65nm a 45nm: folyamat technológia magyarázata

a Core 2 Extreme QX9650 legnagyobb címsora az, hogy ez az Intel első asztali processzora, amely 45 nm-es gyártási folyamatot használ. A vállalat korábbi generációs asztali CPU-jait 65 nm-es eljárással gyártották. De miért olyan fontos ez a változás, és mit jelent ez a processzor üzlet számára?

Die shrink another day

a CMOS gyártási fejlődése ugyanúgy nyomon követi a CPU-k történetét, mint maguk a processzorok terveit. A mikroszkopikus tranzisztorok méretének minden zsugorodása, amelyek a CPU-t alkotják, azt jelenti, hogy többet lehet felszerelni ugyanabban a térben, számos következménnyel.

a legalapvetőbb szinten még a mai processzorterveket sem lehetne elkészíteni a néhány évvel ezelőtti folyamattechnológiákkal – megvalósíthatatlanul masszívak lennének. A 386-nak csak 275 000 tranzisztora volt. Az Intel Core 2 Extreme QX9650 körülbelül 800 millió – közel 3000-szer annyi. A 386-os 1-es gyártási folyamat felhasználásával a QX9650 körülbelül egy láb négyzet lenne!

az energiaigény egy másik kérdés. A kisebb tranzisztorok kevesebb wattot fogyasztanak a ciklushoz, ami ismét azt jelenti, hogy gyakorlatilag több lehet belőlük, mint egy nagyobb technológiai technológiával.

ha elegendő tranzisztort készítene egy QX9650-hez 386-mal, akkor körülbelül 3000 W – ot fogyasztanának-mégis egy teljes Core 2 Extreme QX9650 PC, beleértve más alkatrészeket is, csak valamivel több mint 200 W-ot igényel teljes terhelés alatt.

miért kisebb a jobb

az alacsonyabb energiafogyasztásnak van egy másik praktikus mellékhatása. Ha a tranzisztorok kevesebb wattot vesznek fel, akkor nem lesznek olyan forróak. Tehát magasabb frekvencián futtathatja őket anélkül, hogy kiégetné őket – vagy túlterhelné az alaplap tápegységét, amelyből merítenek.

vannak más tényezők is, amelyeket figyelembe kell venni, de minden új technológiai technológia szinte mindig magasabb plafont jelent az órafrekvenciákon.

a kisebb tranzisztorok utolsó, de messze nem a legkisebb előnye, ha az alapvető CPU-kialakítást ugyanúgy tartja. Ebben az esetben maga a processzor kisebb lesz – úgynevezett ‘die shrink’. Mivel a gyártási rendszer szabványos méretű félvezető ostyát használ – jelenleg 300 mm a legnagyobb -, mindegyikre jobban elfér.

maga az ostya gyártási költsége megegyezik,így minden processzor olcsóbbá válik. Például egy 45 nm-es processzor az azonos kialakítású 65 nm-es terület felét foglalja el. Tehát a 45 nm-re való áttérés felére csökkenti a gyártási költségeket – bár figyelembe kell venni az új folyamat fejlesztésének és az azt végrehajtani képes gyár építésének árát is. Ez valóban nagyon drága lehet.

a 45 nm-es előny

tehát kisebbnek tűnik, mindig jobb a félvezetők számára, így kíváncsi arra, hogy miért nem fordulnak elő ilyen miniatürizációk gyorsabban. Mindig vannak azonban nehézségek, amelyeket le kell küzdeni a tranzisztor méretének minden csökkentése érdekében. Ezek közé tartozik a parazita kapacitás, ahol a miniatűr integrált áramkör részei megtartják töltésüket, amikor nem kellene, áramszivárgás és reteszelés.

az utóbbi kettő különös problémát jelentett a legutóbbi folyamatcsökkentések során, mivel az apró vezetékek közötti rések olyan kicsiek, hogy egyre nehezebb megakadályozni az áram áramlását ott, ahol nem szándékozik.

az AMD és az IBM a Silicon on Insulator (SOI) technológiát használja ennek leküzdésére, és lehetővé teszi a 65 nm-es mozgásokat.

a 45nm challenge

az Intel 65nm-ről 45nm-re történő váltásával azonban a vállalat továbbra is a régebbi ömlesztett CMOS technológiát használja, de magas K dielektrikumok és fémkapu technológiák hozzáadásával.

hagyományosan szilícium-dioxidot használtak dielektrikumként az apró tranzisztorokban, de hajlamos a szivárgásra a most használt gyártási skálán. A magas dielektromos állandóval (magas-K) rendelkező alternatív anyagok megakadályozzák ezt.

ezzel szemben a fémkapuk a processzor vezetőképesnek szánt részeit az ellenkező irányba veszik. Korábban kevésbé vezetőképes poliszilíciumot használtak az áramkörökhöz, mert ez megkönnyíti a gyártást. A fém ezzel szemben szinte nulla elektromos ellenállással rendelkezik.

ez a két technológia lehetővé tette az Intel számára, hogy vezető szerepet töltsön be a folyamattechnológiában. Ez versenyelőnyt biztosít az energiafogyasztás, A processzor órajele és a gyártási gazdaság szempontjából. Nem arról van szó, hogy mennyire jól tervezi meg a chip architektúráját a processzor üzletágban.