромное количество транзисторов интегральной микросхемы генерирует единицы и нули, которые складываются в понятный компьютеру бинарный код – «язык», который компьютеры используют в процессе вычислений, обработки текста, воспроизведения фильмов и аудио, демонстрации изображений...
Транзисторы и... рок’н’ролл
Первый транзистор, ток в котором тек вдоль поверхности полупроводника, использовался для усиления проходившего через него электрического сигнала - транзисторы справлялись с этой задачей эффективнее, чем популярные в то время, но более громоздкие и хрупкие электронные лампы.
Чтобы максимально ускорить популяризацию транзисторов, в научно-исследовательском центре Bell Labs было принято решение продать лицензию на транзисторные технологии. Лицензию стоимостью 25000 долларов США приобрели двадцать шесть компаний. Однако для коммерческого успеха транзисторных технологий нужно было привлечь внимание массовой аудитории. Это стало возможным благодаря транзисторным радиоприемникам. Первая модель такого устройства, содержавшая аж четыре транзистора, была представлена в октябре 1954 года. С появлением портативного радиоприемника радиоманы обрели возможность слушать музыку и получать информацию в любом месте – этим сразу же воспользовалась молодежь, получившая возможность вырваться из-под родительской опеки и самоутвердиться с помощью новой субкультуры. Так портативное радио стимулировало новую революцию... и в музыке – в эфире повсеместно зазвучал рок-н-ролл!
Интегральная микросхема
К концу 50-х годов транзистор «обосновался» в радиоприемниках, телефонах и ЭВМ, и хотя его размеры были намного меньше, чем у электронных ламп, для создания нового поколения электронных устройств этого было явно недостаточно. Чтобы реализовать огромный вычислительный потенциал транзисторов, приспособить их для массового производства и снизить стоимость, потребовалось еще одно изобретение.
В 1958 году Джек Килби (Jack Kilby) из компании Texas Instruments и Роберт Нойс (Robert Noyce) из компании Fairchild Semiconductor, ставший впоследствии одним из отцов-основателей корпорации Intel, изобрели способ объединения большого числа полупроводниковых транзисторов в одну интегральную схему, или микросхему. Это был гигантский шаг вперед – ведь прежде отдельные компоненты электрической схемы приходилось соединять вручную.
У микросхем было два преимущества: более низкая стоимость и более высокая производительность. Оба преимущества явились следствием миниатюризации, которая обеспечивала экспоненциальное сокращение размеров устройств и необычайную динамичность производственного процесса. Гордон Мур (Gordon Moore), который в 1968 году вместе с Нойсом основал процессорный гигант Intel, в одной из журнальных статей сформулировал прогноз, опубликованный в 1965 году и получивший название «закон Мура». Согласно этому закону число транзисторов в микросхеме должно было удваиваться каждые полтора-два года, что в свою очередь обеспечивало бы повышение вычислительной мощности и снижение конечной стоимости продукта при его массовом производстве. Возможность размещения множества компактных элементов на поверхности малого размера оказалась решающим фактором для успешного продвижения микросхем.
Производителям микросхем удается поддерживать этот экспоненциальный рост плотности размещения транзисторов в микросхеме на протяжении десятков лет. Первый компьютерный микропроцессор корпорации Intel® 4004, выпущенный в 1971 году, содержал 2300 транзисторов. В 1989 году в процессоре Intel® 486 их было уже 1 200 000, а в 2000 году процессор Intel® Pentium® 4 преодолел рубеж в 42 миллиона. Новый четырехъядерный процессор Intel® Core™ 2 Extreme, созданный на базе 45-нанометровой производственной технологии, содержит 820 миллионов транзисторов.
Игры атомов
Закону Мура постоянно предсказывают кончину. Бесконечный экспоненциальный рост невозможен по определению – и все-таки производителям процессоров до сих пор удается обходить ограничение. В сентябре прошлого года Гордон Мур заявил, что у закона его имени есть все шансы оставаться в силе еще как минимум лет 10-15, но затем могут возникнуть новые фундаментальные барьеры на пути его реализации. Так или иначе, но этот самый известный закон компьютерного мира XXI века ждали трудные времена.
Битва за миниатюризацию исчерпала возможности одного из наиболее критических компонентов транзистора: прослойки из диоксида кремния (SiO2), служившей изолирующим слоем между затвором транзистора и его каналом, по которому течет ток, когда транзистор включен. С каждым новым поколением процессоров этот изолирующий слой становился все более тонким – пока два поколения назад его толщина не достигла значения 1,2 нм, или 5 атомов. Инженеры Intel уже не смогли сделать этот слой тоньше хотя бы еще на один атом.
По мере уменьшения толщины изолирующего слоя рос ток утечки. Изолирующий слой начал пропускать ток внутрь транзистора, поведение устройства изменилось, оно стало рассеивать все большее количество энергии. В результате выросло потребление тока процессором, при его работе выделялось дополнительное количество теплоты.
Фундаментальный предел
Утечка тока в транзисторе стала серьезнейшей проблемой полупроводниковой отрасли: без прорыва в этой области давно предсказанный фундаментальный предел становился непреодолимым. Причем, это означало не только конец закона Мура – цифровая революция последних десятилетий внезапно бы прекратилась. Компьютерные процессоры, практически удваивавшие свою производительность каждые 24 месяца, могли кануть в Лету.
Чтобы найти выход из кризиса, нужно было увеличить толщину изолирующего слоя, но изготавливать этот более толстый слой из другого диэлектрического материала с более высоким коэффициентом диэлектрической проницаемости (high-k) для сохранения характера взаимодействия затвора и канала. В январе 2007 года корпорация Intel объявила, что впервые за сорок лет изолирующий слой будет состоять не из оксида кремния, а из материала на основе гафния, серебристо-серого металла, превосходящего кремний по электрическим свойствам и позволяющего снизить ток утечки в десять раз. Сам Гордон Мур назвал это крупное достижение «самым важным изменением транзисторных технологий с конца шестидесятых годов».
Однако данный прорыв решал проблему лишь наполовину. Новый материал оказался несовместимым с важным компонентом транзистора – с затвором. Еще хуже то, что транзисторы с новым изолирующим материалом работали менее эффективно, чем со старым. Тогда было предложено заменить и материал затвора: корпорация Intel открыла уникальное сочетание металлов, состав которого держится в строгом секрете.
12 ноября 2007 года корпорация Intel представила новое поколение процессоров на основе этих материалов и 45-нанометровой производственной технологии. Новая производственная технология, более тонкая, чем предыдущая 65-нанометровая, позволила Intel почти вдвое увеличить число транзисторов, размещаемых на той же площади кристалла – теперь можно было выбирать между увеличением общего числа транзисторов и уменьшением размеров процессора. Новым транзисторам требуется на 30% меньше энергии для включения и выключения. В итоге новое поколение процессоров Intel, изготовленных по 45-нанометровой производственной технологии, не только демонстрирует рекордную производительность, но и знаменует прорыв в области энергопотребления.
Повышение вычислительной мощности, являющееся следствием закона Мура, позволяет человечеству эффективнее просчитывать пути разрешения важнейших стоящих перед ним проблем: изменение климата, наследственные болезни, тайны генетики и др. Современные пути и темпы решения подобных проблем еще пять лет назад трудно было себе даже представить. Новые приложения помогают изменить нашу жизнь и сделать ее еще более безопасной...
Количество транзисторов в процессоре:
Процессоры и производственная технология: