65nm până la 45nm: tehnologia procesului explicată

cel mai mare titlu despre Core 2 Extreme QX9650 este că este primul procesor desktop Intel care utilizează un proces de producție 45nm. Generația anterioară de procesoare desktop a companiei a fost produsă folosind un proces de 65nm. Dar de ce este această schimbare atât de importantă și ce înseamnă pentru afacerea procesorului?

die shrink another day

progresele de fabricație CMOS urmăresc istoria procesoarelor la fel de mult ca și modelele procesoarelor în sine. Fiecare micșorare a dimensiunii tranzistoarelor microscopice, care alcătuiesc procesorul, înseamnă că mai multe pot fi montate în același spațiu, cu o serie de implicații.

la nivelul cel mai de bază, nici măcar nu ați putea face proiectele de procesoare de astăzi cu tehnologiile de proces de acum câțiva ani – ar fi imposibil de masiv. 386 avea doar 275.000 de tranzistori. Intel Core 2 Extreme QX9650 are în jur de 800 de milioane – de aproape 3.000 de ori mai multe. Folosind procesul de producție al 386-ului de 1 centimm, QX9650 ar fi de aproximativ un pătrat de picior!

cerințele de alimentare sunt o altă problemă. Tranzistoarele mai mici consumă mai puțini wați pentru ciclu, ceea ce înseamnă din nou că puteți avea practic mai multe dintre ele decât cu o tehnologie de proces mai mare.

dacă ați alcătuit suficiente tranzistoare pentru un QX9650 cu 386s, acestea ar consuma în jur de 3000w – totuși un întreg PC Core 2 Extreme QX9650, inclusiv alte componente, necesită doar puțin peste 200W sub sarcină completă.

de ce mai mici este mai bine

consum redus de energie are un alt efect secundar la îndemână. Dacă tranzistorii dvs. atrag mai puțini wați, nu vor fi atât de fierbinți. Deci, le puteți rula la o frecvență mai mare fără a le arde – sau supraîncărcarea circuitelor de alimentare ale plăcii de bază din care provin.

există și alți factori de luat în considerare, dar fiecare nouă tehnologie de proces înseamnă aproape întotdeauna un plafon mai mare pe frecvențele ceasului.

ultimul, dar departe de cel mai mic beneficiu al tranzistoarelor mai mici vine atunci când păstrați același design CPU de bază. În acest caz, procesorul în sine devine mai mic – cunoscut sub numele de ‘die shrink’. Deoarece sistemul de fabricație utilizează o placă semiconductoare de dimensiuni standard – în prezent 300mm este cea mai mare-puteți încadra mai mult pe fiecare.

costul de producție al plachetei în sine este același, astfel încât fiecare procesor devine mai ieftin de realizat. De exemplu, un procesor de 45nm ocupă jumătate din suprafața unui procesor de 65nm cu același design. Așadar, trecerea la 45nm înjumătățește costul de fabricație – deși trebuie să luați în considerare și prețul dezvoltării noului proces și construirea fabricii capabile să îl execute. Acest lucru poate fi foarte scump, într-adevăr.

avantajul de 45 nm

deci ar părea mai mic este întotdeauna mai bun pentru semiconductori, făcându-vă să vă întrebați de ce astfel de miniaturizări nu apar mai rapid. Cu toate acestea, există întotdeauna dificultăți care trebuie depășite pentru a permite fiecare reducere a dimensiunii tranzistorului. Acestea includ capacitatea parazitară, unde părți ale circuitului integrat miniatural își păstrează sarcina atunci când nu ar trebui, scurgeri de curent și latchup.

ultimele două au fost o problemă deosebită cu reducerile recente ale procesului, deoarece decalajele dintre firele mici sunt atât de mici, încât devine din ce în ce mai dificil să se prevină curgerea curentului acolo unde nu este menit.

AMD și IBM au folosit tehnologia Silicon on izolator (SOI) pentru a combate acest lucru și pentru a permite mișcările lor până la 65nm.

provocarea de 45nm

cu trecerea Intel de la 65nm la 45nm, cu toate acestea, compania continuă să utilizeze tehnologia CMOS în vrac mai veche, dar cu adăugarea de dielectrice de înaltă K și tehnologii de poartă metalică.

în mod tradițional, dioxidul de siliciu a fost folosit ca dielectric în tranzistoarele mici, dar este predispus la scurgeri la scalele de fabricație utilizate acum. Materialele Alternative cu o constantă dielectrică ridicată (High-K) împiedică acest lucru.

în schimb, porțile metalice iau părțile procesorului destinate să fie conductive în direcția opusă. Anterior, polisiliciul mai puțin conductiv a fost utilizat pentru circuite, deoarece facilitează fabricarea. Metalul, în schimb, are o rezistență electrică aproape zero.

aceste două tehnologii au permis Intel să preia conducerea actuală în tehnologia proceselor. Acest lucru îi conferă un avantaj competitiv în ceea ce privește consumul de energie, viteza ceasului procesorului și economia de fabricație. Nu este vorba despre cât de bine vă proiectați arhitectura cipurilor în activitatea procesorului.