65nm až 45nm: procesní technologie vysvětlena

největší titulek o Core 2 Extreme QX9650 je, že je to první stolní procesor společnosti Intel, který používá 45nm výrobní proces. Předchozí generace stolních procesorů společnosti byla vyrobena 65nm procesem. Proč je však tato změna tak důležitá a co to znamená pro procesorové podnikání?

Die shrink another day

CMOS výrobní pokroky sledují historii procesorů stejně jako návrhy samotných procesorů. Každé zmenšení velikosti mikroskopických tranzistorů, které tvoří CPU, znamená, že do stejného prostoru lze namontovat více,s řadou důsledků.

na nejzákladnější úrovni byste nemohli ani vytvořit dnešní návrhy procesorů s procesními technologiemi před několika lety – byly by neuskutečnitelně masivní. 386 mělo jen 275 000 tranzistorů. Intel Core 2 Extreme QX9650 má kolem 800 milionů-téměř 3 000krát tolik. Při použití výrobního procesu 386 1µm by QX9650 byl asi metr čtvereční!

požadavky na napájení jsou dalším problémem. Menší tranzistory spotřebovávají méně wattů na cyklus, což opět znamená, že jich můžete mít prakticky více než u větší procesní technologie.

pokud jste vytvořili dostatek tranzistorů pro QX9650 s 386s, spotřebovali by kolem 3000W – přesto celý počítač Core 2 Extreme QX9650, včetně dalších komponent, vyžaduje při plném zatížení pouze něco přes 200W.

proč menší je lepší

nižší spotřeba energie má další praktický vedlejší účinek. Pokud vaše tranzistory čerpají méně wattů, nebudou tak horké. Takže je můžete spustit na vyšší frekvenci, aniž byste je vypálili – nebo přetížili obvody napájení základní desky, ze kterých čerpají.

je třeba zvážit i další faktory, ale každá nová technologie procesu téměř vždy znamená vyšší strop hodinových frekvencí.

poslední, ale zdaleka nejmenší přínos menších tranzistorů přichází, když udržíte základní design CPU stejný. V tomto případě se samotný procesor zmenší-známý jako “smršťovač”. Vzhledem k tomu, že výrobní systém používá polovodičovou destičku standardní velikosti-V současné době je největší 300 mm-můžete se na každou z nich vejít více.

samotné výrobní náklady na oplatky jsou stejné,takže každý procesor je levnější. Například 45nm procesor zabírá polovinu plochy 65nm se stejným designem. Přechod na 45nm tedy snižuje výrobní náklady na polovinu-i když musíte také zohlednit cenu vývoje nového procesu a vybudování továrny schopné jej provést. To může být opravdu velmi drahé.

45nm výhoda

takže by se zdálo, že menší je vždy lepší pro polovodiče, takže se divíte, proč se takové miniaturizace nevyskytují rychleji. Vždy však existují obtíže, které je třeba překonat, aby bylo možné každé snížení velikosti tranzistoru. Patří mezi ně parazitní kapacita, kde části miniaturního integrovaného obvodu udržují svůj náboj, když by neměly, proudový únik a západka.

poslední dva byly zvláštním problémem při nedávných redukcích procesů, protože mezery mezi malými dráty jsou tak malé, že je stále obtížnější zabránit proudění proudu tam, kde to není zamýšleno.

AMD a IBM používají technologii Silicon on Insulator (SOI) k boji proti tomuto a umožňují jejich pohyby dolů na 65nm.

výzva 45nm

s přechodem společnosti Intel z 65nm na 45nm však společnost nadále používá starší technologii bulk CMOS, ale s přidáním dielektrik High-K a technologií kovových bran.

tradičně se oxid křemičitý používá jako dielektrikum v malých tranzistorech, ale je náchylný k úniku ve výrobních měřítcích, které se nyní používají. Tomu zabraňují alternativní materiály s vysokou dielektrickou konstantou (High-K).

naproti tomu kovové brány berou části procesoru, které mají být vodivé v opačném směru. Dříve se pro obvody používal méně vodivý polysilikon, protože usnadňuje výrobu. Kov má naopak téměř nulový elektrický odpor.

tyto dvě technologie umožnily společnosti Intel převzít současné vedení v procesní technologii. To mu dává konkurenční výhodu v oblasti spotřeby energie, rychlosti hodin procesoru a hospodárnosti výroby. Není to všechno o tom, jak dobře navrhujete architekturu čipů v oblasti procesorů.