Spoločnosť Intel vyrobila prvý prototyp procesorov obsahujúcich nové ultra-malé tranzistory založené na 45nm výrobnej technológii, čo urýchlilo éru viacjadrových výpočtov.
Spoločnosť Intel Corporation oznámila jeden z najvýznamnejších pokrokov v základných princípoch konštrukcie tranzistorov. Bolo oznámené, že špecialisti Intelu už používajú dva úplne nové materiály na vytváranie izolačných stien a logických brán tranzistorov na základe 45-nanometrového výrobného procesu. Ďalšia generácia viacjadrových rodín procesorov Intel® Core™ 2 Duo, Intel® Core™ 2 Quad a Intel® Xeon® bude obsahovať stovky miliónov týchto mikroskopických tranzistorov alebo elektronických prepínačov. Intel tiež uviedol, že už má funkčné prototypy piatich procesorov z 15 svojich budúcich produktov, ktorých uvedenie na trh sa plánuje s použitím nového 45-nanometrového procesora. výrobná technológia.
Použitie nových tranzistorov umožní procesorom pre stolné počítače, notebooky a servery dosiahnuť novú úroveň výkonu a zároveň poskytnúť výrazné zníženie zvodového prúdu. Nová technológia zníži nielen veľkosť procesorov, ale aj spotrebu energie, hlučnosť a náklady na PC. Tento zásadný technologický prielom od Intelu tiež poskytuje istotu, že Mooreov zákon, princíp technologického priemyslu, ktorý uvádza, že počet tranzistorov na čipe sa zdvojnásobí približne každé dva roky, bude relevantný aj v nasledujúcom desaťročí.
Špecialisti Intel Corporation sú presvedčení, že vytvorenie prvých funkčných prototypov procesorov vyrobených pomocou 45-nanometrovej technológie im umožnilo byť o viac ako rok pred ostatnými hráčmi v polovodičovom priemysle. Tieto nové procesory Intel sú súčasťou novej generácie 45nm produktovej rodiny s kódovým označením Penryn. Vyrábané prototypy procesorov sú určené pre päť rôznych segmentov počítačového trhu, úspešne otestovali fungovanie Windows* Vista*, Mac OS X*, Windows* XP a Linux, ako aj rôznych aplikácií. Ako bolo pôvodne plánované, Intel má v úmysle začať masovú výrobu produktov založených na 45-nanometrovej výrobnej technológii v druhej polovici tohto roka.
Nové tranzistory Intel: High-k materiál a kovy založené na 45nm výrobnom procese
Spoločnosť Intel ako prvá v odvetví využíva inovatívnu kombináciu nových materiálov, ktorá výrazne znižuje zvodový prúd tranzistorov a zlepšuje výkon tranzistorov vo svojej 45nm výrobnej technológii. Na vytvorenie dielektrika hradla tranzistora sa používa nový materiál nazývaný high-k a na elektródu hradla tranzistora sa používa nová kombinácia kovových materiálov.
„Zavedenie nových materiálov, ako sú high-k a kov, predstavuje najväčšiu zmenu v technológii tranzistorov od konca 60. rokov, kedy boli predstavené MOSFET s polysilikónovým hradlom,“ hovorí Gordon Moore, jeden zo spoluzakladateľov Intel Corporation a autor knihy. rovnomenný zákon, ktorý dodnes určuje vývoj polovodičového priemyslu.
Tranzistory sú miniatúrne spínače, ktoré implementujú „nuly“ a „jednotky“ prijaté v digitálnom svete. Brána je určená na zapínanie a vypínanie tranzistora. Keď je tranzistor zapnutý, prechádza prúdom, ale keď je vypnutý, nie. Hradlové dielektrikum sa nachádza pod hradlovou elektródou. Je určený na izoláciu brány, keď prúd preteká tranzistorom. Kombinácia kovových brán a high-k dielektrika umožňuje vytvárať tranzistory s veľmi nízkym zvodovým prúdom a zaznamenávať rýchlosť spínania.
„Keďže počet tranzistorov zabalených do jedného kremíkového čipu neustále rastie, celý náš priemysel pokračuje v hľadaní riešení na boj proti zvodovému prúdu,“ povedal Mark Bohr, Senior Distinguished Research Engineer v Intel Corporation. „Prácou v tomto smere naši inžinieri a dizajnéri dosiahli významné úspechy, ktoré posilnia vedúcu pozíciu produktov Intel a inovácií, ktoré spoločnosť vyvíja. Použitie inovatívnych vysokok dielektrických a kovových elektródových hradlových tranzistorov v spojení so 45nm výrobnou technológiou umožní Intelu vyrábať ešte rýchlejšie a energeticky efektívnejšie. viacjadrové procesory ktoré vdýchnu nový život našim úspešným rodinám produktov Intel Core 2 a Intel Xeon. Navyše tento technologický prielom zaisťuje, že Moorov zákon bude platiť aj v nasledujúcom desaťročí."
Na odhad veľkosti nových tranzistorov je možné urobiť niekoľko porovnaní. Napríklad na plochu rovnajúcu sa ploche ľudskej červenej krvinky možno umiestniť 400 tranzistorov Intel vyrobených pomocou 45-nanometrovej technológie. Nové tranzistory od Intelu sú 5,5-krát menšie a zaberajú 30-krát menšiu plochu ako desaťročné tranzistory, ktoré boli vyrobené pomocou vtedy najmodernejšej 250-nanometrovej výrobnej technológie.
Podľa Moorovho zákona sa počet tranzistorov na čipe zdvojnásobí každé dva roky. Tento zákon otvára Intelu obrovské príležitosti na inovácie, zvýšenie integrácie, pridávanie nových funkcií, zvýšenie počtu výpočtových jadier, zlepšenie výkonu, zníženie výrobných nákladov a zníženie nákladov na jeden tranzistor. Aby sa však udržalo toto tempo inovácií, tranzistory sa musia neustále zmenšovať. Schopnosti tradičných materiálov sú, žiaľ, takmer vyčerpané, keďže pri dosiahnutí atómového rozmeru sa zvyšuje tvorba tepla a začínajú platiť zásadné fyzikálne obmedzenia. Použitie nových materiálov preto predĺži platnosť Moorovho zákona a dá podnet na novú etapu informačnej éry.
„Recept“ Intelu založený na nových materiáloch pre 45nm výrobnú technológiu
Oxid kremičitý sa používa na výrobu dielektrík hradlových tranzistorov už viac ako 40 rokov kvôli jeho ľahkému použitiu v hromadnej výrobe a schopnosti neustále zlepšovať výkon tranzistorov znížením hrúbky dielektrickej vrstvy. Špecialistom Intelu sa podarilo zmenšiť hrúbku dielektrickej vrstvy na 1,2 nm (čo zodpovedá iba piatim atómovým vrstvám) – tento údaj bol dosiahnutý na aktuálne používanej 65-nanometrovej výrobnej technológii. Ale ďalší pokles vedie k zvýšeniu zvodového prúdu cez dielektrikum, čo vedie k zvýšeným stratám prúdu a tvorbe tepla.
Nárast unikajúceho prúdu cez hradlo tranzistora, keď sa hrúbka dielektrickej vrstvy oxidu kremičitého zmenšuje, je jednou z najneprekonateľnejších technických prekážok pri dodržiavaní Moorovho zákona. Na vyriešenie tohto základného problému spoločnosť Intel nahradila oxid kremičitý v dielektriku hradla tenkou vrstvou vysokok materiálu na báze hafnia. To umožnilo znížiť zvodový prúd viac ako 10-krát v porovnaní s oxidom kremičitým, ktorý sa v mikroelektronike používa už viac ako štyri desaťročia.
Dielektrický materiál high-k hradla nie je kompatibilný s tradičnými kremíkovými hradlovými elektródami, takže druhou časťou receptu Intelu na jeho nové 45nm tranzistory bolo vyvinúť elektródy s použitím nových kovových materiálov. Špecifické kovy, ktoré Intel používa, sú držané v tajnosti, no je známe, že na výrobu tranzistorových hradlových elektród sa používa kombinácia rôznych kovových materiálov.
Kombinácia high-k hradlového dielektrika a kovových elektród používaných pre 45nm výrobnú technológiu Intel poskytuje viac ako 20% zvýšenie budiaceho prúdu a zodpovedajúce zvýšenie výkonu tranzistora. Súčasne sa únik prúdu zo zdroja do odtoku zníži viac ako 5-krát, t.j. spotreba energie tranzistora sa zníži.
45nm výrobná technológia Intel tiež umožňuje takmer dvojnásobnú hustotu tranzistorov na čipe v porovnaní s technológiou predchádzajúcej generácie. Vďaka tomu bude možné umiestniť na jeden čip viac tranzistorov alebo zmenšiť veľkosť procesorov. Pretože sú nové tranzistory menšie ako ich predchodcovia, na ich zapnutie a vypnutie je potrebný menší výkon, čím sa zníži aktívne spínacie napätie približne o 30 %. Pre interné prepojenia bude 45nm výrobná technológia Intelu využívať medené vodiče kombinované s low-k dielektrikami, aby sa ďalej zlepšil výkon a znížila spotreba energie. Plánuje sa aj použitie nových štandardov dizajnu topológie a pokročilých techník maskovania, ktoré umožnia použiť súčasnú 193nm technológiu suchej litografie na výrobu 45nm procesorov, keďže tento proces je najhospodárnejší a široko používaný pre masovú výrobu.
Rodina procesorov Penryn zlepší energeticky efektívny výkon
Rodina procesorov s kódovým označením Penryn je založená na mikroarchitektúre Intel® Core™ a pokračuje v záväzku spoločnosti Intel zavádzať nové výrobné technológie a mikroarchitektúry každé dva roky. Kombinácia pokročilej 45nm technológie, veľkoobjemových výrobných možností a revolučnej mikroarchitektúry umožnila Intelu vytvoriť prvé operačné vzorky 45nm procesorov s kódovým označením Penryn.
V súčasnosti je vo vývoji viac ako 15 modelov procesorov založených na 45-nanometrovej technológii, ktoré sú určené pre segmenty desktopov, mobilných zariadení, pracovných staníc a podnikových serverov. Dvojjadrové procesory 45-nanometrovej rodiny Penryn budú obsahovať viac ako 400 miliónov tranzistorov a štvorjadrové procesory viac ako 800 miliónov. Poskytnú nové a vylepšené vlastnosti na úrovni mikroarchitektúry zvýšená produktivita a pokročilé funkcie energetického manažmentu, zatiaľ čo interné frekvencia hodín jadrá procesora a kapacita vyrovnávacej pamäte môže byť až 12 MB. Rodina procesorov s kódovým označením Penryn bude obsahovať približne 50 nových inštrukcií Intel SSE4, ktoré rozšíria možnosti a zlepšia výkon pre multimediálne aplikácie a výpočtovo náročné pracovné zaťaženie.
Ďalšie informácie a fotografie k tejto téme sú dostupné na:
http://www.intel.com/pressroom/kits/45nm/index.htm
Publikácie o rôznymi spôsobmi Výroba polovodičov na báze iných materiálov ako je tradičný kremík v poslednej dobe prevalcovala vedecké publikácie a populárnu tlač. V mnohých prípadoch majú alternatívy ku kremíku úplne logický základ: tradičný kremíkový substrát podľa definície nemôže byť flexibilný, mnohé materiály sa vyrovnávajú s vysokými frekvenciami oveľa lepšie ako kremík atď. Rastúci záujem o alternatívne polovodiče má však ešte jeden, zásadnejší dôvod. Faktom je, že konvenčný kremík čoskoro riskuje, že jednoducho nebude schopný vyrovnať sa s tempom vývoja polovodičového priemyslu a z mnohých dôvodov fyzikálne vlastnosti už nebude vyhovovať vývojárom nových čipov.
O mnohých rôznorodých a dokonca exotických potenciálnych náhradách kremíkových polovodičov – od grafénu a kremíkových nanorúriek až po kvantové a DNA štruktúry – sa v tlači píše so závideniahodnou pravidelnosťou, ale málo sa hovorí o načasovaní a príčinách hroziacej smrti kremíka ako základu. moderný polovodičový priemysel. Táto publikácia má osvetliť perspektívy vývoja elektroniky v horizonte 10-15 rokov a odpovedať na niekoľko kľúčových otázok. Je to paradoxné, ale vysoko ziskový multimiliardový dolár a jeden z najinteligentnejších biznisov súčasnosti – polovodičový priemysel – má už niekoľko desaťročí. Elektronika, ktorá sa zrodila ako podskupina elektrotechniky, rýchlo zažila „elektrónkové“ obdobie vývoja a už v Bellových laboratóriách v roku 1947 bol vynájdený tranzistor - kompaktné polovodičové zariadenie s tromi (alebo viacerými) elektródami schopné riadiť prúd a generovať elektrické oscilácie. Počas niekoľkých rokov po svojom vynáleze sa tranzistor zmenil na univerzálny stavebný prvok elektronického a o niečo neskôr digitálneho sveta, ktorý sa stal hlavnou súčasťou mikroobvodov a procesorov. A ak bolo prvé celopolovodičové zariadenie, rádiový prijímač Regency TR-1 z modelu 1954, vyrobené len so štyrmi tranzistormi, potom prvý prenosný polovodičový televízor na svete Sony TV8-301 s 5-palcovou obrazovkou, predstavený v roku 1960, obsahoval 23 kremíkových a germániových tranzistorov a prvý procesor na svete, Intel 4004, uvedený na trh v roku 1971, pozostával z 2 300 tranzistorov. Ďalej je pohodlnejšie sledovať tempo vývoja elektroniky pomocou oznámení procesory Intel. Po objavení sa v roku 1974 2 MHz procesorov Intel 8080 založených na 4500 tranzistoroch sa udalosti začali vyvíjať s bezprecedentným zrýchlením: 1978 - vydanie prvého 16-bitového procesora Intel 8086 s 29 tisíc tranzistormi; 1982 – procesor Intel 286 so 134 tisíc tranzistormi, plne kompatibilný s predchodcom; 1985 – procesor Intel 386 s 275 tisíc tranzistormi. A nakoniec rok 1989 - 25 MHz procesor Intel 486, ktorý okamžite posunul latku na 1,2 milióna tranzistorov. V prvom Procesor Pentium(1993) počet tranzistorov presiahol 3 milióny. Miliardý míľnik bol prekonaný v roku 2006 – dvojjadrové procesory Intel Itanium 2 z rodiny 9000, vyrobené v súlade s 90-nm procesnou technológiou, obsahujú viac ako 1,7 miliardy tranzistorov. Dnes počet tranzistorov v procesoroch a grafických čipoch presahuje miliardu, a to aj v bežných stolných a prenosných počítačoch. Nikoho neprekvapí, že za prvý prijímač so štyrmi tranzistormi ste pred 60 rokmi museli zaplatiť 49,99 dolárov a dnes každý z miliárd tranzistorov na stolnom PC stojí desiatky či stovky nanodolárov a už čoskoro sa budeme rozprávať približne pikodolárov na tranzistor. Ak by sa letecká doprava stala lacnejšou a rýchlejšou pri rovnakej rýchlosti, let medzi Parížom a New Yorkom, ktorý by stál 900 dolárov a v roku 1978 trval asi sedem hodín, by dnes stál asi cent a netrval by viac ako sekundu!
Mimochodom, prvý tranzistor vytvorený v Bell Labs sa zmestil do dlane. Moderné 32-nanometrové tranzistory sú stokrát menšie ako ľudské červené krvinky. Ťažko dnes nájsť v tomto svete inú oblasť ľudskej činnosti porovnateľnú dynamikou a tempom rozvoja s elektronikou. Vezmime si napríklad procesor Intel Pentium 4 so 42 miliónmi tranzistorov, ktorý debutoval v roku 2000, a porovnajte tempo vývoja rôznych odvetví na jeho príklade. Ak sa za posledné polstoročie automobilový priemysel rozvíjal tempom elektroniky, teraz by sme mohli prekonať vzdialenosť z Moskvy do Vladivostoku za pár sekúnd! Keď už hovoríme o peniazoch, ak by ceny áut klesali rovnakým tempom, nové auto by dnes mohlo stáť menej ako 1 cent. Priemer bodky na konci tejto vety (približne 0,1 mm alebo 100 tisíc nm) pojme 3 tisíc 32 nm tranzistorov. Tu je niekoľko ďalších pokynov: priemer ľudského vlasu je približne 90 000 nm. Celkový počet vyrobených tranzistorov v roku 2003 prekročil astronomicky obrovský počet opísaný desiatkou, za ktorou nasledovalo 19 núl – 10 000 000 000 000 000 000. Nespočetné množstvo sa zvyčajne porovnáva s niečím nekonečným – počtom hviezd, zrniek piesku, no len si predstavte, že vyššie uvedené číslo je 100-krát väčšie ako počet všetkých mravcov na planéte Zem! Ďalšou skvelou metaforou je hrot ihly. Prekonaním bariéry vytvorenia procesora s miliardou tranzistorov boli fyzické rozmery tranzistorov zmenšené tak, že práve na tento hrot s priemerom približne 1,5 milióna nanometrov sa ich zmestí viac ako 50 tisíc! Dá sa neúnavne uvádzať príklady ohromujúceho tempa vývoja elektroniky, ale možno najneuveriteľnejší fakt je predvídateľnosť túto dynamiku. Okrem toho existuje zákon, ktorý tento proces popisuje, a je to tzv
V roku 1965 Gordon Moore, jeden zo zakladateľov spoločnosti Intel, dokázal brilantne predpovedať budúcnosť elektroniky. Stručne povedané, táto predpoveď, teraz známa ako Moorov zákon, je formulovaná takto:Počet tranzistorov v mikroobvodoch sa každé dva roky zdvojnásobíOdvtedy sa predpoveď Gordona Moora naplnila nepochopiteľným spôsobom: každé dva roky sa počet tranzistorov v čipoch exponenciálne zdvojnásobí, čo vedie k neustálemu zvyšovaniu výpočtového výkonu polovodičov a exponenciálnemu znižovaniu nákladov na ich výrobu. .
Počas histórie polovodičovej elektroniky sa opakovane predpovedalo, že Moorov zákon skončí a bude zabudnutý. Objavili sa rôzne dôvody: rozmery tranzistorových prvkov boli príliš malé; zvodové prúdy sú vysoké, príliš zahrievajú čip a oveľa viac, o čom budeme hovoriť trochu nižšie.
Ale až dodnes sa vedcom a technológom vždy podarilo nájsť potrebné materiály, komponenty a podmienky na prechod do ďalšej fázy technologického procesu s ešte presnejšími charakteristikami. Tento úvod do témy by sa dal považovať za úplný, ale skôr ako prejdeme k problémom, ktorým čelí moderná výroba polovodičov, skúsme sa rozhodnúť, či hra stojí za sviečku? Oplatí sa vynaložiť obrovské úsilie a peniaze na zdvojnásobenie počtu tranzistorov v čipoch každé dva roky? Inými slovami,
Je skutočne potrebné pokračovať v presadzovaní Moorovho zákona?
Predo mnou stojí ultraprenosný počítač vyrobený z najnovších polovodičových komponentov. Dokonca aj v takom ľahkom a kompaktnom zariadení nie je možné spočítať počet tranzistorov - napokon aj jeho farebná obrazovka z tekutých kryštálov je tenkovrstvová tranzistorová matrica! Zdalo by sa, čo viac si priať - žiť a byť šťastný. Ale... dovoľme si reptať. Každý stroj miluje, ale z nejakého dôvodu batérie nevydržia niekoľko dní životnosť batérie. A zariadenie sa miestami zahrieva, čo mu tiež nepridáva na prevádzkovom čase. A nakoniec, vždy budú existovať aplikácie - či už ide o hračku alebo videozáznam - ktoré budú určite obťažovať ich „brzdenie“. Inými slovami, aj to najideálnejšie a najviac moderné zariadenie Kritizovať sa dá vždy, ak nie za rozmery, tak určite za prílišnú „žravosť“, tvorbu tepla a nedostatočný výkon. Teraz sa pozrime na túto otázku širšie. Z hľadiska nedostatku výpočtového výkonu a efektívnosti nákladov sa nemusíme ani len dotknúť neukojiteľných firemných potrieb: spomeňme si len na niektoré aplikácie, ktoré potrebuje každý, na každom kroku, ale ktorých implementácia je stále jednoducho nemožná pre nedostatočne vyvinuté elektronika. Mnohí naši čitatelia sa už museli potýkať s komunikačnými problémami v cudzej krajine pre neznalosť miestneho jazyka. Samozrejme, medzinárodný posunkový jazyk a aspoň povrchná znalosť jedného z univerzálnych medzinárodných komunikačných jazykov pomáha, ale čo keby boli vaše slová preložené do miestneho jazyka v reálnom čase a vy ste ako odpoveď počuli automatický preklad? ? Lákavé? Samozrejme, koľko hraníc by padlo a koľkým nedorozumeniam by sa predišlo, nehovoriac o úspore času a peňazí. Skúste si tiež predstaviť systémy na automatické skenovanie tvárí pri vstupe na letisko, schopné ich porovnať s teroristickou databázou a v prípade zhody zablokovať podozrivé osoby. Úspora času v tomto prípade nie je o nič menej citeľná ako výrazné zvýšenie bezpečnosti. Autá s automatickými vodičmi, ktoré jednoducho potrebujú pomenovať destináciu, aby dopravili cestujúceho po najslobodnejšej, najkratšej a najbezpečnejšej trase, tiež možno čoskoro prestanú byť atribútmi iba sci-fi filmov. V skutočnosti si dnes nevieme všetko ani približne predstaviť možné spôsoby používanie zvýšeného výpočtového výkonu, kým tieto schopnosti nebudú dostupné. Teraz sa vedci len snažia predpovedať vývoj a zostavovať zoznam úloh, ktoré vyžadujú výpočtový výkon aj v teréne. Jednou z týchto kategórií sú simulované podmienky, ktoré poznajú virtuálne svety, kolektívne interaktívne hry a trojrozmerné kino. Skrátka tam, kde si vizuálna reprezentácia dát a interakcia s reálnym svetom vyžaduje získanie nových kvalít a používanie modelov si vyžaduje inteligentnejšie distribuované výpočtové technológie, nástroje na generovanie vlastného trojrozmerného obsahu a technológie na zvýšenie efektivity mobilných zariadení. Ďalšou naliehavou úlohou našej doby je takzvaný „pocit“ virtuality. Teda zjednotenie skutočného a digitálnych svetov, akvizícia moderného mobilného, prenosného, stolné počítačeďalšie „zmyslové orgány“. Čím viac rôznych senzorov a senzorov – „okien“ do reálneho sveta, tým viac príležitostí na konverziu analógových informácií na digitálne informácie, ktoré je možné ďalej počítačovo spracovávať, systematizovať a uchovávať, tým viac možností je ovplyvňovať ľudský život. Moderné senzory sú už veľmi rozmanité – GPS prijímače, senzory prostredia, video senzory (od webových kamier po systémy na vývoj kmeňových buniek a poškodenie kože), všetky druhy „atómových senzorov“, ktoré interagujú s inými zariadeniami a vytvárajú flexibilné fyzické obrázky. A dynamicky komponované výpočty prekonajú obmedzenia zdrojov mobilných zariadení, ako je malá veľkosť obrazovky, vytvorením logickej platformy s využitím zdrojov susedných zariadení. Program je intelektuálny mobilné zariadenia s maximálnymi výpočtovými, prepínacími a snímacími vlastnosťami, ľahko prispôsobiteľné problémom, potrebám a prostrediu užívateľa pomocou senzorov a informačnej analýzy. Senzory môžu zhromažďovať ľubovoľne nekonečné množstvo údajov, ale jednou z výziev, ktoré sú s nimi spojené, je presná interpretácia a pochopenie týchto údajov. Vezmite si napríklad myšlienku mobilný systém kontrola zdravia, ktorá vám umožňuje sledovať vaše zdravie, aby ste neliečili, ale predchádzali chorobám. Takáto mobilná platforma bude neustále monitorovať stav životne dôležitých orgánov človeka, ako aj zaznamenávať nutričné informácie na udržanie dobrej fyzickej formy a lepšie pochopiť konzistenciu aktivity a množstvo skonzumovaného jedla.Ako sa dnes vyrábajú procesory
Blíži sa čas, keď zvyčajná evolúcia technológie – ani s tými najdômyselnejšími inžinierskymi trikmi – nebude stačiť na ďalšie dodržiavanie Moorovho zákona. Tieto časy sú predbežné odhady príde pomerne skoro – v roku 2010. Prečo o tom teraz hovoria? Faktom je, že neustály neustály pokrok vo vývoji polovodičov nemohol časom viesť k vyčerpaniu možností množstva nástrojov používaných v technologickom výrobnom procese a nové nástroje, vzhľadom na obmedzenia fyzikálnych zákonov, nie sú napriek tomu pripravené alebo z jedného alebo druhého dôvodu v praxi nefungujú. Proces vytvárania čipu je prácny a problematický. Čím je čip zložitejší, tým veľká kvantita etapy zapojené do jeho výroby. Napríklad pri zvládnutí nového precíznejšieho technického procesu sa zvyčajne najskôr predvedú statické pamäťové čipy (SRAM) s relatívne jednoduchou štruktúrou (pomerne zložitá architektúra procesora) a až po prejdení určitej úrovne je možné vyrobiť plnohodnotný -moderný procesor alebo takzvaný „system-on-chip“ (SoC, System-on-Chip). Technológia výroby moderný procesor na tradičnom kremíkovom substráte môže zahŕňať až 300 stupňov, ale bez toho, aby sme sa dostali do buriny, hlavné stupne vyzerajú takto. Čipy sa vyrábajú na povrchu tenkých okrúhlych plátkov z čistého kremíka viacvrstvovým spracovaním rôznymi chemikáliami, plynom a svetlom. Kremík nebol vybraný na tento účel náhodou, keďže patrí do jedinečnej triedy polovodičov - materiálov, ktorých elektrická vodivosť je niekde medzi vodičom a izolantom. Vlastnosti kremíka sa môžu pri spracovaní meniť tak, že sa z neho stane buď izolant, ktorý bráni toku elektrického prúdu, alebo vodič, ktorý umožní prechod elektrického prúdu. Čo sa týka fyzikálnych rozmerov kremíkových plátkov používaných na veľkosériovú výrobu, tu je všetko logické: čím väčší je priemer plátku, tým vyššia je výťažnosť hotových triesok z každého plátku a zároveň je to náročnejšie. spracovať každý plátok a znížiť počet defektov. Až do konca 20. storočia vo výrobe dominovali 200 mm (8 palcov) doštičky, no na prelome tisícročí sa začali aktívne zavádzať 300 mm (12 palcové) doštičky. Mnoho spoločností v súčasnosti aktívne vyvíja plány na použitie 450 mm (15-palcových) doštičiek, ale kým sa konečne zavedie do sériovej výroby, je potrebné prekonať veľa problémov.Fyzicky sa procesor skladá z miliónov alebo miliárd tranzistorov prepojených ultratenkými hliníkovými alebo medenými vodičmi. V praxi proces výroby čipu spočíva v vytváraní tenkých vrstiev rôznych materiálov na povrchu čistého kremíkového plátku podľa presných vzorov. Ak vezmeme do úvahy skutočnosť, že hovoríme o vytvorení miliárd tranzistorových prvkov, ktorých rozmery sú desiatky a dokonca niekoľko nanometrov, priama aplikácia týchto prvkov na doštičku akoukoľvek fyzikálnou metódou je jednoducho nemožná. Preto sa na povrch plátku ukladajú (alebo „pestujú“) vrstvy materiálov, po ktorých sa nepotrebné materiály odstránia a na povrchu zostane len to, čo je potrebné. Na leštenom povrchu kremíkovej doštičky teda pod vplyvom teploty „rastie“ izolačná vrstva oxidu kremičitého, ktorý súčasne hrá úlohu tranzistorovej brány, pomocou ktorej sa reguluje prechod prúdu. Nasleduje proces nazývaný fotolitografia. Najprv sa na plátok nanesie dočasná vrstva svetlocitlivého materiálu nazývaného „fotorezistent“. Pomocou ultrafialového svetla sa fotorezist exponuje cez špeciálne pripravenú „šablónu“ – „fotomasku“, vďaka ktorej sú „exponované“ určité oblasti fotorezistu. Potom sa exponované oblasti fotorezistu odstránia (podobne ako pri vyvolaní fotografického filmu) a pod nimi sa odkryjú oblasti predtým aplikovaného oxidu kremičitého. Ďalej sa odkryté oblasti oxidu kremičitého odstránia pomocou procesu nazývaného "leptanie", ktorého najbližší preklad je "suché leptanie". Po odstránení zvyšného fotorezistu zostane na povrchu plátku reliéfny vzor oxidu kremičitého, na ktorý sa pomocou dodatočných stupňov fotolitografie a suchého leptania nanášajú ďalšie materiály, ako je vodivý polykryštalický kremík. A potom sa vytvorí nová vrstva s vlastným jedinečným vzorom, v dôsledku čoho sa vytvorí trojrozmerná štruktúra kryštálu mikroobvodu. Slovami to všetko znie jednoducho. V praxi proces výroby čipov zahŕňa mnoho rôznych chemických a chemických krokov. fyzické spracovanie. Napríklad proces „dopingu“, pri ktorom sú exponované oblasti kremíkového plátku bombardované „iónmi“ rôznych chemických prísad, aby sa získali oblasti s rôznou (p- a n-) vodivosťou. Dôležitý je aj proces vytvárania špeciálnych medzivrstvových „okien“ vyplnených kovovým vodičom (v poslednom čase čoraz častejšie meďou, hoci predtým bol široko používaný hliník) na vytvorenie elektrických spojení medzi vrstvami. Celý proces vytvárania trojrozmerných viacvrstvových „mrakodrapov“ sa môže opakovať niekoľko desiatok krát a trvá niekoľko týždňov. Ďalej sú čipy testované, zostavené a zabalené, potom sú dodávané maloobchodníkom alebo spoločnostiam, ktoré výsledné čipy používajú na vytváranie finálnych produktov. elektronické zariadenia. Teraz sa vráťme o pár krokov späť a pripomeňme si, o akej mierke dnes hovoríme. V roku 2008 niekoľko spoločností oznámilo úspešný vývoj 32-nanometrového technologického procesu a rok 2009 možno nazvať rokom prechodu na tento technologický proces spolu s rozsiahlym priemyselným rozvojom 45-nm štandardov. Napríklad ešte v roku 2008 od spoločnosti Intel Predvedený bol prvý funkčný modul statickej pamäte (SRAM), vyrobený v súlade so štandardmi 32nm procesnej technológie. Stojí za zmienku, že veľkosť každej bunky takejto pamäte je iba 0,182 štvorcových mikrometrov a plocha čipu obsahujúceho viac ako 1,9 miliardy tranzistorov je iba 118 štvorcových milimetrov. Už na jar 2009 bola 32-nanometrová technológia deklarovaná spoločnosťou Intel ako úplne pripravená na masovú výrobu najkomplexnejšej procesorovej logiky, čoho dôkazom je demonštrácia prvého funkčného 32-nm procesora. Je potrebné zdôrazniť, že definícia „32nm procesnej technológie“ sa vzťahuje na veľkosť brány tranzistora. To znamená, že pri technologických štandardoch 32 nm je veľkosť brány tranzistora 32 nanometrov a „rozstup“ tranzistorov je približne 112,5 nm. Mimochodom, ďalšia vlastnosť Moorovho zákona, alebo ak chcete, jeho dôsledok uvádza, že veľkosť tranzistorov sa každé 2 roky zmenšuje 0,7-krát. Ak šírka brány 32 nm stále znie ako fyzická dĺžka, potom šírka medzery dielektrika oxidu kremičitého medzi kremíkovým substrátom a hradlom bola už vo fáze vývoja 45 nm procesnej technológie iba 1,2 nanometra. Ak si spomenieme, že priemer atómu kremíka je len 0,24 nm, dospejeme k úplne neuveriteľným záverom: hrúbka jednotlivých prvkov moderného tranzistora je porovnateľná s priemermi niekoľkých atómov! V praxi museli vývojári nových technologických procesov upustiť od používania oxidu kremičitého ako izolantu medzi substrátom a bránou. Faktom je, že v mierkach odhadovaných podľa priemerov atómov už klasický oxid kremičitý nemohol hrať úlohu kvalitného dielektrika: jeho príliš tenká vrstva nie je schopná efektívne znižovať intenzitu kvantovo mechanického tunelového prechodu elektrónov cez bariéra. V praxi to znamená, že okrem toho, že príliš tenká vrstva oxidu kremičitého už nezaručuje presné spínanie tranzistorového spínača, „zvodové prúdy“ cez takýto nespoľahlivý izolátor vedú k tomu, že na stupnici celého čipu s jeho miliardami tranzistorov získame skutočný sporák, ktorý spotrebuje neprimerane vysoké množstvo energie a generuje obrovské množstvo odpadového tepla. Intel vyvíja 45nm a 32nm technologických procesov Tento problém bol vyriešený nahradením tradičného hradlového dielektrika materiálom s vysokým dielektrickým koeficientom (Hi-K) s prísadami oxidu hafnia. Tiež sa zistilo, že na efektívnu výrobu Hi-K dielektrík na báze hafnia je potrebné vyrobiť hradlovú elektródu z iného materiálu: z kovu namiesto polykryštalického kremíka.
Ďalšou základnou výzvou pri výrobe polovodičov sú fyzikálne obmedzenia používania ultrafialového žiarenia ako zdroja svetla na odhaľovanie fotorezistov. Faktom je, že ani najmodernejšie ultrafialové prístroje s vlnovými dĺžkami ďaleko za hranicou viditeľného fialového spektra už nedokážu vystaviť fotorezist pod maskami, pretože medzery v týchto maskách sú príliš malé na prechod „hustých“ vĺn svetla. V súčasnosti sa pre najlepšiu expozíciu najkritickejších vrstiev používajú litografické nástroje „hlbokého ultrafialového žiarenia“ (DUV, Deep Ultraviolet) s vlnovou dĺžkou 193 nm, ktoré vyčerpali svoje možnosti ešte v ére vývoja 0,1 mikrónovej bariéry ( 90 nm procesná technológia). Všetky pokusy o vytvorenie laserov pre skenery a steppery s kratšou vlnovou dĺžkou - 157 nm zlyhali pred niekoľkými rokmi z dôvodu nemožnosti vytvoriť spoľahlivú optiku pre takéto osvitové systémy (najlepšie vzorky na báze materiálov obsahujúcich fluór sa nakoniec nedokázali zbaviť dvojitý refrakčný efekt a vysoká hygroskopickosť). Vývojári sa preto stále musia s difrakciou 193 nm laserov popasovať úplne fantastickým spôsobom – pomocou vysoko clonovej optiky, vytváraním fotomasiek s fázovým posunom a množstvom ďalších inžinierskych trikov. Dokonca aj vo fáze vývoja 65-nm procesnej technológie vyzerala fotomaska s fázovým posunom úžasne: nie je to vtip, vývojári museli vyriešiť zložité optické rovnice založené na reverznej difrakcii lomu svetla v „zákutiach“ steny fotomasky. Fotomaska pre 32-nm procesnú technológiu vyzerá úplne fantasticky: ak kreslíme analógie, zvážte, že máte za úlohu nakresliť čo najpresnejšiu kresbu pre projekt kurzu, berúc do úvahy hrúbku a sýtosť čiar, ale namiesto ostrých ceruziek alebo kresliace perá atramentom, dostali ste kúsok uhlia alebo kriedy. To je ten istý prípad, keď všetci spisovatelia sci-fi na svete jednoducho „relaxujú“ pred géniom inžinierstva.
Okrem toho je na vývoj moderných, presných technických procesov potrebné použiť množstvo ďalších trikov - ako je napríklad dvojitá expozícia, ktorej výsledkom je skutočne výrazný drážkový vzor.
A tiež proces imerznej litografie – teda litografie pomocou špeciálnej kvapaliny medzi optikou a exponovanou platňou, umožňujúcej ďalšie využitie 193 nm žiarenia.
Na ďalšie využitie kremíkových polovodičov na výrobu čipov sa v súčasnosti hľadajú alternatívne nástroje na osvit fotomasky. V laboratóriách viacerých firiem sa tak už niekoľko rokov testujú inštalácie s lasermi takzvaného ultra hlbokého ultrafialového (EUV, Extreme Ultraviolet) s vlnovou dĺžkou okolo 13 nm. Toto žiarenie je už oveľa bližšie k röntgenovému žiareniu ako svetlu v tradičnom zmysle, ale tu nejde o názvy a definície; fungovalo by to.
Bohužiaľ, s rozvojom EUV litografie to nie je také ružové, ako sa pred niekoľkými rokmi, na úsvite vývoja tejto technológie, predpovedalo. Dostatočne výkonné zdroje žiarenia ešte nie sú vyvinuté – priemyselná výroba vyžaduje výkon cca 50 – 100 W, zatiaľ čo inštalácie s výkonom 10 – 20 W sú stále stabilné. Materiály vhodné ako „fotosenzitívne“ fotorezisty neboli úplne identifikované. Zoznam problémov pokračuje, ale faktom zostáva: litografická technológia EUV má ešte ďaleko od komercializácie. V súčasnosti sa diskutuje aj o množstve ďalších techník pre takzvanú litografiu novej generácie (NGL), vrátane bezmaskovej litografie, nanotlače a vylepšenej dvojprechodovej expozície. To všetko však smrť polovodičového kremíka len oddiali, nie však zruší.
Bude nanotechnológia roku 2020 „súladiť“ s Moorovým zákonom?
Teraz sa pozrime na rozsah vývoja kremíkových polovodičových technológií v blízkej dohľadnej budúcnosti.Reálnosť ďalšieho technologického procesu s normami 22 nanometrov, ktorý by sa podľa Moorovho zákona mal dostať do výroby v roku 2011, skutočne potvrdili experimentálne štúdie viacerých spoločností. Najmä spoločnosti IBM, s ktorou spolupracujú AMD a Freescale Semiconductor, sa už podarilo vytvoriť prototyp statického pamäťového čipu (SRAM) pomocou 22-nm procesnej technológie. Realitu 22-nm procesnej technológie potvrdzuje aj Intel, kde zamýšľa použiť rovnaké 193-nm nástroje v kombinácii s ponornou litografiou a technikami dvojitej expozície na výrobu čipov s takýmito štandardmi. Vytvorenie prototypu 28-nm statickej pamäte so šírkou brány 24 nm oznámila aj taiwanská spoločnosť TSMC. V laboratórnych podmienkach pomocou optickej litografie sa vedcom už v roku 2003 podarilo získať experimentálny tranzistor so šírkou brány 10 nm. Môžeme teda predpokladať, že možnosti kremíkových polovodičov budú teoreticky stačiť minimálne na ďalšie dve etapy technologického vývoja. Maximálne tri. Teda do roku 2015, maximálne do roku 2017.
A potom bude existovať fyzikálny limit aj pre „ideálny“ tranzistor fungujúci perfektne ideálne podmienky. Pretože v takejto mierke musíte operovať s rozmermi jednotlivých atómov a tam, kde klasické techniky už neposkytujú žiadnu záruku stabilnej prevádzky, najmä v mierke miliárd elektronických kľúčov na čipe. Koniec kremíkovej éry polovodičového priemyslu je teda hneď za rohom. To však vôbec neznamená smrť samotného polovodičového priemyslu. Teraz vedci z celého sveta študujú rôzne vlastnosti látok, aby našli dôstojnú náhradu za kremíkové polovodiče. Medzi takéto vlastnosti patrí hmotnosť, náboj, spin rôznych látok, ich vlnové a magnetické vlastnosti. Napokon, objavenie sa nových tried nanolátok s pozoruhodnými jedinečnými vlastnosťami tiež sľubuje mnoho zaujímavých objavov a objavov v blízkej budúcnosti, z ktorých niektoré by sa mohli preniesť do masovej výroby elektroniky novej generácie. Odkazy
POZNÁMKA: Conroe? bývalý kódový názov pre procesor Intel? jadro? 2 Duo desktop, Merom ? bývalý kódový názov pre procesor Intel? jadro? 2 Duo pre mobilné počítače.FAKT 1.
procesor Intel? Desktop Core?2 Duo poskytuje o 40 % rýchlejší výkon a o 40 % nižšiu spotrebu energie ako dvojjadrový procesor Intel? Pentium? D predchádzajúcej generácie. 1
? Poskytuje skutočne vynikajúci výkon a ľahko vytvára záznamy v rôznych benchmarkových a vlastných aplikáciách.
? Vďaka efektívnejšej spotrebe tohto procesora môžu výrobcovia počítačov vytvárať menšie, elegantnejšie a tichšie počítače, najmä pri použití čipsetov rodiny Intel? 965 Express.
FAKT 2.
Procesor Intel Core 2 Duo? Ide o tretiu generáciu dvojjadrových PC procesorov Intel.
? Prvá generácia obsahuje procesor Intel Pentium D pre stolné počítače.
? Patrí procesor Intel do druhej generácie? jadro? Duo pre mobilné počítače.
FAKT 3.
Rozmery procesora Intel Core 2 Duo, vyrobeného 65-nanometrovou výrobnou technológiou, sú také malé, že?
? Približne 1400 tranzistorových brán použitých v tomto procesore by sa dalo umiestniť na dĺžku rovnajúcu sa priemeru ľudského vlasu (priemerný priemer ľudského vlasu je 50 mikrónov, dĺžka brány je 35 nm).
? Hrúbka vrstvy oxidu kremičitého použitého ako dielektrikum v hradle tranzistora tohto procesora je 1,2 nm. Bolo by potrebných 90 000 takýchto vrstiev, aby ich celková hrúbka zodpovedala hrúbke 1 dolára (1 dolár má hrúbku asi 0,01 cm).
? V treťom štvrťroku 2006 oslávi Intel prvé výročie uvedenia 65-nanometrovej čipovej technológie.
FAKT 4.
Procesor Intel Core 2 Extreme je oveľa rýchlejší ako iné procesory. Tu sú niektoré z jeho záznamov v testoch výkonnosti v priemysle: 2
? Prvý, kto získal viac ako 400 bodov v teste SYSmark*2004 SE3; spodná čiara? 405 bodov.
? Prvý, kto získa viac ako 200 bodov v teste Webmark*20043; konečné skóre bolo 227 bodov.
? Prvý, kto získal viac ako 3000 bodov v teste SPECint*_base20004; spodná čiara? 3099 bodov.
? Prvý, kto získal viac ako 3000 bodov v teste SPECfp*_base 20004; konečné skóre bolo 3046 bodov.
FAKT 5.
Aby sme získali lepšiu predstavu o rýchlosti procesora Intel Core 2 Duo, môžeme urobiť ďalšie porovnanie?
? Procesor Intel 4004, predstavený v roku 1971, bežal na frekvencii 108 kHz (108 000 hertzov). Taktovací frekvencia procesorov Intel Core 2 Duo presahuje 2 GHz (2 miliardy hertzov). Ak by rýchlosť áut od roku 1971 rástla rovnakým tempom ako rýchlosť procesorov, potom by sa dnes vzdialenosť z Moskvy do Irkutska dala prejsť za menej ako 10 sekúnd (na základe skutočnosti, že v roku 1971 bola rýchlosť auta 100 km/h a vzdialenosť z Moskvy do Irkutska je asi 5 000 km).
FAKT 6.
Obsahuje procesor Intel Core 2 Duo obrovské množstvo tranzistorov? 291 miliónov.
? To sú takmer dva tranzistory na každého obyvateľa Ruska.
? V procesore Intel Core 2 Duo je viac tranzistorov ako minút za 552 rokov.
? Ak vezmete rovnaký počet 1-centových mincí, koľko je tranzistorov v procesore Intel Core 2 Duo, a naukladáte ich do stĺpca, aká bude výška výslednej veže? bude 457 kilometrov. Ak z týchto mincí vytvoríte reťaz a umiestnite ich blízko seba, jej dĺžka bude väčšia ako vzdialenosť medzi Moskvou a Irkutskom (hrúbka 1 centovej mince je 1,6 mm, priemer je 1,9 cm. Vzdialenosť od z Moskvy do Irkutska? asi 5000 kilometrov).
FAKT 7.
Očakáva sa na základe súčasných predpovedí, že desktopový procesor Intel Core 2 Duo porastie rýchlejšie ako procesory Intel? Pentium? a Intel? Pentium? 4, ako aj nové mikroarchitektúry všeobecne.
? Intel plánuje, že do konca tohto roka podiel dvojjadrových procesorov, ktoré vyrába pre vysokovýkonné a masové segmenty, presiahne 75 %.
FAKT 8.
Budú najpokročilejšie podnikové počítače s architektúrou Intel postavené na technológii Intel? vPro?, ktorý bude založený na procesoroch Intel Core 2 Duo.
? Technológia Intel vPro, podporovaná procesormi Intel Core 2 Duo, poskytne takmer 2x vyšší výkon ako rok staré profesionálne obchodné platformy; Navyše bude podporovať technológiu Intel? Active Management Technology a virtualizačné funkcie, hoci počiatočné náklady na systém zostanú takmer rovnaké.
? Využitie technológie vPro pomôže výrazne znížiť počet návštev IT špecialistov na používateľských pracoviskách a počet manuálnych operácií. Hoci len 5 až 15 % porúch PC vyžaduje návštevu špecialistu pracovisko náklady na takéto hovory predstavujú približne 50 % nákladov na podporu PC (výskum Intel/Zenith).
FAKT 9.
Sú najpokročilejšie spotrebiteľské počítače s architektúrou Intel založené na technológii Intel? Viiv?, ktorý je založený na procesoroch Intel Core 2 Duo.
? Najnovšie platformy Poháňané technológiou Intel Viiv s procesormi Intel Core 2 Duo, poskytujú bezkonkurenčnú úroveň výkonu pre prehrávanie vo vysokom rozlíšení a podporujú súčasné spracovanie viacerých mediálnych tokov. Je čas na digitálnu zábavu! Počet používateľov sťahujúcich hudobné súbory cez internet v tomto roku prevýši počet kupujúcich zvukových nahrávok na fyzických nosičoch (výskum Instat); Kúpi si tento rok digitálne audio prehrávače viac ako 80 miliónov používateľov? pre viac vizuálne porovnanie, to je približne jedna na každého obyvateľa Nemecka (podľa ABI Research).
FAKT 10.
Počítač založený na technológii Intel Viiv s procesorom Intel Core 2 Duo je najlepší na vytváranie a úpravu digitálnych mediálnych súborov.
? Platforma založená na technológii Intel Viiv s procesorom Intel Core 2 Duo dokáže automaticky opraviť o 65 fotografií viac alebo previesť o 36 hudobných skladieb viac za päť minút ako systémy založené na procesoroch predchádzajúcej generácie.
1. Technologický postup
2. Frekvencia CPU
3. Odvod tepla
4. Vyrovnávacia pamäť, úrovne
5. Intel, AMD
6. Socket - spôsob uchytenia procesora
7. Ako si vybrať procesor?
Technologický proces
Proces vývoja procesora, ak sa necháte uniesť, je zaujímavou činnosťou. Všetko to začalo mikroobvodmi, ktorých frekvencia sa merala v kilohertzoch. Potom sa technológia zlepšila, tranzistorov bolo stále viac, ich veľkosti sa zmenšovali a zmenšovali, čím sa zvyšovala frekvencia, klesala spotreba energie a tvorba tepla. Výsledkom je, že dnes máme procesory, ktorých frekvencia sa meria na niekoľkých gigahertzoch a vďaka redukcii technického procesu je možné osadiť niekoľko kryštálov (jadier) do jedného substrátu a umiestniť obrovské množstvo tranzistorov, plus pridať pamäť do procesora (cache).
Výsledkom je, že máme efektívne viacjadrové procesory s vysoká frekvencia, viacúrovňová pamäť, znížená spotreba energie a relatívne nízky odvod tepla.
Technologické procesy začali od 10 mikrometrov (µm - 10 -6) a dnešné procesy sú až do 10 nanometrov (nm - 10 -9)
Stručne, proces vytvárania: Kúsok kremíka sa roztaví do valcového tvaru, potom sa nareže na tenké plátky a na ne sa nanesú mikroobvody, potom sa to celé namontuje do puzdra a zapečatí. Všetky fázy výroby sú veľmi zložité a vyspelé.
Takto vyzerá doska, na ktorej sú vytlačené mikroobvody.
A mierne zväčšená verzia taniera s hotovými kryštálmi.
22 nm a 20 nm technické procesy zodpovedajú výrobe dnešných procesorov: Intel Ivy Bridge, Intel Haswell(Celeron, Pentium, Core i3, Core i5, Core i7).
Celeron a Pentium z tejto skupiny v moderných modifikáciách. Mierne vylepšené kvôli cenovej dostupnosti, pridaná podpora pre 64-bitovú bitovú hĺbku, vyrovnávacia pamäť, ale stále zle zvláda moderné úlohy, najmä Celeron.
Počet tranzistorov v procesoroch sa od ich vytvorenia pohyboval od niekoľkých tisíc až po dnešné takmer 2 miliardy!
Zaujímalo by ma, či existuje limit?
Frekvencia procesora
Dalo by sa povedať, že čím vyššia frekvencia, tým lepšie, ale vôbec to nie je pravda. Je lepšie, ak sú procesory vyrobené podľa rovnakej architektúry. V iných prípadoch závisí výkon od architektúry procesora, úrovní a veľkosti vyrovnávacej pamäte procesora, ako aj od frekvencie systémová zbernica. Ak je menej (zvyčajne je to menej), frekvencia procesora sa zníži na svoju frekvenciu a procesor bude nečinný, kým sa dáta prenesú cez systémovú zbernicu (základnú dosku).
Prvý procesor bol predstavený 15. novembra 1971 a mal frekvenciu 740 kHz. Najvýkonnejšie procesory dnes dokážu dosiahnuť frekvencie až 5 GHz.
Existuje ďalší mylný názor (sám som od niektorých počul), že ak je procesor viacjadrový a má frekvenciu povedzme 2,6 GHz, tak každé jadro pracuje na tejto frekvencii. Toto je absolútne nepravda! Toto je celková frekvencia všetkých jadier. Táto maximálna frekvencia sa musí vydeliť počtom jadier a získa sa frekvencia jedného jadra.
Nižšie je uvedený približný graf zmien frekvencie procesora (GHz) a technologického procesu (nm).
Postupom času sa technológia procesu zmenšuje, frekvencia sa zvyšuje a spotreba energie klesá.
Tepelný rozptyl (TDP)
Procesory prideľujú veľké množstvo teplo, bez chladenia, doslova za štyri sekundy sa môžu zahriať na 90 stupňov a prirodzene vyhorieť, a ak existuje systém ochrany proti prehriatiu, vypnite systém.
Preto je dôležité monitorovať stav chladiča s chladičom, pravidelne ho čistiť od prachu a v prípade potreby chladič namazať alebo vymeniť. Prehriatie môže byť tiež dôsledkom brzdenia a zamrznutia systému.
Ak porovnáme odvod tepla medzi výrobcami procesorov Intel a AMD, tak tí druhí ich majú oveľa vyššie. Čo mne osobne vo všeobecnosti nevyhovuje. Keďže sa procesor bude viac zahrievať, tým aj chladenie bude pracovať intenzívnejšie, pumpovať s ním viac vzduchu a prachu, čo vedie k rýchlemu zanášaniu chladiča a chladiča, tvorbe prašnej kôry, upchávaniu rebier chladiča, upchávaniu priechodu vzduchu a prehrievania, ako aj hluku z intenzívneho otáčania chladiča, pretože sa bude snažiť ochladiť systém väčším výkonom.
Cache - pamäť (SRAM), úrovne (L1, L2, L3)
Tu stručne opíšem prácu. O všetkých typoch pamätí sa dočítate v článku Pamäť s náhodným prístupom (RAM).
Máme procesor, má pamäť L1 prvej úrovne, pracuje s frekvenciou rovnajúcou sa frekvencii procesora, to znamená, že údaje uložené v tejto pamäti procesor okamžite spracuje. Ak tieto údaje nie sú v tejto pamäti, potom sa pristupuje k pamäti úrovne L2, ktorá je o niečo pomalšia, ale jej objem je o niečo väčší. Ďalej, ak v pamäti vyššej úrovne nie sú žiadne údaje, pristupuje sa k pamäti úrovne L3, ak existuje, podobne je pomalšia, ale väčšia. No a nakoniec je tu apel na Náhodný vstup do pamäťe.
Kým sa pristupuje k RAM, procesor je nečinný. Odstávka trvá trochu času, niekoľko zlomkov sekundy, ale celkovo to môže trvať dlho.
Intel, AMD
Práve Intel a AMD sú lídrami na trhu vo výrobe procesorov, najmä Intel s podielom okolo 87 %.
Nezačnem najstaršími procesormi, ale prejdime k tým najpopulárnejším. Zoznam je všeobecný, pretože mikroarchitektúra môže zahŕňať aj iné technické procesy pod ich vlastnými kódovými názvami:
Nehalem(1. generácia).
64-bitové procesory: EM64T - Microarchitecture Piesočný most(2. generácia)
64-bitové procesory: EM64T - Microarchitecture Ivy Bridge(3. generácia)
64-bitové procesory: EM64T - Microarchitecture Haswell(4. generácia)
V prvom a druhom generácie Intel Na Celeron a Intel Pentium ani netreba pri nákupe myslieť, už prežili svoju užitočnosť a nedokážu si poradiť s modernými úlohami.
i3,i5,i7 sú rozdelené podľa generácie veľmi jednoducho, prvou číslicou v označení, napríklad:
Intel Core i3 2100T - 2,5 GHz, prvá číslica v 2100T je 2, čo znamená procesor druhej generácie.
Intel Core i5 3450 - 3,1 GHz, prvá číslica v 3450 je 3, čo znamená procesor tretej generácie.
Intel Core i7 4770 – 3,4 GHz, prvá číslica v 4770 je 4, čo znamená procesor tretej generácie.
Ak v označení chýbajú prvé čísla 2,3,4, potom ide s najväčšou pravdepodobnosťou o procesor prvej generácie.
Pozrime sa na aktuálny rad procesorov AMD FX.
Mikroarchitektúra AMD Desktop - Buldozér
Štvorjadrové procesory:
Šesťjadrové procesory:
Osemjadrové procesory:
Spoločným rozdielom medzi všetkými je podpora niektorých technológií, ktoré nepotrebujeme, počet jadier a frekvencia procesora. Hlavným rozdielom je cena. Stále som napísal, že sa mi nepáči AMD pre jeho obrovský odvod tepla, ale môžete si vybrať model porovnateľný s výkonom Intel, ale lacnejší. Aj keď, ak sa procesor viac zahrieva, potrebujete vhodné chladenie, ktoré bude tiež stáť pekný cent, takže možno nestojí za to hľadať lacnejší analóg?
Socket - spôsob montáže procesora
Socket je špeciálny konektor na základnej doske určený na inštaláciu procesora. Na základných doskách výrobcovia uvádzajú, aké typy procesorov podporujú, to si môžete prečítať na krabici alebo v popise. A v popise procesorov je uvedené aj to, ktoré sockety podporujú. Buď opatrný. To platí aj pre držiaky chladiča procesora. Držiaky radiátorov môžu byť univerzálne, to znamená vhodné pre niekoľko zásuviek.
Pri inštalácii procesora na základnú dosku existujú „kľúče“ (štítky). správna inštalácia. Napríklad skosený roh na procesore a pätici alebo výstupky či priehlbiny v substráte procesora a naopak na konektore.
Príklad toho, ako vyzerajú štítky na Socket AM3
Príklad zásuvky 775
A posledný príklad Sockets LGA 1366, 1150, 1155, 1156. Vzhľadovo sa zdá, že vyzerajú rovnako, ale pri inštalácii procesora uvidíte rozdiel a nemožnosť nesprávnej inštalácie do socketu. Musíte si prečítať popis alebo vlastnosti.
Odkiaľ pochádza táto rozmanitosť? Výroba procesorov sa neustále zdokonaľuje, počet pinov sa mení a aby nedochádzalo k zmätkom pri podpore a inštalácii procesora, vymýšľajú rôzne cesty upevnenia
Ako si vybrať procesor?
Ak ide o hry, stále budete musieť preplatiť za vstavanú grafiku, pretože špičkové procesory sú dodávané so vstavaným videom a navyše si budete musieť vybrať výkonnú grafickú kartu. Všetko závisí od vašich preferencií. Na čo budete počítač využívať? Ak na prácu s dokumentmi, surfovanie po internete, sledovanie videí, tak to nie je najlepšie výkonný procesor. Pripísal by som aj to, že volia niečo iné ako vstavanú grafiku, ale trend je taký, že to už implementujú takmer všetky procesory. Pravdepodobne je to ešte lepšie, grafickú kartu si nemusíte kupovať samostatne.
Asi najviac najlepšia možnosť Dnes by to bola kúpa i5 procesora od Intelu druhej generácie, alebo v krajnom prípade i3 na pätici LGA1155, keďže tieto procesory sú vo viac-menej dostupnej cenovej kategórii. Procesory na i7 sú príliš drahé a v budúcnosti, keď ceny klesnú, môžete jednoducho prejsť na výkonnejší procesor. Zvyšné úpravy podľa mňa nestoja za zváženie, sú na socketoch predchádzajúcich generácií, bez možnosti aktualizácie konfigurácie.
Napríklad stále mám základná doska na Socket LGA775 s procesorom Intel Core 2Duo od roku 2008. Maximálny spôsob, ako to môžem upgradovať, je pridať RAM a napríklad nainštalovať SSD disk. Ak chcem vylepšiť svoj počítač, budem musieť aktualizovať celý počítač, keďže moja základná doska už nepodporuje procesory novej generácie, podpora RAM je len DDR2 a nové majú DDR3 alebo 4.
V každom prípade by ste sa mali zamerať na procesory, ktoré podporujú súčasný a rozšírený Socket, aby ste v budúcnosti s väčšou pravdepodobnosťou aktualizovali svoju hardvérovú konfiguráciu. Aj keď je tu možnosť, že sa objavia nové typy procesorov a konektorov, kupujte si to, čo je aktuálne na trhu aktuálne. Povráva sa tiež, že procesory od Intelu budú len podporovať operačný systém Windows 10 a vyššie, tí, ktorým sa to nepáči, by sa mali nad tým zamyslieť.
Existuje taká nádherná stránka CPUBoss, kde môžete porovnávať procesory medzi sebou z hľadiska výkonu, parametrov a ceny. Zadajte teda názov spracovateľov a vyberte si ten najlepší pre vás.
Tranzistor. Zaujímavosti
- Prvé prenosné rádio malo len štyri tranzistory, prvý mikroprocesor Intel obsahoval 2 300 tranzistorov a najnovšie 45-nanometrové štvorjadrové procesory Intel, uvedené na trh v novembri 2007, majú až 820 miliónov tranzistorov.
- Veľkosť 45-nanometrového tranzistora je 2000-krát menšia ako priemer ľudského vlasu.
- Na hlavu kolíka je možné umiestniť viac ako 30 miliónov 45nm tranzistorov.
- Prvý tranzistor, ktorý vytvorili výskumníci z Bell Labs v roku 1947, bolo možné držať v ruke, zatiaľ čo stovky najnovších 45-nanometrových tranzistorov Intelu sa zmestia na povrch jedinej ľudskej červenej krvinky.
- Náklady na tranzistor integrovaný na čipe najnovší procesor Intel, asi miliónkrát nižšia ako priemerná cena polovodičového tranzistora, ktorý sa stal základom integrovaných obvodov v roku 1968. Ak by ceny áut klesli tak rýchlo, nové auto by dnes stálo asi 1 cent.
- Analytici odhadujú, že počet procesorov dodaných na planétu každý rok obsahuje približne 10 19 tranzistorov, čo je približne 100-krát viac ako celá populácia mravcov žijúcich na Zemi.
Etapy dlhej cesty
Televízory, autá, rádiá, zdravotnícke a domáce spotrebiče, počítače, raketoplány a dokonca aj programovateľné zámky dverí v hoteloch – je asi ťažké predstaviť si čo i len jedno viac či menej zložité elektronické zariadenie, ktoré nás obklopuje a nepoužíva tranzistory. Vynález tranzistora pred 60 rokmi vo výskumnom centre Bell Labs bol hlavným faktorom, ktorý podnietil mnohé pozoruhodné inovácie a technologický pokrok. V skutočnosti by bez tranzistora bola existencia takmer celého moderného elektronického a digitálneho priemyslu nemožná. Bol to tranzistor - maličké zariadenie, prvok mikroobvodu, ktorý funguje ako miniatúrny spínač a tým umožňuje implementáciu algoritmov spracovania informácií - ktorý zabezpečil fenomenálny triumf počítačov.
Aké je tajomstvo úspechu? Mikroelektronika sa neustále rozvíja a neustále obohacuje vedeckú a technickú komunitu o inovácie. S každou novou generáciou technologických procesov na ich výrobu sú tranzistory čoraz kompaktnejšie, rýchlejšie a hospodárnejšie v spotrebe energie. V novembri 2007 inžinieri Intelu – prvýkrát v dlhej histórii polovodičových integrovaných obvodov – prelomili kremíkový „monopol“ vo výrobe tranzistorov a zaviedli nové materiály do štruktúry polovodičových komponentov. To umožnilo vytvorenie mikroprocesorov založených na mikroarchitektúre Intel® Core™ s použitím revolučnej 45nm výrobnej technológie s použitím vysokok hafniového hradlového izolátora (dielektrika) a kovového hradla, ktorý poskytuje rekordný výkon a efektívnu spotrebu energie.
Čo bude ďalej? Spoločnosť Intel má v úmysle pokračovať v posúvaní hraníc možného prostredníctvom technologických inovácií s cieľom vytvárať nové typy produktov, ktoré môžu zásadne zmeniť spôsob, akým pracujeme, hráme sa a komunikujeme.
"zapnuté"
Za oficiálny dátum zrodu prvého tranzistora sa považuje 23. december (podľa iných zdrojov - 16. december) 1947. Autormi tohto nádherného vynálezu boli americkí fyzici William Shockley, John Bardeen a Walter Brattain. Pravda, vedecká komunita tento vynález spočiatku privítala dosť chladne, no už v roku 1956 boli všetci traja Američania ocenení Nobelovou cenou za fyziku. Navyše John Bardeen sa následne stal jediným v histórii Nobelovej ceny, ktorý vyhral dvakrát v rovnakej kategórii: druhú cenu v oblasti fyziky mu udelili v roku 1972 za vytvorenie teórie supravodivosti.
Samotný názov – „tranzistor“ vymyslel ich kolega John R. Pierce. V máji 1948 vyhral internú súťaž organizovanú medzi zamestnancami laboratória o najúspešnejší názov vynálezu, ktorý mal v tom čase len niekoľko mesiacov. Slovo „tranzistor“ je tvorené spojením dvoch pojmov: „transkonduktancia“ (aktívna medzielektródová vodivosť) a „variabilný odpor“ alebo „varistor“ (premenlivý odpor, varistor).
Prví, ktorí aktívne používali tranzistory, boli rádioamatéri, ktorí tieto elementárne zariadenia používali na zosilnenie signálu. Preto sa prvé prenosné bezdrôtové rádiá z päťdesiatych rokov nazývali tranzistorové alebo dokonca jednoducho „tranzistory“. Postupom času sa však začali používať predovšetkým ako prvky integrovaných obvodov, čo zabezpečilo, že tranzistor zohrával v posledných štyridsiatich rokoch zásadnú úlohu v technologických úspechoch človeka.
Je zaujímavé poznamenať, že tranzistor v podstate robí to, čo robí bežný spínač: zapína a vypína prúd. Poloha zapnutia pre tranzistor znamená „1“, poloha vypnutia znamená „0“. Obrovské množstvo tranzistorov na integrovanom obvode generuje jednotky a nuly, ktoré tvoria počítačovo zrozumiteľný binárny kód – „jazyk“, ktorý počítače používajú v procese výpočtov, spracovania textu, prehrávania filmov a zvuku, zobrazovania obrázkov. .
Tranzistory a... rock'n'roll
Prvý tranzistor, v ktorom prúdil prúd po povrchu polovodiča, slúžil na zosilnenie elektrického signálu, ktorý ním prechádzal - tranzistory sa s touto úlohou vyrovnali efektívnejšie ako v tom čase populárne, ale objemnejšie a krehkejšie vákuové elektrónky.
Aby sa popularizácia tranzistorov čo najviac urýchlila, výskumné centrum Bell Labs sa rozhodlo licencovať technológiu tranzistorov. Dvadsaťšesť spoločností si zakúpilo licenciu, ktorá stála 25 000 USD. Aby však bola tranzistorová technológia komerčne úspešná, bolo potrebné upútať pozornosť masového publika. To bolo možné vďaka tranzistorovým rádiám. Prvý model takéhoto zariadenia, ktorý obsahoval až štyri tranzistory, bol predstavený v októbri 1954. S príchodom prenosného rádia získali fanúšikovia rádia možnosť počúvať hudbu a prijímať informácie kdekoľvek – to okamžite využili mladí ľudia, ktorí mali možnosť uniknúť z rodičovskej starostlivosti a presadiť sa pomocou novej subkultúry . Prenosné rádio teda podnietilo novú revolúciu... a v hudbe - rokenrol znel éterom všade!
Integrovaný obvod
Koncom 50-tych rokov sa tranzistor „usadil“ v rádiách, telefónoch a počítačoch, a hoci jeho rozmery boli oveľa menšie ako rozmery vákuových elektrónok, na vytvorenie novej generácie elektronických zariadení to zjavne nestačilo. Na realizáciu obrovského výpočtového potenciálu tranzistorov, ich hromadnú výrobu a zníženie nákladov bol potrebný ďalší vynález.
V roku 1958 Jack Kilby z Texas Instruments a Robert Noyce z Fairchild Semiconductor, ktorý sa neskôr stal jedným zo zakladateľov Intel Corporation, vynašli spôsob, ako spojiť veľké číslo polovodičových tranzistorov do jedného integrovaného obvodu alebo mikroobvodu. Bol to obrovský krok vpred – napokon, predtým samostatné komponenty elektrická schéma musel byť pripojený ručne.
Čipy mali dve výhody: nižšiu cenu a vyšší výkon. Obe výhody vyplynuli z miniaturizácie, ktorá umožnila exponenciálne zmenšenie veľkosti zariadenia a mimoriadnu dynamiku vo výrobnom procese. Gordon Moore, ktorý v roku 1968 spolu s Noyceom založil procesorový gigant Intel, sformuloval predpoveď v článku v časopise, ktorý bol publikovaný v roku 1965 a stal sa známym ako „Moorov zákon“. Podľa tohto zákona sa mal počet tranzistorov v mikroobvode zdvojnásobiť každých jeden a pol až dva roky, čo by zase prinieslo zvýšenie výpočtového výkonu a zníženie konečných nákladov na produkt pri jeho hromadnej výrobe. Schopnosť umiestniť veľa kompaktných prvkov na malý povrch sa ukázala ako kritický faktor úspešného napredovania čipov.
Výrobcovia čipov boli schopní udržať tento exponenciálny nárast hustoty tranzistorov na čipe po celé desaťročia. Prvý počítačový mikroprocesor Intel® Corporation, 4004, uvedený na trh v roku 1971, obsahoval 2 300 tranzistorov. V roku 1989 ich mal procesor Intel® 486 už 1 200 000 a v roku 2000 procesor Intel® Pentium® 4 prekonal 42 miliónov. Nový štvorjadrový procesor Intel® Core™ 2 Extreme je postavený na 45nm výrobnej technológii a obsahuje 820 miliónov tranzistorov.
Atómové hry
Neustále sa predpovedá smrť Moorovho zákona. Nekonečný exponenciálny rast je z definície nemožný – a napriek tomu sa výrobcom procesorov stále darí obchádzať toto obmedzenie. Vlani v septembri Gordon Moore povedal, že zákon pomenovaný po ňom má všetky šance na to, aby zostal v platnosti ešte aspoň 10-15 rokov, no potom môžu vzniknúť nové zásadné prekážky jeho implementácie. Tak či onak, tento najznámejší zákon počítačového sveta 21. storočia čakali ťažké časy.
Bitka o miniaturizáciu vyčerpala jednu z najdôležitejších komponentov tranzistora: vrstvu oxidu kremičitého (SiO2), ktorá slúži ako izolačná vrstva medzi bránou tranzistora a kanálom, cez ktorý preteká prúd, keď je tranzistor zapnutý. S každou novou generáciou procesorov sa táto izolačná vrstva stenčila – kým pred dvoma generáciami jej hrúbka nedosahovala 1,2 nm, čiže 5 atómov. Inžinieri Intelu už neboli schopní urobiť túto vrstvu tenšou minimálne o jeden atóm navyše.
Keď sa hrúbka izolačnej vrstvy zmenšila, zvodový prúd sa zvýšil. Izolačnou vrstvou začal vo vnútri tranzistora prechádzať prúd, zmenilo sa správanie zariadenia, začalo odvádzať čoraz väčšie množstvo energie. V dôsledku toho sa zvýšila prúdová spotreba procesora a pri jeho prevádzke sa vytváralo dodatočné teplo.
Základný limit
Únik prúdu tranzistorov sa stal hlavným problémom v polovodičovom priemysle: bez prelomu v tejto oblasti sa dlho predpovedaná základná hranica stala neprekonateľnou. Navyše by to znamenalo nielen koniec Moorovho zákona – digitálna revolúcia posledných desaťročí by sa náhle zastavila. Počítačové procesory, ktoré každých 24 mesiacov prakticky zdvojnásobili svoju produktivitu, mohli upadnúť do zabudnutia.
Na vyriešenie krízy bolo potrebné zväčšiť hrúbku izolačnej vrstvy, ale túto hrubšiu vrstvu vyrobiť z iného dielektrického materiálu s vyššou dielektrickou konštantou (high-k), aby sa zachovala povaha interakcie medzi hradlom a kanálom. V januári 2007 spoločnosť Intel oznámila, že po prvýkrát za štyridsať rokov nebude izolačná vrstva vyrobená z oxidu kremičitého, ale z materiálu na báze hafnia, strieborno-šedého kovu, ktorý má lepšie elektrické vlastnosti ako kremík a môže znížiť úniky. prúdu o faktor desať. Sám Gordon Moore nazval tento veľký úspech „najdôležitejšou zmenou v technológii tranzistorov od konca šesťdesiatych rokov“.
Tento prielom však vyriešil problém len z polovice. Nový materiál sa ukázal ako nekompatibilný s dôležitou súčasťou tranzistora - hradlom. Ešte horšie je, že tranzistory s novým izolačným materiálom pracovali menej efektívne ako so starým. Potom bolo navrhnuté nahradiť materiál uzávierky: Spoločnosť Intel Corporation objavila jedinečnú kombináciu kovov, ktorej zloženie je prísne tajné.
12. novembra 2007 Intel predstavil novú generáciu procesorov založených na týchto materiáloch a 45-nanometrovej výrobnej technológii. Nová výrobná technológia, tenšia ako predchádzajúca 65-nanometrová, umožnila Intelu takmer zdvojnásobiť počet tranzistorov umiestnených na rovnakej ploche matrice – teraz bolo možné si vybrať medzi zvýšením celkového počtu tranzistorov alebo zmenšením veľkosti procesora. . Nové tranzistory vyžadujú na zapnutie a vypnutie o 30 % menej energie. Výsledkom je, že nová generácia procesorov Intel, vyrobená 45-nanometrovou výrobnou technológiou, nielenže demonštruje rekordný výkon, ale znamená aj prelom v oblasti spotreby energie.
Nárast výpočtového výkonu, ktorý je dôsledkom Moorovho zákona, umožňuje ľudstvu efektívnejšie vypočítať spôsoby riešenia najdôležitejších problémov, ktorým čelí: klimatické zmeny, dedičné choroby, tajomstvá genetiky atď. Moderné spôsoby a miery riešenia takýchto pred piatimi rokmi bolo ťažké si len predstaviť. Nové aplikácie pomáhajú meniť náš život a robia ho ešte bezpečnejším...
Počet tranzistorov v procesore:
Procesory a technológia výroby: