65nm do 45nm: wyjaśniono technologię procesu

największym nagłówkiem na temat Core 2 Extreme QX9650 jest to, że jest to pierwszy komputerowy procesor Intela, który wykorzystuje proces produkcyjny 45 nm. Poprzednia generacja procesorów desktopowych firmy została wyprodukowana przy użyciu procesu 65 nm. Ale dlaczego ta zmiana jest tak ważna i co oznacza dla branży procesorów?

Die shrink another day

postępy w produkcji CMOS śledzą historię procesorów tak samo jak projekty samych procesorów. Każdy skurcz wielkości mikroskopijnych tranzystorów, które tworzą procesor, oznacza, że więcej można zamontować w tej samej przestrzeni, z wieloma konsekwencjami.

na najbardziej podstawowym poziomie, nie można nawet stworzyć dzisiejszych projektów procesorów z technologiami procesowymi sprzed kilku lat – byłyby niewyobrażalnie masywne. 386 miało tylko 275 000 tranzystorów. Intel Core 2 Extreme QX9650 ma około 800 milionów-prawie 3000 razy więcej. Wykorzystując proces produkcji 1µm modelu 386, model QX9650 byłby o metr kwadratowy!

wymagania dotyczące zasilania to kolejna kwestia. Mniejsze Tranzystory zużywają mniej watów na cykl, co oznacza, że praktycznie można ich mieć więcej niż w przypadku większej technologii procesowej.

jeśli masz wystarczająco dużo tranzystorów dla QX9650 z 386s, zużywałyby one około 3000W – jednak cały komputer Core 2 Extreme QX9650, w tym inne komponenty, wymaga tylko nieco ponad 200W przy pełnym obciążeniu.

dlaczego mniejsze jest lepsze

niższe zużycie energii ma kolejny przydatny efekt uboczny. Jeśli Twoje Tranzystory pobierają mniej watów, nie będą tak gorące. Możesz więc uruchamiać je z wyższą częstotliwością bez ich wypalania – lub przeciążania obwodów zasilania płyty głównej, z których czerpią.

istnieją inne czynniki, które należy wziąć pod uwagę, ale każda nowa technologia procesowa prawie zawsze oznacza wyższy pułap częstotliwości zegara.

ostatnia, ale dalsza od najmniejszych zalet mniejszych tranzystorów, pojawia się, gdy podstawowa konstrukcja procesora jest taka sama. W tym przypadku sam procesor staje się mniejszy – znany jako “die shrink”. Ponieważ system produkcji wykorzystuje wafel półprzewodnikowy o standardowej wielkości – obecnie największy jest 300 mm – można dopasować więcej do każdego z nich.

sam koszt produkcji płytek jest taki sam, więc każdy procesor staje się tańszy. Na przykład procesor 45 nm zajmuje połowę powierzchni PROCESORA 65 nm o tej samej konstrukcji. Tak więc przejście do 45 nm zmniejsza o połowę koszty produkcji-chociaż musisz również wziąć pod uwagę cenę opracowania nowego procesu i budowy fabryki zdolnej do jego wykonania. To może być naprawdę bardzo drogie.

przewaga 45nm

więc wydaje się mniejsza jest zawsze lepsza dla półprzewodników, co sprawia, że zastanawiasz się, dlaczego takie miniaturyzacje nie występują szybciej. Jednak zawsze istnieją trudności, które należy przezwyciężyć, aby umożliwić każdą redukcję rozmiaru tranzystora. Należą do nich pojemność pasożytnicza, gdzie części miniaturowego układu scalonego utrzymują ładunek, gdy nie powinny, upływ prądu i zatrzask.

te dwa ostatnie były szczególnym problemem z niedawnymi redukcjami procesu, ponieważ szczeliny między małymi drutami są tak małe, że coraz trudniej jest zapobiec przepływowi prądu tam, gdzie nie jest to zamierzone.

AMD i IBM używają technologii Silicon on Insulator (SOI), aby temu przeciwdziałać i umożliwić ich ruchy w dół do 65 nm.

wyzwanie 45nm

z przełącznikiem Intela z 65nm na 45nm, jednak firma nadal korzysta ze starszej technologii masowych CMOS, ale z dodatkiem dielektryków o wysokiej wartości K i technologii metalowych bram.

tradycyjnie dwutlenek krzemu był używany jako dielektryk w małych tranzystorach, ale jest podatny na wycieki w obecnie stosowanych skalach produkcyjnych. Zapobiegają temu alternatywne materiały o wysokiej stałej dielektrycznej (High-K).

natomiast bramy metalowe przyjmują części procesora przeznaczone do przewodzenia w przeciwnym kierunku. Wcześniej mniej przewodzący polikrzem był używany do obwodów, ponieważ ułatwia produkcję. Metal natomiast ma prawie zerowy opór elektryczny.

te dwie technologie pozwoliły Intelowi przejąć obecną pozycję lidera w technologii procesowej. Daje to przewagę konkurencyjną w zakresie zużycia energii, taktowania procesora i ekonomiki produkcji. Nie chodzi tylko o to, jak dobrze zaprojektujesz architekturę chipów w branży procesorów.