65nm til 45nm: procesteknologi forklaret

den største overskrift om Core 2 ekstrem 9650 er, at det er Intels første desktopprocessor, der bruger en 45nm produktionsproces. Virksomhedens tidligere generation af desktop CPU ‘ er blev produceret ved hjælp af en 65nm proces. Men hvorfor er denne ændring så vigtig, og hvad betyder det for processorbranchen?

Die shrink another day

CMOS manufacturing fremskridt spore historien om CPU ‘ er så meget som design af processorerne selv. Hver krympning i størrelsen af de mikroskopiske transistorer, der udgør CPU ‘ en, betyder, at mere kan monteres i samme rum med en række implikationer.

på det mest basale niveau kunne du ikke engang lave dagens processordesign med procesteknologierne for bare et par år siden – de ville være umuligt massive. 386 havde kun 275.000 transistorer. Intels Core 2 ekstrem 9650 har omkring 800 millioner-næsten 3.000 gange så mange. Ved hjælp af 386 ‘ s 1-liters produktionsproces ville 9650 være omkring en fodfirkant!

strømkrav er et andet problem. Mindre transistorer bruger færre vand til at cykle, hvilket igen betyder, at du praktisk talt kan have flere af dem end med en større processteknologi.

hvis du lavede nok transistorer til en 9650 med 386s, ville de forbruge omkring 3000v – men en hel Core 2 ekstrem 9650 PC, inklusive andre komponenter, kræver kun lidt over 200V under fuld belastning.

hvorfor mindre er bedre

lavere strømforbrug har en anden praktisk bivirkning. Hvis dine transistorer trækker færre vand, bliver de ikke så varme. Så du kan køre dem med en højere frekvens uden at brænde dem ud – eller overbelaste bundkortets strømforsyningskredsløb, de trækker fra.

der er andre faktorer at overveje, men hver ny procesteknologi betyder næsten altid et højere loft på urfrekvenser.

den sidste, men langt fra mindst fordel ved mindre transistorer kommer, når du holder det grundlæggende CPU-design det samme. I dette tilfælde bliver processoren selv mindre – kendt som en ‘die shrink’. Da fabrikationssystemet bruger en halvlederskive i standardstørrelse – i øjeblikket er 300 mm den største-kan du passe mere på hver enkelt.

vaffelproduktionsomkostningerne i sig selv er de samme, så hver processor bliver billigere at fremstille. For eksempel tager en 45 nm processor halvdelen af arealet af en 65 nm med samme design. Så at flytte til 45 nm halverer produktionsomkostningerne – selvom du også skal faktor i prisen for at udvikle den nye proces og bygge fabrikken, der er i stand til at udføre den. Dette kan faktisk være meget dyrt.

45nm-fordelen

så det ser ud til at være mindre er altid bedre for halvledere, hvilket får dig til at undre dig over, hvorfor sådanne miniaturiseringer ikke forekommer hurtigere. Der er dog altid vanskeligheder, som skal overvindes for at muliggøre hver reduktion i transistorstørrelse. Disse inkluderer parasitisk kapacitans, hvor dele af det miniature integrerede kredsløb holder deres opladning, når de ikke burde, strømlækage og latchup.

de to sidstnævnte har været et særligt problem med de seneste procesreduktioner, da hullerne mellem de små ledninger er så små, at det bliver stadig vanskeligere at forhindre strømstrøm, hvor det ikke er meningen.

AMD og IBM har brugt Silicon on Insulator (SOI) teknologi til at bekæmpe dette og aktivere deres bevægelser ned til 65 nm.

45nm-udfordringen

med Intels skift fra 65nm til 45nm fortsætter virksomheden dog med at bruge den ældre bulk CMOS-teknologi, men med tilføjelse af High-K dielektrikum og metal gate-teknologier.

traditionelt har silicium været anvendt som dielektrisk i de små transistorer, men er tilbøjelig til at lække på de fremstillingsskalaer, der nu anvendes. Alternative materialer med en høj dielektrisk konstant (høj-K) forhindrer dette.

i modsætning hertil tager metalporte de dele af processoren, der er beregnet til at være ledende i modsat retning. Tidligere er mindre ledende polysilicium blevet brugt til kredsløb, fordi det gør fremstillingen lettere. Metal har derimod næsten nul elektrisk modstand.

disse to teknologier har gjort det muligt for Intel at tage den nuværende føring inden for procesteknologi. Dette giver det en konkurrencemæssig fordel på strømforbrug, processor clock hastigheder og fremstillingsøkonomi. Det handler ikke kun om, hvor godt du designer din chiparkitektur i processorbranchen.