0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

0,09 мкм техпроцесс от Intel

Содержание

0,09 мкм техпроцесс от Intel

В настоящее время у людей не утихает интерес по поводу грядущего процессора AMD Hammer, однако не стоит оставлять вниманием и его конкурента — Prescott от Intel.

Ядро Prescott представляет собой значительное обновление платформы Pentium 4, поскольку чипы будут работать не только на более высокой тактовой частоте, но у них также будет увеличен кэш L2 до 1 Мб, использоваться технология Hyper Threading, и будут добавлены новые инструкции.

Как упоминается в последнем квартальном отчете Intel, более 50% поставок CPU составляют процессоры Pentium 4 (ядро Northwood) 0,13 мкм (130 нм). Ядро Intel Prescott выйдет на рынок во второй половине следующего года, и оно будет производиться с использованием 0,09 мкм (90 нм) техпроцесса. Как мы уже упоминали, новые процессоры представляют собой нечто большее, чем просто уменьшение размеров кристалла. Причем некоторые улучшения нас удивили — мы не предполагали, что Intel введет их столь рано.

На днях Intel поделилась большей информацией о своем 0,09 мкм техпроцессе. Компания уже начала производство первых чипов по новому техпроцессу, а если быть более конкретным — чипов SRAM, которые обычно используются в кэше. Конечно, производство памяти SRAM не столь изощренно, как производство процессоров, однако техпроцесс проходит обкатку и Intel явно достигает каких-то своих, внутренних целей.

Согласитесь, это достаточно радостная новость на фоне сложностей с переходом к меньшему техпроцессу у других компаний. Переход AMD на 0,13 мкм техпроцесс произошел позднее запланированного, а за последний квартал TSMC выпустила только лишь 1% своих микросхем по 0,13 мкм техпроцессу.

К концу этого кода Intel уже будет иметь готовые образцы 0,09 мкм Prescott для передачи своим партнерам, а уже во второй половине 2003 года начнется массовое производство 90 нм процессоров. И хотя мы еще долго не получим первых 90 нм чипов, мы все же можем раскрыть некоторые интересные детали будущего процессора.

Новый техпроцесс хорошо подходит кэшу

Одно из главных достижений Intel с новым техпроцессом заключается в очень высокой плотности кэша. В своем мартовском анонсе, Intel объявила о самых емких чипах SRAM (6,5 Мбайт) благодаря использованию 90 нм техпроцесса.


52-Мбитный чип SRAM,
произведенный по 90 нм техпроцессу


90 нм подложка

Все кристаллы 90 нм техпроцесса будут изготавливаться с использованием 300 мм подложек. На такую подложку вмещается 330 миллиардов транзисторов.

Как мы уже упоминали выше, Prescott будет оснащен 1 Мб L2 кэша, что очень неплохо для рядового процессора. Еще не так давно 1 Мб кэша могли похвастаться лишь серверные процессоры, однако 90 нм техпроцесс смог обеспечить одним мегабайтом кэша и обычные компьютеры. Подобная добавка придется Intel как нельзя кстати, ведь процессорам компании придется конкурировать с AMD Hammer. Поскольку Hammer содержит контроллер памяти непосредственно на самом процессоре, то обращения к памяти там могут происходить быстрее, то есть чем чаще Prescott будет обращаться к памяти, тем больше очков производительности будет набирать Hammer. Увеличенный размер L2 кэша уменьшает частоту обращения к основной памяти у Prescott.

Если рядовые процессоры Intel получат в свое распоряжение 1 Мб L2 кэша, то что можно сказать насчет серверов? Уже достаточно давно известно, что процессор Intel Madison (третье поколение Itanium) будет оснащен 6 Мб встроенным L3 кэшем на 0,13 мкм техпроцессе, однако переход ядра Montecito (четвертое поколение Itanium) на 90 нм техпроцесс позволит оснастить процессор 12 Мб встроенного L3 кэша. А это ни много, ни мало — 800 миллионов транзисторов.

Растягивая кремний

Наиболее интересная часть 90 нм техпроцесса — технология растягивания кремния. Чтобы понять ее суть, вам сначала нужно разобраться в некоторых фундаментальных понятиях о работе транзисторов.

Нам нужно, чтобы транзистор смог пропускать как можно больший ток при включении транзистора, и чтобы транзистор не пропускал ток вообще при его выключении. К сожалению, наш мир далеко не идеален и транзисторы не всегда ведут себя как положено. Технологии типа «кремний на диэлектрике» (SOI) помогают остановить ток, когда транзистор выключен (ток утечки), а технологии типа «растянутого кремний» (Strained Silicon) помогают увеличить ток при включении транзистора.

Мы уже рассказывали о принципе работы технологии «кремний на диэлектрике», причем данную технологию собираются использовать и Intel и AMD. AMD внедрит SOI в процессоре Hammer, а Intel — на 65 нм техпроцессе в 2005 году.

Технология «растягивания кремния», как видно по ее названию, действительно растягивает кремний на канальной области транзистора. Но не надо думать, что инженеры на фабриках Intel сидят и растягивают кристаллы как ткань на пяльцах. Кремний помещается на специальную подложку, у которой расстояние между атомами больше, чем у кремния. В результате атомы кремния растягиваются для соответствия атомам подложки.


Кремний «растягивается» благодаря подложке,
где расстояние между атомами больше

Поскольку расстояние между атомами возрастает, то электроны могут проходить сквозь канал с меньшим сопротивлением. В результате мы получаем 10-20% повышение тока.

Как сообщает Intel, их технология «растянутого кремния» свободна от недостатков (в отличие от технологий конкурентов), кроме как 2% повышения стоимости изготовления. Впервые технология начнет применяться именно на 90 нм техпроцессе.

Готовимся к Prescott — седьмой слой

Все 0,13 мкм кристаллы Intel построены на шести металлических слоях с использованием медных соединений для оптимизации плотности монтажа и стоимости производства. В 90 нм техпроцессе Intel решила добавить седьмой металлический слой, чтобы в ядрах Prescott и Montecito можно было максимально эффективно использовать более 100 миллионов транзисторов.


Семь металлических слоев — посчитать проще простого

Среди остальных особенностей 90 нм техпроцесса Intel следует отметить:

  • толщина оксидной пленки затвора 1,2 нм (самая тонкая пленка в индустрии)
  • изначальная длина затвора 50 нм, в ближайшие два года будет еще уменьшена (сравните с 70 нм длиной затвора на первых 0,13 мкм чипах, и 60 нм длина — на нынешних)
  • использование нового low-k кремний-примесного оксидного диэлектрика для уменьшения емкостного сопротивления провод-провод (так достигается уменьшение мощности)

В результате всех этих улучшений Intel сможет производить кристаллы с более высокими тактовыми частотами и более низким рабочим напряжением. Первые 90 нм транзисторы будут работать на 1,2 В и рано или поздно перейдут и на более низкое напряжение. То есть уже сейчас вы можете представить рабочее напряжение ядра Prescott (в зависимости от тактовой частоты, конечно же).

90 нм производство — что оно нам дает?

Говорить о технологических улучшениях можно бесконечно, но когда мы увидим первые 90 нм процессоры?

Первые образцы 90 нм процессоров должны быть получены к концу этого года. Однако правила игры Intel изменились — вместо преимущественного выпуска новых процессоров на мобильный рынок, первыми 90 нм процессоры получат сектора обычных компьютеров и серверов. Причина проста — Intel желает убрать Pentium 4 с мобильного рынка, где будет властвовать Banias. Banias должен выйти в начале следующего года на 0,13 мкм техпроцессе. И пройдет еще некоторое время, пока он не будет переведен на 0,09 мкм техпроцесс.

Так что мы увидим 90 нм процессоры Xeon с низким тепловыделением в качестве серверных решений, равно как и 90 нм производную ядра Northwood.

Затем последуют и другие 90 нм решения — новое ядро Prescott и Montecito. Оба ядра будут использовать 90 нм техпроцесс в полную силу. Массовое производство Prescott с 1 Мб L2 кэша и 100 миллионами транзисторов на частоте порядка 4 ГГц ожидается уже в ближайшем будущем (примерно через год).

7 нм против 12: о чем говорит технологический процесс процессора

В сентябре 2019 года Apple представила три свежих смартфона: iPhone 11, iPhone 11 Pro и iPhone 11 Pro Max. Их главной фишкой, конечно же, оказались камеры, общие принципы работы которых мы обсуждали в отдельном материале. Тем не менее, отдельного внимания также заслужил и процессор новинок. Их «сердцем» стал Apple A13 Bionic, который создан по 7-нанометровому технологическому процессу. Производитель гордится этой цифрой, ведь до неё добрались далеко не все конкуренты. А вот у Xiaomi Redmi 8 Pro чип MediaTek Helio G90T. У него все 12 нм, и кичиться здесь точно нечем…

Вообще, в мире высоких технологий нет ничего быстрее, чем самые проворные микросхемы — процессоры. Они умеют обрабатывать миллиарды операций в секунду, а на их производство уходит настолько много невероятных технологий, что даже становится жутко. Микропроцессоры пошли в массовое производство в 90-х годах прошлого столетия. С того времени они пережили несколько ступеней развития, апогеем которого стало начало 21 века. Именно тогда производителям открылись все основные свойства кремния, и это дало возможность получать максимальную эффективность при минимальных затратах.

Читать еще:  Игровые экранизации: S.T.A.L.K.E.R. — о людях и Зоне

Сегодня темпы развития процессоров стремительно падают. Кремниевые технологии быстро приближаются к пределу своих физических возможностей. Да, их частоты всё ещё увеличиваются, но эффективность работы находится в стагнации. Про это в разрезе смартфонов и не только мы расскажем в данной статье.

Что собой в принципе представляет каждый микропроцессор

Каждый микропроцессор представляет собой специальную интегральную схему, которая расположена на микроскопическом кристалле кремния. Этот материал используется только из-за того, что обладает свойствами полупроводников: он проводит электроэнергию быстрее диэлектриков и медленнее металлов. Его можно сделать и изолятором, который останавливает движение зарядов, и проводником, который зажигает для них зелёный свет. Этим параметром получится управлять с помощью специальных примесей.

Внутри микропроцессора нашлось место для миллионов транзисторов, которые объединены невероятно тонкими проводниками. Для их производства используют алюминий, медь и другие материалы — они предназначены для того, чтобы переваривать информацию. Из них складываются внутренние шины, которые дают процессору возможность работать с математическими и логическими операциями, а также управлять остальными микросхемами устройства в общем и целом.

Одним из самых важных параметров качества микропроцессора всегда была частота работы его кристалла. Именно она определяет число действий, которые могут выполняться за отведённое время — это зависит от того, насколько быстро транзисторы могут переходить из закрытого состояния в открытое. На это далеко не в последнюю очередь влияет технология производства кремниевых пластин — основного компонента процессоров. Чем они меньше, тем разогнать их частоту обычно можно до больших значений.

Технологический процесс, который используется при производстве микропроцессоров, влияет на их размер. Если обрезать количество нанометров, о котором сегодня все говорят, можно уменьшить габариты самого чипа. Это сделает его не только более быстрым — он будет выделять меньше тепла и расходовать меньше энергии. Данные показатели всегда были очень важны в полноценных компьютерах, но теперь выходят чуть ли не на первое место и в современных смартфонах.

Какие этапы проходят процессоры во время производства

Даже если верить «Википедии», производство процессоров можно разделить на полтора десятка этапов. Мы решили вкратце расписать каждый из них именно для того, чтобы стало понятно, насколько сложный это процесс. В реальности же он ещё более замысловатый, уж поверьте.

1. Механическая обработка. На этом этапе производитель готовит пластины проводника с определённой геометрией и кристаллографической ориентацией, которая не может отличаться от эталона более чем на 5%. Отдельного внимания также заслуживает класс чистоты поверхности.

2. Химическая обработка. В рамках этого этапа с поверхности удаляются все мельчайшие неровности, которые были созданы во время механической обработки. Для этого, а также для получения необходимых нюансов формы используют плазмохимические методы, а также жидкостное и газовое травление.

3. Эпитаксиальное наращивание. В данном случае проходит добавление слоя полупроводника — осаждение его атомов на подложку. Именно на этом этапе образуется кристаллическая структура, аналогичная структуре подложки, которая часто выполняет роль только лишь механического носителя.

4. Получение маскировки. Чтобы защитить слой полупроводника от последующего проникновения примесей, на этом этапе на него добавляется специальное защитное покрытие. Это происходит путём окисления эпитаксиального слоя кремния, которое становится возможным за счёт высокой температуры или кислорода.

5. Фотолитография. На этом этапе на диэлектрической плёнке создаётся необходимый рельеф. Если до данного этапа в этом пункте статьи вы мало что вообще поняли, то наша задача выполнена — вы осознали, насколько сложно создать процессор, и можете двигаться к следующему пункту.

6. Введение примесей. Здесь речь, конечно же, про электрически активные примеси, которые нужны для образования изолирующих участков, а также электрических переходов, источниками которых могут быть твёрдые, жидкие и газообразные вещества. Для этого используется метод диффузии.

7. Получение омических контактов. Кроме этого, на данном этапе также создают пассивные элементы на пластине. Для этого используется фотолитографическая обработка на поверхности оксида, который покрывает области успешно сформированных структур.

8. Добавление слоёв металла. На этом этапе будущий процессор получает несколько дополнительных слоёв металла, общее количество которых может лихо отличаться и зависит от его уровня. Между ним нужно расположить диэлектрик, в котором есть сквозные отверстия.

9. Пассивация поверхности. Чтобы правильно протестировать кристалл, нужно максимально сильно очистить его от любых возможных загрязнений. Чаще всего это происходит в деионизированной воде на установках гидромеханической или кистьевой отмывки.

10. Тестирование пластины. Для этого обычно используются зондовые головки, которые установлены на специальных установках, используемых для разбраковки пластин. Кстати, до этого самого момента они находятся в неразрезанном на отдельные части состоянии.

11. Разделение пластины. На этом этапе пластину механически разделяют на отдельные кристаллы. Сейчас это делают не только из-за удобства, но и по причине поддержания электронной гигиены. В её рамках в воздухе должно быть критически малое количество пыли, а в процессе разрезания она появится.

12. Сборка кристалла. На этом этапе готовый кристалл упаковывают в специальный корпус, который в дальнейшем герметизируют. Здесь к нему также подключают все необходимые выводы, которые нужны для его дальнейшего использования — это практически готовый чип.

13. Измерения и испытания. На данном этапе происходит проверка чипа на соответствие заданным техническим параметрам. Да, даже в настолько точном и высокотехнологическом производстве случается брак, который возрастает при увеличении сложности задачи. Отсюда и немаленькая цена.

14. Контроль и маркировка. Это пара финальных этапов в производстве чипов. В данном случае их снова проверяют, потом наносят на них специальное защитное покрытие, а также упаковывают, чтобы доставить готовое изделие конкретному заказчику.

Хронология уменьшения размера технологического процесса

’70-е:

  • 3 мкм — такого технологического процесса компания Zilog достигла в 1975 году, Intel — в 1979-м.

’80-е:

  • 1,5 мкм — Intel уменьшила технологический процесс до этого уровня в 1982 году;
  • 0,8 мкм — уровень Intel в конце 1980-х.

’90-е:

  • 0,6–0,5 мкм — компании Intel и IBM находились на этом уровне в 1994–1995 годах;
  • 350 нм — Intel, IBM, TSMC к 1997-му;
  • 250 нм — Intel, 1998 год;
  • 180 нм — Intel и AMD, 1999 год.

’00-е:

  • 130 нм — этого уровня компании Intel, AMD достигли в 2001–2002 годах;
  • 90 нм — Intel в 2002–2003 годах;
  • 65 нм — Intel в 2004–2006 годах;
  • 45–40 нм — Intel в 2006–2007 годах;
  • 32–28 нм — Intel в 2009–2010 годах;
  • 22–20 нм — Intel в 2009–2012 годах;

’10-е:

  • 14–16 нм — Intel наладила производство таких процессоров к 2015 году;
  • 10 нм — TSMC делала такие процессоры уже в 2016-м, а Samsung — в 2017 году;
  • 7 нм — TSMC, 2018 год;
  • 6 нм — TSMC только анонсировала такой технологический процесс в 2019 году;
  • 5 нм — TSMC начала тестирование такого техпроцесса в 2019 году;
  • 3 нм — Samsung обещает делать процессоры с таким технологическим процессом к 2021 году.

Чем меньше нанометров в технологическом процессе, тем:

Выше скорость работы. В сегменте мобильных процессоров самым быстрым сегодня считается Apple A13 Bionic, который выполнен по 7-нанометровому технологическому процессу — это максимально крутое значение, которое доступно на сегодняшний день в коммерческом секторе. За уменьшением техпроцесса зачастую следует именно увеличение производительности. Она сегодня жизненно нужна для использования нейронных сетей, для дополненной реальности, работы с графикой в любом месте и в удобное время. Да что там говорить, с выходом Apple Arcade мы ждём бум мобильных игр, и для них процессор также важен.

Ниже выделение тепла. Сегодня мы акцентируем внимание именно на мобильных устройствах. Есть мнение, что в смартфонах разговоры о температуре процессоров не так актуальны, но это большая ошибка. При большой нагрузке процессоры нагреваются. Если температура становится критичной, они снижают скорость своей работы — это называется троттлингом. Чтобы избежать этого, нужно делать корпус толще, думать про дополнительный отвод тепла и так далее. При использовании более совершенного технологического процесса число подобных заморочек заметно снижается.

Меньше потребление энергии. В конце концов, уменьшение технологического процесса очень важно для увеличения времени автономной работы. Именно поэтому при оценке ёмкости аккумулятора недорого смартфона на Android не нужно сравнивать её с соответствующим показателем в iPhone и других флагманах. Даже с куда большим объёмом аккумулятора устройство может работать не так долго, как того хотелось бы. Тот же Xiaomi Redmi 8 Pro с процессором, который выполнен по устаревшему технологическому процессу (12 нм), не радует автономностью даже с достаточно большой батарейкой.

В заключение повторюсь — при выборе нового смартфона нужно не в последнюю очередь смотреть на технологический процесс чипсета. Прогресс преодолел планку в 12 нм ещё в 2016 году, поэтому в 2019-м эта цифра выглядит даже как-то смешно.

Что означает «7 нм техпроцесс»?

В сентябре Apple, как всегда, выпустила новое поколение iPhone. На этот раз сердцем смартфонов iPhone 11, iPhone 11 Pro и iPhone 11 Pro Max стал новый процессор от Apple A13 Bionic, подробный обзор которого AppleInsider.ru уже выпустил. Этот процессор, как и его предшественник A12 Bionic, выполнен по 7-нанометровому техпроцессу, о чём упоминают все журналисты. Но что такое этот «техпроцесс»? Чем 7-нанометровый лучше 10-нанометрового и когда будет 5-нанометровый? Давайте разберёмся.

Читать еще:  Gamescom 2018: нуар из прошлого в The Sinking City

Производство процессоров похоже на лабораторию из фантастического фильма

Что такое «7 нм техпроцесс»?

Если говорить очень упрощённо, то процессор — это миллиарды крошечных транзисторов и электрических затворов, которые включаются и выключаются при выполнении операций. «7 нм» — это размер этих транзисторов в нанометрах. Для понимания масштабов стоит напомнить, что в одном миллиметре миллион нанометров, а человеческий волос толщиной 80000 — 110000 нанометров. Транзистором, напомню, называют радиоэлектронный компонент из полупроводника (материал, у которого удельная проводимость меняется от воздействия температуры, различных излучений и прочего), который от небольшого входного сигнала управляет значительным током в выходной цепи. Он используется для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов. Сейчас транзистор является основой схемотехники подавляющего большинства электронных компонентов и интегральных микросхем. Размер транзистора полезно знать специалистам для оценки производительности конкретного процессора, ведь чем меньше транзистор, тем меньше требуется энергии для его работы.

Процессор A7, стоявший в iPhone 5S, производился по 28-нанометровому техпроцессу

При производстве полупроводниковых интегральных микросхем применяется фотолитография (нанесение материала на поверхности микросхемы при участии света) и литография (нанесение материала с помощью потока электронов, излучаемого катодом вакуумной трубки). Разрешающая способность в микрометрах и нанометрах оборудования для изготовления интегральных микросхем (так называемые «проектные нормы») и определяет размер транзистора, а с ним и название применяемого конкретного технологического процесса.

Читайте далее: В iPhone 11 появится новый сопроцессор для фото- и видеосъёмки

Какие бывают техпроцессы?

Ранние техпроцессы, до стандартизации NTRS (National Technology Roadmap for Semiconductors) и ITRS, обозначались «ХХ мкм» (мкм — микрометр), где ХХ обозначало техническое разрешение литографического оборудования. В 1970-х существовало несколько техпроцессов, в частности 10, 8, 6, 4, 3, 2 мкм. В среднем, каждые три года происходило уменьшение шага с коэффициентом 0,7.

За сорок лет развития технологий разрешение оборудования достигло значений в десятках нанометров: 32 нм, 28 нм, 22 нм, 20 нм, 16 нм, 14 нм. Если говорить про iPhone, то в пока ещё актуальном iPhone 8 используется процессор А11 Bionic, изготовленный по 10-нанометровому техпроцессу. Серийный выпуск продукции по нему начался в 2016 году тайваньской компанией TSMC, которая изготавливает процессоры и для iPhone 11.

TSMC — тайваньская компания по производству микроэлектроники, поставляющая Apple процессоры

16 апреля 2019 года компания TSMC анонсировала освоение 6-нанометрового технологического процесса, что позволяет повысить плотность упаковки элементов микросхем на 18%. Данный техпроцесс является более дешевой альтернативой 5-нанометровому техпроцессу, также позволяет легко масштабировать изделия, разработанные для 7 нм.

В первой половине 2019 года всё та же компания TSMC начала опытное производство чипов по 5-нм техпроцессу. Переход на эту технологию позволяет повысить плотность упаковки электронных компонентов по сравнению с 7-нанометровым техпроцессом на 80% и повысить быстродействие на 15%. Ожидается, что IPhone 2020 года получит процессор, созданный по новому техпроцессу, а не на втором поколении 7-нанометрового техпроцесса.

В начале 2018 года исследовательский центр imec в Бельгии и компания Cadence Design Systems создали технологию и выпустили первые пробные образцы микропроцессоров по технологии 3 нм. Судя по обычным темпах внедрения новых техпроцессов в серийное производство, ждать процессоров, изготовленных по 3-нанометровому техпроцессу, стоит не раньше 2023 года. Хотя Samsung уже к 2021 году намерена начать производство 3-нанометровой продукции с использованием технологии GAAFET, разработанной компанией IBM.

Читайте далее: Процессоры для iPhone начнут производить по новой технологии

Что даёт 7 нм техпроцесс?

И вот мы пришли к самой интересной части. Что же даёт пользователю уменьшение размера транзисторов в процессоре его устройства?

Уменьшение транзисторов имеет огромное значение для маломощных чипов мобильных устройств и ноутбуков. Если сравнить схематично одинаковые процессоры, но изготовленные по 14-нанометровому и 7-нанометровому техпроцессу, то второй будет на 25% производительней при той же затраченной энергии. Или вы можете получить одинаковую производительность, но второй будет в два раза энергоэффективнее, что позволит ещё дольше читать блог Hi-News.ru на Яндекс.Дзен.

iPhone 11 с процессором A13 Bionic, изготовленном на 2 втором поколении 7-нанометрового техпроцесса

Одним словом, внедрение более современных технологических процессов даст нам увеличение времени работы iPhone и iPad от батареи при одинаковой производительности (следовательно, не надо раздувать размеры устройств для больших аккумуляторов), а также гораздо более мощные процессоры для MacBook. Мы уже видели, как чип A12X от Apple обходил некоторые старые чипы Intel в тестах, несмотря на то, что он был только пассивно охлажден и упакован внутри iPad Pro (2018).

Что такое техпроцесс?

В любом электронном устройстве, которыми мы пользуемся каждый день, есть множество чипов, каждый из которых состоит из еще большего множества транзисторов. В новостях о новых смартфонах, процессорах, видеокартах и прочей электронике можно часто встретить термин «техпроцесс» и указание количества нанометров. Что обозначает этот термин? Давайте разберемся вместе.

Для примера можно взять обычный процессор для настольного компьютера — принцип будет одинаковым и для него, и для чипсетов смартфонов, и для чипов видеокарт, и для всех остальных чипов.

Под теплораспределительной панелью, которую вы видите на картинке выше, размещен сам кристалл процессора. Он состоит из миллиардов микроскопических транзисторов, расстояние между которыми и определяет техпроцесс. Так, Intel сейчас выпускает процессоры на базе 10 нм техпроцесса (компания никак не может наладить производство 7 нм чипов), а TSMC — чипсеты для мобильных девайсов на базе 7 нм техпроцесса (Apple A12, Kirin 980 и Snapdragon 855). При этом технологии производства у них заметно отличаются: Intel со своими 10 нм может размещать на одном квадратном миллиметре площади до 100 млн транзисторов, а TSMC со своими 7 нм — лишь 66 млн.

Что же дает постепенное уменьшение (оптимизация) техпроцесса из года в год? В основе всех преимуществ — уменьшение расстояния между транзисторами, что позволяет им быстрее передавать данные и тратить на их передачу меньше энергии.

Таким образом, процессоры на одинаковой архитектуре, но произведенные с использованием разного техпроцесса, будут отличаться в следующих аспектах:

-тактовая частота (повышение производительности);
-потребление энергии;
-возможное увеличение количества ядер;
-снижение себестоимости производства;
-больше кэш-памяти, для которой на кристалле можно выделить больше места.

Краткая история развития техпроцесса

Компьютерные чипы, которые производили в семидесятых годах прошлого столетия, использовали техпроцессы, измеряемые в микронах (мкм) — 10, 8, 6, 4, 3 и 2 мкм. Каждые три года происходило уменьшение примерно в 0.7 раз. Так, 3 мкм техпроцесс начали использовать в 1975 (Zilog) и 1979 (Intel) годах.

Дальнейшее уменьшение шло довольно быстро: в 1982 году Intel достигла отметки в 1.5 мкм, в 1989 — 0.8 мкм, в 1994 — 0.6 мкм. После середины девяностых и до 2008 года каждые два года плотность транзисторов удваивалась. В 1997 Intel, IBM и TSMC достигли 350 нм, в 1998 инженеры Intel смогли освоить 250 нм, а в 1999 — уже 180 нм.

Ниже 100 нм порог снизился уже в начале «нулевых» — так, Intel Pentium 4 на архитектуре Prescott использовал техпроцесс 90 нм. Уже к 2004 году была достигнута отметка в 65 нм (Intel Core, Core 2 Duo, Celeron D и множество других процессоров), а в 2006 — 40 / 45 нм (AMD Phenom II, Athlon II и другие).

Следующая ступень эволюции была довольно высокой — техпроцесс 32 / 28 нм Intel начала использовать лишь к 2011 (TSMC — чуть раньше, в 2010). Еще раз вдвое (22 / 20 нм) плотность увеличили уже к 2012.

В 2014 году основные игроки на рынке начали использовать в производстве микрочипов 14 / 16 нм техпроцесс и технологию FinFET (транзисторы нового типа — с вертикально расположенным затвором, который занимает еще меньше места). Первые 14 нм процессоры Intel появились в продаже уже в 2015. В 2016 на рынке появились iPhone с чипами Apple A10 (16 нм).

Переход на 10 нм начался в 2017 — этот техпроцесс используют в процессорах Apple A11 Bionic, процессорах Intel Cannon Lake и Ice Lake, а также в Qualcomm Snapdragon 835 и Snapdragon 845.

Наконец, в 2018 году мобильные чипсеты начали использовать новейший 7 нм техпроцесс. Это Apple A12 Bionic, Snapdragon 855 и Huawei HiSilicon Kirin 980. Кроме того, в 2019 7 нм техпроцесс начала использовать AMD (в видеокартах Radeon VII).

Первые образцы чипов, производимых с использованием 5 нм техпроцесса, уже изготавливаются в лабораториях TSMC. О коммерческих продуктах на их основе пока никакой информации нет. При этом к 2021 Samsung уже планирует выпускать чипы с использованием 3 нм техпроцесса и технологии GAAFET.

AMD Radeon VII — первая потребительская видеокарта, которая использует 7 нм чип

Чего ждать в ближайшие годы? Энтузиасты (а уж инвесторы — в особенности) надеются на то, что Intel наконец-то сможет преодолеть такой сложный для себя порог в 10 нм. Это позволит ей наконец-то начать выпускать и значительно более экономичные и быстрые процессоры для ПК и ноутбуков, и чипсеты нового поколения для мобильных устройств. Сейчас она не может конкурировать на этом рынке с лидерами вроде Apple, Huawei и Qualcomm.

Читать еще:  Автодайджест №178: Лос-Анджелес-2012

Также 7 нм техпроцесс будут использовать в видеокартах AMD и Nvidia следующих поколений. RTX 21xx должны благодаря этому стать куда быстрее и экономичнее, а AMD в следующем поколении еще и начнет использовать совершенно новую архитектуру Navi. Кстати, свои собственные видеокарты собирается производить и Intel — правда, их выхода ждать придется, скорее всего, как минимум до 2021 года.

В общем и целом, дальнейшая оптимизация техпроцесса должна сделать наши компьютеры, смартфоны, умные часы и другие устройства еще быстрее, а их время автономной работы от батареи должно будет увеличиться (при прочих равных параметрах). Кроме того, конкуренция между разными производителями (Intel, AMD, Huawei, Apple, Qualcomm и другими) и архитектурами (x86 против ARM) должна привести к постепенному снижению цен.

Стоит ли ждать следующего скачка технологий перед покупкой нового смартфона, компьютера или комплектующих? На этот вопрос мы ответим однозначным «нет», которое перестанет быть актуальным разве что перед самым анонсом девайсов нового поколения. Зацикливаться на техпроцессе как технической характеристике не стоит — куда важнее оценить нужную вам производительность и выбрать самый выгодный вариант прямо сейчас.

xTechx.ru

Новости Высоких Технологий

Техпроцесс (нм, мкм) — технология производства транзисторов, чипов и полупроводниковых элементов. Что даёт более тонкий техпроцесс?

Технологический процесс (электронная литографическая промышленность, техпроцесс ,мкм, nm /нм; tecnology node, process tecnologyeng. ) – свод норм для изготовления полупроводниковых (п/п) микросхем. В частности, самой важной характеристикой является размер полупроводниковых элементов, которые состоят из транзисторов, ключей, диодов и других элементов.

Измеряются эти элементы в микронах (мкм, микрометр) и нанометрах (нм, nm ). Чем меньше базовые элементы, тем лучше их характеристики.

Преимущества более «тонкого» техпроцесса:

· Меньшее тепловыделение. Получается это за счёт уменьшения размеров дорожек, разводки, затворов и требуемых токов для нормального функционирования. Также из-за меньших токов утечки.

· Большее количество транзисторов, которые можно «упаковать» в одном и том же пространстве более компактно, и создавать чипы меньше. При этом более технологичные, с большим количеством элементов.

· Меньшее потребление энергии. Чем меньше элементы, тем меньшие токи нужны для управления ими.

· Меньшая стоимость производства. Чем меньше чипы по размеру, тем больше чипов можно разместить на полупроводниковых пластинах. Это увеличивает количество готовых продуктов при тех же затратах.

Этапы производства микрочипов:


1. Сначала выращивают кристаллический кремний и формируют его форму для распиливания на круглые пластины.

2. Далее следует точная подгонка размеров пластин и проверки их на чистоту с последующим очищением и полировкой газом и жидкостями иили плазмохимическими методами.

3. Далее следует эпитаксиальное нанесение равномерного слоя подобного подложке вещества на атомном уровне, которое служит как фундамент и выравнивающий, общий уровень. Так же применяется маскирующий слой, который защищает нанесённый слой атомов кремния от воздействий на следующих этапах.

4. Следующий шаг – фотолитография. Под действием специального излучения с разной длинной волн, на поверхности пластины, появляются химические маркеры, которые войдут в реакцию с последующими активными веществами.

5. Химическим методом и методом диффузии, под действием активных веществ (фосфор, бор), образуются p — и n — области, микро-переходы и желобки, которые станут будущими элементами.

6. Следует фотолитографическая обработка в слое оксида определённых участков, которая даст маркеры (легированные участки) для нанесения металлических элементов (разводка, контакты), методом вакуумного металлизирования. Излишки металла удаляются, а тот который нанесён правильно, термически закрепляют (впаивают). Таким образом, образуются готовые элементы микрочипа.

7. Нанесение, нужного количества уровней диэлектрика и металла с последующей фотолитографией и обработкой (слоёв может быть сколько угодно, всё зависит от допустимой высоты). Над самым верхним слоем, наносятся несколько слоёв металла и диэлектрика для защиты и правильного рассеивания тепла.

8. Пассивация пластины, тесты, нарезка на микрочипы, монтаж на корпус процессора и соединение выводов, отбраковка.

Место производства, чистые комнаты.

Для производства микросхем, применяются специальные «чистые комнаты» с фильтрами и статическими механизмами для удержания мелких частиц пыли, волос, пуха & etc . Так как даже пылинка, попавшая на микрочип в процессе производства, может нарушить его работу, не говоря уже о волосах и пухе.

Перед входом, рабочие надевают специальные костюмы, очки и шапки, а также проходят специальные процедуры очистки.

К тому же все сотрудники дышат через специальные фильтры, чтобы полностью исключить источники инородных объектов.

Самые крупные мощности литографических производств имеются у крупнейших компаний подрядчиков: TSMC и GlobalFoundries. Крупную долю на мировом рынке производства микрочипов имеет Intel, но компания занимается производством чипов только для своих нужд. Возможно в будущем данный подход изменится. Дружественным компаниям, Intel всё же оказывает контрактные услуги, но в основном только акционерам.

Компания Intel, первой планирует запустить производство микрочипов с применением трёхмерных транзисторов (3G, FinFET).

С переходом на всё более тонкий техпроцесс, производителям приходится вкладывать всё больше средств на разработку методов реализации нового техпроцесса. Также уходит больше времени на строительство новых фабрик для производства.

Поэтому, многие производители объединяются в группы и совместно вкладывают средства в разработку техпроцессов и строительство новых фабрик.

В сокращении издержек, также помог бы переход на более крупные пластины 450 мм, но это потребует строительства большинства фабрик с нуля и производства совершенно нового оборудования, что затратно. Переход планируется в 2012-13 году.

Процессоры для ноутбуков

Ноутбуки – класс компьютеров более широкий, чем настольные ПК. Ноутбуки бывают очень разные: от маленьких и лёгких субноутбуков до полноценных офисных мобильных ПК, от дешёвых «рабочих лошадок» до дорогих мультимедийных монстров, наконец, от «настольников», которые покидают офис не так уж часто, до моделей, призванных работать от аккумулятора в течение долгих часов.

Вполне естественно, что под такое разнообразие всевозможных конфигураций необходим и столь же разнообразный выбор процессоров. И если в классе процессоров настольных играют роль, по большому счёту, только цена и производительность, то в случае мобильных ПК к этим характеристикам добавляется ещё один не менее важный параметр – энергопотребление, и не столь критичный (но в некоторых случаях играющий свою роль) – размер процессора.

Более разнообразен и список производителей мобильных процессоров – по сравнению с «настольным» рынком, где их фактически два с половиной, на рынке мобильных процессоров игроков четыре (правда, здесь Intel лидирует с большим отрывом), и все они имеют достаточно интересные решения. О каждом из производителей мы расскажем в отдельной части статьи – дабы в будущем нам было удобнее ссылаться на этот обзор при рассмотрении конкретных ноутбуков.

Мобильные процессоры Intel

Компания Intel хорошо постаралась на рынке процессоров для ноутбуков. Сказать, что ассортимент мобильных процессоров Intel велик – значит, ничего не сказать. Фактически, какой бы ноутбук ни хотел спроектировать производитель, для этого всегда найдётся подходящий процессор Intel. Хотите ультратонкий компьютер с ультранизким потреблением энергии? Пожалуйста, вот вам Pentium M ULV. Хотите подешевле? Не вопрос – берите Celeron M ULV. Или хотите быстрый, но при этом не слишком прожорливый ноутбук? Есть Pentium 4 – M. Может быть, хотите сэкономить и забыть про низкое энергопотребление? Тогда к вашим услугам обычный «настольный» Pentium 4, пользователь даже не заметит отсутствия буквы «M» в названии…

Теперь поговорим обо всём этом многообразии более подробно. Начнём, естественно, с хитового семейства Pentium M, входящего в состав платформы Centrino.

Pentium M

Современный Pentium M принципиально мало отличается от своего настольного собрата, хотя отличия, естественно, есть. Например, во всех процессорах Pentium M отсутствует поддержка HyperThreading. Процессорная шина относительно «тонкая» – до недавнего момента лишь 400 МГц, с появлением платформы Sonoma частота возросла до 533 МГц. Да и частоты процессора в полтора раза меньше, чем у настольных Pentium. Зато кэш-памяти второго уровня у Pentium M в два раза больше, что немного сокращает разрыв в производительности.

Основные характеристики процессоров этого семейства таковы:

Семейство можно разделить на категории по нескольким параметрам. Во-первых, это деление по напряжению на ядре и, соответственно, по уровню энергопотребления. По этому признаку выделяются:

Pentium M , так сказать, «обычные»;
Pentium M Low Voltage (LV, номера моделей заканчиваются на «8»);
Pentium M Ultra Low Voltage (ULV, номера моделей заканчиваются на «3»).

Во-вторых, это классификация по используемому ядру:
Dothan : новое ядро, производится по техпроцессу 0,09 мкм, имеет 2 Мбайта кэша второго уровня на борту.
Banias : предыдущее поколение, производится по техпроцессу 0,13 мкм, кэша «всего» 1 Мбайт. В текущей линейке Pentium M таких процессора всего два (LV и ULV, самые младшие модели в этих категориях).

Процессоры, построенные на ядре Dothan, в свою очередь, можно разделить ещё на два «подвида»:
• с частотой шины 400 МГц (номера моделей заканчиваются на «5»);
• с частотой системной шины 533 МГц (номера моделей заканчиваются на «0»).

Итак, посмотрим на весь текущий модельный ряд семейства Pentium M:

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Adblock
detector