65nm para 45nm: tecnologia de processo explicado

A maior manchete sobre o Core 2 Extreme QX9650 é que ele é da Intel, o primeiro desktop processador para usar um 45nm processo de produção. A geração anterior de CPUs de desktop da empresa foi produzida usando um processo de 65nm. Mas por que essa mudança é tão importante e o que isso significa para o negócio de processadores?

Die shrink another day

CMOS manufacturing advances traçam a história das CPUs tanto quanto os projetos dos próprios processadores. Cada encolhimento no tamanho dos transistores microscópicos, que compõem a CPU, significa que mais pode ser instalado no mesmo espaço, com uma série de implicações.

no nível mais básico, você não poderia nem mesmo fazer os projetos de processadores de hoje com as tecnologias de processo de apenas alguns anos atrás – eles seriam inviavelmente massivos. O 386 tinha apenas 275.000 transistores. O Core 2 Extreme Qx9650 da Intel tem cerca de 800 milhões-quase 3.000 vezes mais. Usando o processo de produção de 1µm do 386, o QX9650 seria cerca de um pé quadrado!

os requisitos de energia são outro problema. Transistores menores consomem menos watts para o ciclo, o que novamente significa que você pode praticamente ter mais deles do que com uma tecnologia de processo maior.

se você compôs transistores suficientes para um QX9650 com 386s, eles consumiriam cerca de 3000W – ainda um PC Core 2 Extreme Qx9650 inteiro, incluindo outros componentes, requer apenas um pouco mais de 200W sob carga total.

por que menor é melhor

menor consumo de energia tem outro efeito colateral útil. Se seus transistores desenharem menos watts, eles não ficarão tão quentes. Assim, você pode executá – los em uma frequência mais alta sem queimá-los-ou sobrecarregar os circuitos de fonte de alimentação da placa-mãe dos quais eles extraem.

existem outros fatores a serem considerados, mas cada nova tecnologia de processo quase sempre significa um teto mais alto nas frequências do relógio.

o último, mas longe de ser o menor benefício de transistores menores, vem quando você mantém o design básico da CPU o mesmo. Nesse caso, o próprio processador se torna menor – conhecido como ‘Die shrink’. Como o sistema de fabricação usa um wafer semicondutor de tamanho padrão-atualmente 300 mm é o maior – você pode caber mais em cada um.

o custo de produção da bolacha em si é o mesmo, então cada processador fica mais barato de fazer. Por exemplo, um processador de 45 nm ocupa metade da área de um de 65 nm com o mesmo design. Portanto, mudar para 45nm reduz pela metade o custo de fabricação – embora você também precise levar em consideração o preço de desenvolver o novo processo e construir a fábrica capaz de realizá-lo. Isso pode ser muito caro, de fato.

a vantagem de 45 nm

por isso parece menor é sempre melhor para semicondutores, fazendo você se perguntar por que essas miniaturizações não ocorrem mais rapidamente. No entanto, sempre há dificuldades que devem ser superadas para permitir cada redução no tamanho do transistor. Isso inclui capacitância parasitária, onde partes do circuito integrado em miniatura mantêm sua carga quando não deveriam, vazamento de corrente e latchup.

os dois últimos têm sido um problema particular com reduções recentes de processos, já que as lacunas entre os pequenos fios são tão pequenas que está se tornando cada vez mais difícil impedir o fluxo de corrente onde não se destina.

a AMD e a IBM têm usado a tecnologia Silicon on Insulator (SOI) para combater isso e permitir que seus movimentos diminuam para 65 nm.

o desafio de 45nm

com a mudança da Intel de 65nm para 45nm, no entanto, a empresa continua a usar a tecnologia CMOS em massa mais antiga, mas com a adição de dielétricos High-K e tecnologias de portão de metal.

tradicionalmente, o dióxido de silício tem sido usado como dielétrico nos minúsculos transistores, mas é propenso a vazamentos nas escalas de fabricação agora usadas. Materiais alternativos com alta constante dielétrica (High-K) evitam isso.

em contraste, as portas de metal levam as partes do processador destinadas a serem condutoras na direção oposta. Anteriormente, polissilício menos condutor foi usado para circuitos, porque facilita a fabricação. O Metal, em contraste, tem quase zero resistência elétrica.

essas duas tecnologias permitiram que a Intel assumisse a liderança atual em tecnologia de processo. Isso lhe dá uma vantagem competitiva no consumo de energia, velocidades de clock do processador e economia de fabricação. Não se trata de quão bem você projeta sua arquitetura de chip no negócio de processadores.