Опишите технологию производства процессоров: Микропроцессор Intel 4004: описание, характеристики. История процессоров

Содержание

Решение для микро- и наноэлектроники

Производство элементной базы современных вычислительных, телекоммуникационных и навигационных систем является основной задачей индустрии микроэлектроники. Создание электронных функциональных узлов, блоков и устройств осуществляется в микроминиатюрном интегральном исполнении. Геометрические размеры требуемых характерных элементов электронных компонентов при этом — порядка нескольких микрометров, несколько сот, десятков и единиц нанометров.

Такие устройства обычно производят на основе полупроводников и полупроводниковых соединений, а также некоторых диэлектриков, используя фотолитографию, лазерную литографию и электронно-лучевую литографию (ЭЛЛ). Нанолитография — экспонирование сформированным или сфокусированным гауссовым электронным пучком нанометровых размеров — обеспечивает как возможность ведения разработок всех структурных компонент чипа без ограничения в размере характерных элементов, так и серийное производство структурных элементов непосредственно нанометрового размера, от сотен до десятка нанометров.



Наноэлектроника непосредственно занимается задачами разработки и производства интегральных электронных схем с характерными размерами структурных элементов менее 100 нм. Такие технологии применяются для создания вычислительных микропроцессоров, модулей памяти, СВЧ-техники, инфракрасной техники, излучательных приборов и фотоприемников на основе полупроводников, элементов солнечных батарей, силовой электроники. В результате развития транзисторной техники вычислительных процессоров, критический размер кремниевых транзисторов уменьшился с конца 60х годов 20го века к 2011–2012 с 10 мкм до 28–22 нм. Существуют установившиеся стандартные технологии производства в наноэлектронике, прямо связанные с критическим размером ключевых структурных элементов: так называемый, технологический процесс 90 нм, 65 нм, 40–45 нм, 32–28 нм, 22–20 нм, 14–16 нм, 10 нм, 7 нм, 5 нм. В 2014 году определен стандарт в 14 нм, компания Intel начала продажи процессоров, изготовленных по данному техпроцессу в апреле 2015 года. Стандарты относятся к основному потоку производства интегральных схем по КМОП (CMOS — Complementary Metal Oxide Semiconductor) технологии, которая использует полевой транзистор, как основной элемент электронной схемы.

Критический размер в технологическом процессе определяется половиной шага (т. е. половиной дистанции между структурами в массиве идентичных элементов), что фундаментально определяет быстродействие всего прибора, например, модуля памяти. Альтернативно, критический размер может быть определен для размера затвора полевого транзистора, что также фундаментально влияет на быстродействие микропроцессора, поскольку наименьший размер затвора обеспечивает наименьшую паразитную электрическую емкость и, соответственно, наибольшую скорость переключения. Допуски на размер критических элементов лежат в пределах нанометров. При этом производство чипов проводится на кремниевых пластинах от 100 мм вплоть до 300 мм (и 450 мм) в диаметре.

Крупномасштабное серийное производство такого рода требует выделенной фабрики под каждый техпроцесс. Реализация критических размеров осуществляется проекционной фотолитографией (степпер) с использованием глубокого ультрафиолета (Deep UV с применением эксимерных лазеров и иммерсии). Постройка подобной фабрики оценивается по порядку величины в несколько миллиардов долларов США (например, проект Fab42 по техпроцессу 14 нм оценивается в более, чем $5 млрд.). Разработка технологии и серийное производство в менее крупных масштабах реализуется с применением нанолитографии, и здесь технологии Raith EBPG являются ключевыми, обеспечивая высокую воспроизводимость результатов по пластине вплоть до 200 мм, автоматизацию процесса и скорость, минимальный получаемый размер элемента топологии менее 8 нм, и гибкость экспонирования элементов чипов различных размеров.

Гибкость ЭЛЛ состоит в том, что дизайн структур, в отличие от фотолитографических методов, реализуется без необходимости изготовления фотошаблонов. Векторные топологии CAD-формата экспонируются напрямую, что дает возможность внести правки в техпроцесс по мере необходимости. Этот подход требуется при разработке технологии и обеспечения быстрого выпуска небольшой серии. Гибкость ЭЛЛ — также в многослойной литографии, точного совмещения по маркерам с более простыми техпроцессами UV-фотолитографии, где при помощи ЭЛЛ создаются только элементы топологии с критическими размерами. В процессе отработки технологии ЭЛЛ позволяет также изготавливать высокоточные фотошаблоны.



Разработка сверхвысокочастотных интегральных схем для широкополосных систем беспроводной связи, оптоволоконных линий связи, бортовых радаров, высокочувствительных радиометров и т. д. является, на сегодняшний день, крайне актуальной тематикой.

Одной из ключевых задач создания сверхвысокочастотных (СВЧ) приборов и крайне высокочастотной (КВЧ) электроники является разработка полевых HEMT-транзисторов (High Electron Mobility Transistor — Транзистор с высокой подвижностью электронов), а также PHEMT и MHEMT-транзисторов (с псевдоморфным и метаморфным гетеропереходом, соответственно). Такие транзисторы обеспечивают высокую степень усиления сигнала и низкий шум на больших частотах, что необходимо для любых устройств связи в микроволновом и миллиметровом диапазоне длин волн. Разработка ведется на основе полупроводников типа А3B5 (GaAs, InP) на одноименных подложках и широкозонных полупроводниках GaN/AlGaN на подложках из сапфира и карбида кремния.

Основным критическим элементом топологии данных транзисторов является, так называемый, Т-образный затвор. Максимальная частота транзистора обратно пропорциональна длине канала затвора. Частоты порядка 100–1000 ГГц достигаются при длине затвора менее 100 нм. На сегодняшний день, технология успешно развивается по пути уменьшения длины затвора до 30 нм и 20 нм. Разработка и реализация подобных топологических элементов ведется при помощи ЭЛЛ с применением точного совмещения с фотолитографией и особенностей технологии экспонирования многослойных резистов. Успешно применяются литографы

RAITH 150TWO, RAITH VOYAGER и EBPG-серии. Технологии литографов с ускоряющим напряжением 50 кВ (RAITH VOYAGER) и 100 кВ (EBPG) представляют особенный интерес, обеспечивая за счет малого рассеяния пучка высокую точность результатов экспонирования при работе с относительно толстым слоем резиста.

В серийном производстве ЭЛЛ применяется только для изготовления Т-образного затвора по всей подложке, определяя его размер и точность совмещения с остальной топологией транзистора и интегральной схемы. В частности, именно точность совмещения порядка 4–5 нм является на сегодня, ключевым требованием успешного производства функционального микроэлектронного устройства. Опыт применения производительных систем EBPG следующий: производство порядка 1000–2000 подложек GaAs в год (на одну систему) при длине затвора вплоть до 25 нм.



Микроэлектроника — в особенности, радиоэлектронные приборы — не ограничивается исключительно полупроводниковыми устройствами. Для создания устройств мобильной связи, радиочастотных идентификационных меток, линий задержки, фильтров, ПАВ-резонаторов и встречно-штыревых преобразователей генераторов, помимо подложек типа Si3N4/Si, применяют такие диэлектрики как ниобат лития.

Встречаются также задачи создания структур на стекле (например, аналоговых устройств кодировки). Несмотря на то, что элементы топологий таких структур могут быть достаточно крупными (более нескольких сот нм), в данных приложениях крайне важна точность взаимного расположения элементов структур и малая шероховатость края. Именно поэтому технология ЭЛЛ представляет интерес. При этом, производительность ЭЛЛ должна быть достаточно высокой для обеспечения приемлемого времени изготовления данных структур.

Raith VOYAGER и Raith EBPG оказываются наиболее гибкими, экономически выгодными и обеспечивают как необходимую высокую точность, так и достаточную, в большинстве случаев, скорость экспонирования. Задача экспонирования таких топологий связана также с определенными трудностями, поскольку подложка не проводит электрический ток и препятствует стеканию паразитного заряда при экспонировании электронным пучком. К настоящему моменту существуют наработки, в которых используется специальный токопроводящий полимерный слой и резисты высокой чувствительности для обеспечения решения требуемых задач с высоким качеством и эффективностью.

Крайне значимой задачей в микро и наноэлектронике является входной контроль качества, контроль безопасности применения электронных компонентов/чипов и сохранение уникальных технологий, например, снятых с производства интегральных схем космических летательных аппаратов. В этих задачах необходимо распознать технологию интегральной схемы/чипа с максимально высоким пространственным разрешением по большой площади с учетом всех элементов топологии как по площади, так и послойно. Результатом такого «распознавания» является топология в векторном формате CAD, «снятая» с исследуемого чипа.

Сканирование чипов, таким образом, обеспечивает, как возможность досконально проанализировать структуру чипа, так и возможность изготовления точного аналога, так и изготовление модифицированного аналога. Топологические размеры существующих чипов таковы, что подобную информацию можно получить исключительно высокоточным растровым (сканирующим) электронно-лучевым прибором, в котором достигается высокое пространственное разрешение электронно-лучевого изображения, отсутствие дисторсий и неравномерностей по полю сканирования, а также точная сшивка полей сканирования. Такими характеристиками обладает уникальный прибор

Raith CHIPSCANNER 150TWO и Raith CHIPSCANNER 100 Plus, в которых помимо необходимых указанных аппаратных свойств реализовано профессиональное ПО преобразования данных растрового изображения в GDSII и другие CAD-форматы, коррекции, фильтры и прочее необходимое обеспечение процесса сканирования чипов.

Raith CHIPSCANNER зарекомендовал себя как стандарт сканирования чипов в современной сфере микро/наноэлектроники и применяется основными производителями — лидерами рынка. Система целенаправленно создана для данных приложений и, по словам экспертов, не имеет аналогов со сколько-либо схожим качеством. Как показал недавний эксперимент одной из компаний коммерческой сферы сканирования чипов, Raith CHIPSCANNER способен успешно распознавать чипы, созданные по техпроцессу 22 нм. При этом Raith CHIPSCANNER может также быть использован и для литографии на пластинах вплоть до 150 мм диаметром, что интересно в рамках воспроизведения сканированных чипов, обеспечивая полный замкнутый цикл обратного инжиниринга.




Лаборатория ЭЛЛ

Результаты проектов с минимальными временными затратами обеспечиваются стабильностью и воспроизводимостью технологии подготовки образцов и конечных устройств. Эффективная отработка технологии, в свою очередь, достигается за счет воспроизводимости процесса ЭЛЛ и стабильности на этапах обработки образцов.

Воспроизводимость в ЭЛЛ реализуется «выделенным» специализированным литографом, который отличается от стандартного электронного микроскопа, прежде всего, максимально стабилизированной электронно-оптической колонной с выровненной разверткой, стабилизированной быстрой электроникой, интегрированным предметным столом с прецизионным контролем лазерным интерферометром и интегрированным программным обеспечением.

Обработка образцов до и после ЭЛЛ также существенно влияет на конечный результат. Необходимое для этого техническое оснащение лаборатории, в данном контексте, уместно размещать в связанном с системой ЭЛЛ комплексе чистых помещений.

Пример рекомендуемого оборудования:

  1. Химический вытяжной шкаф / Ламинарный бокс
    1.1. для нанесения, сушки и проявки резиста. (ламинарный бокс). Под химию: PMMA (анизол) и другие резисты, проявители, изопропанол, ацетон, деионизированная вода и пр.- 1–2 единицы
    1.2. для подготовки — чистки, промывки — подложек/пластин. (ламинарный бокс). Под химию: ацетон, изопропанол, метанол, деионизированная вода — 1–2 единицы
    1.3. для постобработки (вытяжной шкаф), под химию (щелочи и кислоты) — 1–2 единицы.
  2. Центрифуга для нанесения резиста (расположение — шкафы 1.1) — 1–2 комплекта
  3. Температурная камера для сушки/задубливания резиста с поддержанием стабильной температуры до 160 (250) град Цельсия (расположение — шкафы 1.1) — 1–2 комплекта
  4. Установка для проявки резиста при стабилизированной температуре (температура от -20 до +200 град Цельсия).
  5. Печка для дегидратации подложек
  6. Скрайбер. Рекомендуется также отдельный вытяжной шкаф (приток снизу, вытяжка сверху)
  7. Ультразвуковая ванна для очистки подложек в ацетоне
  8. Система плазменного травления (кислородная плазма)
  9. Оптический прямой микроскоп — контроль качества
  10. Оптический прямой микроскоп с возможностью измерения толщин пленок
  11. Оптический стереомикроскоп
  12. Стилусный профилометр
  13. Система плазмохимического травления полупроводников RIE/ICP (например, хлор-содержащая плазма)
  14. Система плазмохимического травления диэлектрических покрытий RIE (например, фтор-содержащая плазма, аргон-содержащая плазма)
  15. Система PECVD нанесения диэлектрических покрытий
  16. Вакуумный напылитель/электронно-лучевой испаритель
  17. Система для бондинга
  18. Термоавтоэмиссионный растровый электронный микроскоп — контроль качества
    (Либо двухлучевая рабочая станция FIB-SEM)
  19. Отдельный вытяжной шкаф для хранения реагентов (резисты, проявители и т. д.)
  20. Холодильник для хранения реагентов — 1–2 комплекта
  21. Система травления в плавиковой кислоте
  22. Комплект лабораторной мебели
  23. Сушильный шкаф для пробирок
  24. Азотный шкаф для хранения образцов/подложек.

Информационные революции

Телеграф

В 1855 г. английский изобретатель Д. Э. Юз (1831-1900) разработал буквопечатающий аппарат, нашедший широкое распространение. В основу работы телеграфного аппарата был положен принцип синхронного движения скользуна передатчика и колеса приемника. Опытный телеграфист на аппарате Юза мог передать до 40 слов в минуту. Быстрый рост телеграфного обмена и увеличение производительности телеграфных аппаратов натолкнулись на ограниченные возможности телеграфистов, способных достичь скорости передачи при длительной работе только до 240-300 букв в минуту.

В 1870 г. в России существовало 90,6 тыс.км телеграфных проводов и 714 телеграфных станций. В 1871 г. была закончена постройка длиннейшей по тому времени линии между Москвой и Владивостоком. К началу XX века протяженность телеграфных линий в России составляла 300 тыс.км.

Совершенствование техники и технологии изготовления кабелей, повышение их качества и износостойкости позволяло строить подземные телеграфные линии. С 1877 по 1881 г. в Германии, например, было проведено 20 подземных линий общей протяженностью около 5,5 тыс. км. В конце XIX века в Европе было протянуто 2840 тыс. км кабеля, а в США — свыше 4 млн. км. Общая протяженность телеграфных линий в мире в начале XX века составила около 8 млн. км.

Телефон

Наряду с совершенствованием проволочного телеграфа в последней четверти XIX века появился телефон. Телефонный аппарат И. Ф. Рейса, сконструированный в начале 60-х гг. XIX века, не получил практического применения.

Дальнейшая разработка телефона связана с именами американских изобретателей И. Грея (1835-1901) и А. Г. Белла (1847-1922). Участвуя в конкурсе по практическому разрешению проблемы уплотнения телеграфных цепей, они обнаружили эффект телефонирования. 14 февраля 1876 г. оба американца сделали заявку на практически применимые телефонные аппараты. Поскольку заявка Грея была сделана на 2 часа позже, патент был выдан Беллу, а возбужденный Греем процесс против Белла был им проигран.

Радио

Когда в 1887 г. своими экспериментами немецкий физик Г. Р. Герц (1857-1894) доказал справедливость гипотезы Дж. К. Максвелла (1831-1879) о существовании электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света (называемых теперь радиоволнами), многие изобретатели в разных странах занялись вопросом использования этих волн для беспроволочной передачи сигналов. Немалый вклад внесли в это французский физик Э. Бранли (1844-1940), а также английский ученый О. Дж. Лодж (1851-1940).

Первая в мире радиопередача была осуществлена в России знаменитым изобретателем и ученым А. С. Поповым (1859-1906). Сам изобретатель из-за своей скромности и бескорыстия (академик А. Н. Крылов впоследствии назвал это «идеализмом») не закрепил за собой собственности на изобретение, не взяв никакого патента.

Между тем летом 1896 г. в печати появились (без сообщения каких-либо технических подробностей) сведения о том, что итальянец Маркони открыл способ «беспроволочного телеграфирования». Г. Маркони (1874-1937) не имел специального образования, но обладал энергичной коммерческой и технической предприимчивостью. Тщательно изучив все, что было опубликовано по вопросу о передаче излучений без проводов, он сам сконструировал соответствующие приборы и отправился в Англию. Там он сумел заинтересовать руководство почтового ведомства и других предпринимателей. 2 июня 1896 г. он получил английский патент на устройства для «беспроволочного телеграфирования» и лишь после этого ознакомил публику с конструкцией своего изобретения. Оказалось, что оно в основном воспроизводит аппаратуру Попова.

В 1916 году началось регулярное вещание первой радиостанции — 9XM в США. В середине 20-х появились первые удобные и доступные радиоприемники. Тогда же начались первые эксперименты по передаче видеосигнала.

Архитектура современных многоядерных процессоров

Введение. Компьютерная техника развивается быстрыми темпами. Вычислительные устройства становятся мощнее, компактнее, удобнее, однако в последнее время повышение производительности устройств стало большой проблемой. В 1965 году Гордон Мур (один из основателей Intel) пришёл к выводу, что «количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца».

Первые разработки в области создания многопроцессорных систем начались в 70-х годах. Длительное время производительность привычных одноядерных процессоров повышалась за счёт увеличения тактовой частоты (до 80% производительности определяла только тактовая частота) с одновременным увеличением числа транзисторов на кристалле. Фундаментальные законы физики остановили этот процесс: чипы стали перегреваться, технологический стал приближаться к размерам атомов кремния. Все эти факторы привели к тому, что:

  • увеличились токи утечки, вследствие чего повысилось тепловыделение и потребляемая мощность.
  • процессор стал намного «быстрее» памяти. Производительность снижалась из-за задержки обращения к оперативной памяти и загрузке данных в кэш.
  • возникает такое понятие как «фон-нейманское узкое место». Оно означает неэффективность архитектуры процессора при выполнении какой-либо программы.

Многопроцессорные системы (как один из способов решения проблемы) не получили широко применения, так как требовали дорогостоящих и сложных в производстве многопроцессорных материнских плат. Исходя из этого, производительность повышалась иными путями. Эффективной оказалась концепция многопоточности – одновременная обработка нескольких потоков команд.

Hyper-Threading Technology (HTT) или технология сверхпоточной обработки данных, позволяющая процессору на одном ядре выполнять несколько программных потоков. Именно HTT по мнению многих специалистов стала предпосылкой для создания многоядерных процессоров. Выполнение процессором одновременно несколько программных потоков называется параллелизмом на уровне потоков (TLP –thread-level parallelism).

Для раскрытия потенциала многоядерного процессора исполняемая программа должна задействовать все вычислительные ядра, что не всегда достижимо. Старые последовательные программы, способные использовать лишь одно ядро, теперь уже не будут работать быстрее на новом поколении процессоров, поэтому в разработке новых микропроцессоров всё большее участие принимают программисты.

1. Общие понятия

Архитектура в широком смысле – это описание сложной системы, состоящей из множества элементов.

В процессе развития полупроводниковые структуры (микросхемы) эволюционируют, поэтому принципы построения процессоров, количество входящих в их состав элементов, то, как организовано их взаимодействие, постоянно изменяются. Таким образом, CPU с одинаковыми основными принципами строения, принято называть процессорами одной архитектуры. А сами такие принципы называют архитектурой процессора (или микроархитектурой).

 Микропроцессор (или процессор) – это главный компонент компьютера. Он обрабатывает информацию, выполняет программы и управляет другими устройствами системы. От мощности процессора зависит, насколько быстро будут выполняться программы.

Ядро — основа любого микропроцессора. Оно состоит из миллионов транзисторов, расположенных на кристалле кремния. Микропроцессор разбит на специальные ячейки, которые называются регистрами общего назначения (РОН). Работа процессора в общей сложности состоит в извлечении из памяти в определённой последовательности команд и данных и их выполнении. Кроме того, ради повышения быстродействия ПК, микропроцессор снабжён внутренней кэш-памятью. Кэш-память — это внутренняя память процессора, используемая в качестве буфера (для защиты от перебоев со связью с оперативной памятью).

Процессоры Intel, используемые в IBM – совместимых ПК, насчитывают более тысячи команд и относятся к процессорам с расширенной системой команд – CISC-процессорам (CISC –Complex Instruction Set Computing).

1.1 Высокопроизводительные вычисления. Параллелизм

Темпы развития вычислительной техники легко проследить: от ENIAC (первый электронный цифровой компьютер общего назначения) с производительностью в несколько тысяч операций в секунду до суперкомпьютера Tianhe-2 (1000 триллионов операций с плавающей запятой в секунду). Это означает, что скорость вычислений увеличилась в триллион раз за 60 лет. Создание высокопроизводительных вычислительных систем – одна из самых сложных научно-технических задач. При том, что скорость вычислений технических средств выросла всего лишь в несколько миллионов раз, общая скорость вычислений выросла в триллионы раз. Этот эффект достигнут за счёт применения параллелизма на всех стадиях вычислений. Параллельные вычисления требуют поиска рационального распределения памяти, надёжных способов передачи информации и координации вычислительных процессов.

1.2 Симметрическая мультипроцессорность

Symmetric Multiprocessing (сокращённо SMP) или симметрическое мультипроцессирование – это особая архитектура мультипроцессорных систем, в которой несколько процессоров имеют доступ к общей памяти. Это очень распространённая архитектура, достаточно широко используемая в последнее время.

При применении SMP в компьютере работает сразу несколько процессоров, каждый над своей задачей. SMP система при качественной операционной системе рационально распределяет задачи между процессорами, обеспечивая равномерную нагрузку на каждый из них. Однако возникает проблема к обращению памяти, ведь даже однопроцессорным системам требуется на это относительно большое время. Таким образом, обращение к оперативной памяти в SMP происходит последовательно: сначала один процессор, затем второй.

В силу перечисленных выше особенностей, SMP-системы применяется исключительно в научной сфере, промышленности, бизнесе, крайне редко в рабочих офисах. Кроме высокой стоимости аппаратной реализации, такие системы нуждаются в очень дорогом и качественном программном обеспечении, обеспечивающем многопоточное выполнение задач. Обычные программы (игры, текстовые редакторы) не будут эффективно работать в SMP-системах, так как в них не предусмотрена такая степень распараллеливания. Если адаптировать какую-либо программу для SMP-системы, то она станет крайне неэффективно работать на однопроцессорных системах, что приводит к необходимости создание нескольких версий одной и той же программы для разных систем. Исключение составляет, например, программа ABLETON LIVE (предназначена для создания музыки и подготовка Dj-сетов), имеющая поддержку мультипроцессорных систем. Если запустить обычную программу на мультипроцессорной системе, она всё же станет работать немного быстрее, чем в однопроцессорной. Это связано с так называемым аппаратным прерыванием (остановка программы для обработки ядром), которое выполняется на другом свободном процессоре.

SMP-система (как и любая другая, основанная на параллельных вычислениях) предъявляет повышенные требования к такому параметру памяти, как полоса пропускания шины памяти. Это зачастую ограничивает количество процессоров в системе (современные SMP- системы эффективно работают вплоть до 16 процессоров).

Так как у процессоров общая память, то возникает необходимость рационального её использования и согласования данных. В мультипроцессорной системе получается так, что несколько кэшей работают для разделяемого ресурса памяти. Сache coherence (когерентность кэша) – свойство кэша, обеспечивающее целостность данных, хранящихся в индивидуальных кэшах для разделяемого ресурса. Данное понятие – частный случай понятия когерентности памяти, где несколько ядер имеют доступ к общей памяти (повсеместно встречается в современных многоядерных системах)[4]. Если описать данные понятия в общих чертах, то картина будет следующей: один и тот же блок данных может быть загружен в разные кэши, где данные обрабатываются по-разному.

Если не будут использованы какие-либо уведомления об изменении данных, то возникнет ошибка. Когерентность кэша призвана для разрешения таких конфликтов и поддержки соответствия данных в кэшах.

SMP-системы являются подгруппой MIMD (multi in-struction multi data — вычислительная система со множественным потоком команд и множественным потоком данных) классификации вычислительных систем по Флинну ( профессор Стэнфордского университета, сооснователь Palyn Associates). Согласно данной классификации, практически все разновидности параллельных систем можно отнести к MIMD.

Разделение многопроцессорных систем на типы происходит на основе разделения по принципу использования памяти. Этот подход позволил различить следующие важные типы

многопроцессорных систем – multiprocessors (мультипроцессорные системы с общей разделяемой памятью) и multicomputers (системы с раздельной памятью). Общие данные, используемы при параллельных вычислениях требуют синхронизации. Задача синхронизация данных – одна из самых важных проблем, и её решение при разработке многопроцессорных и многоядерных и, соответственно, необходимого программного обеспечения является приоритетной задачей инженеров и программистов. Общий доступ к данным может быть произведён при физическом распределении памяти. Этот подход называется неоднородным доступом к памяти (non-uniform memory access или NUMA).

Среди данных систем можно выделить:

  • Системы, где только индивидуальная кэш-память процессоров используется для представления данных (cache-only memory architecture).
  • Системы с обеспечением когерентности локальных кэшей для различных процессоров (cache-coherent NUMA).
  • Системы с обеспечением общего доступа к индивидуальной памяти процессоров без реализации на аппаратном уровне когерентности кэша (non-cache coherent NUMA).

Упрощение проблемы создания мультипроцессорных систем достигается использованием распределённой общей памяти (distributed shared memory), однако этот способ приводит к ощутимому повышению сложности параллельного программирования.

1.3 Одновременная многопоточность

Исходя из всех вышеперечисленных недостатков симметрической мультипроцессорности, имеет смысл разработка и развитие других способов повышения производительности. Если проанализировать работу каждого отдельного транзистора в процессоре, можно обратить внимание на очень интересный факт – при выполнении большинства вычислительных операций задействуются далеко не все компоненты процессора (согласно последним исследованиям – около 30% всех транзисторов). Таким образом, если процессор выполняет, скажем, несложную арифметическую операцию, то большая часть процессора простаивает, следовательно, её можно использовать для других вычислений. Так, если в данный момент процессор выполняет вещественные операции, то в свободную часть можно загрузить целочисленную арифметическую операцию. Чтобы увеличить нагрузку на процессор, можно создать спекулятивное (или опережающее) выполнение операций, что требует большого усложнения аппаратной логики процессора. Если в программе заранее определить потоки (последовательности команд), которые могут выполняться независимо друг от друга, то это заметно упростит задачу (данный способ легко реализуется на аппаратном уровне). Эта идея, принадлежащая Дину Тулсену (разработана им в 1955 г в университете Вашингтона), получила название одновременной многопоточности (simul-taneous multithreading). Позднее она была развита компанией Intel под названием гиперпоточности (hyper threading). Так, один процессор, выполняющий множество потоков, воспринимается операционной системой Windows как несколько процессоров. Использование данной технологии опять-таки требует соответствующего уровня программного обеспечения. Максимальный эффект от применения технологии многопоточности составляет около 30%.

1.4 Многоядерность

Технология многопоточности – реализация многоядерности на программном уровне. Дальнейшее увеличение производительности, как всегда, требует изменений в аппаратной части процессора. Усложнение систем и архитектур не всегда оказывается действенным. Существует обратное мнение: «всё гениальное – просто!». Действительно, чтобы повысить производительность процессора вовсе необязательно повышать его тактовую частоту, усложнять логическую и аппаратную составляющие, так как достаточно лишь провести рационализацию и доработку существующей технологии. Такой способ весьма выгоден – не нужно решать проблему повышения тепловыделения процессора, разработку нового дорогостоящего оборудования для производства микросхем. Данный подход и был реализован в рамках технологии многоядерности – реализация на одном кристалле нескольких вычислительных ядер. Если взять исходный процессор и сравнить прирост производительности при реализации нескольких способов повышения производительности, то очевидно, что применение технологии многоядерности является оптимальным вариантом.

Если сравнивать архитектуры симметричного мультипроцессора и многоядерного, то они окажутся практически идентичными. Кэш-память ядер может быть многоуровневой (локальной и общей, причём данные из оперативной памяти могут загружаться в кэш-память второго уровня напрямую). Исходя из рассмотренных достоинств многоядерной архитектуры процессоров, производители делают акцент именно на ней. Данная технология оказалась достаточно дешёвой в реализации и универсальной, что позволило вывести её на широкий рынок. Кроме того, данная архитектура внесла свои коррективы в закон Мура: «количество вычислительных ядер в процессоре будет удваиваться каждые 18 месяцев».

Если посмотреть на современный рынок компьютерной техники, то можно увидеть, что доминируют устройства с четырёх- и восьми- ядерными процессорами. Кроме того, производители процессоров заявляют, что в скором времени на рынке можно будет увидеть процессоры с сотнями вычислительных ядер. Как уже неоднократно говорилось ранее, весь потенциал многоядерной архитектуры раскрывается только при наличии качественного программного обеспечения. Таким образом, сфера производства компьютерного «железа» и программного обеспечения очень тесно связаны между собой.

Новые AMD Ryzen на архитектуре Zen 3: сравниваем с предыдущим поколением, а также с Intel Core i9

Я планировал написать эту статью еще весной 2020-го, но постоянно откладывал её в дальний ящик. Хотелось бы сказать, что причиной тому «экологическая» ситуация в стране и мире, но на самом деле — желание накопить больше практического и тестового материала и, что поделать, безграничная прокрастинация. Теперь же, когда отдел маркетинга пишет мне чаще, чем кредиторы, и, по всей видимости, скоро начнет приходить домой справляться о самочувствии, я решил, что откладывать больше некуда. Тем более, что опыта накопилось достаточно, а AMD выпустил процессоры на новой архитектуре Zen 3.

Изначально в статье хотелось «столкнуть лбами» двух производителей — AMD и Intel. Но все сроки были упущены. Поэтому вместо того, чтобы явно сравнивать «красных» и «синих», протестируем два поколения Ryzen — на Zen 2 и Zen 3. Справедливости ради и об Интел не забудем. Тем более, что исторически мы всегда предлагали серверы именно на их процессорах — как серверных, так и десктопных. И статьи с тестами выпускали исключительно про них же. Монополия Intel в линейке представленных у нас конфигураций закончилась примерно год назад — в декабре 2019-го мы стали предлагать серверы на базе AMD Ryzen 7 3700X и AMD Ryzen 9 3900X, затем в октябре 2020-го к ним добавился AMD Ryzen 9 3950X, а в декабре 2020-го и AMD Ryzen 9 5900X.

В общем, я решил, что процессоры обоих производителей на тестовом стенде может и не совсем вовремя, но точно неплохо.

Из истории моего знакомства с AMD

Прежде, чем мы перейдем к тестам и графикам, я бы хотел немного отойти от основной темы. Если вы не сторонники ностальжи, можете смело пропустить эту часть. Кроме авторских воспоминаний об ушедшей молодости и моём опыте работы с компьютерами, в том числе и на процессорах AMD, тут ничего не будет.

Для меня знакомство с продукцией AMD началось в далёком 2006 году, когда я будучи студентом первого курса устроился подмастерьем в сервисный центр и стал «ремонтировать компухтеры». Тогда в моём «личном пользовании» находился домашний компьютер на процессоре Intel Pentium 4 531 на 3 ГГц, аж с Hyper-Threading. На фирменной материнской плате Intel, с SATA1, жёстким диском SATA на 80 Гб от Seagate и видеокартой ATI Radeon X300. На тот момент не самый топовый, но всё равно страшно крутой среди однокурсников компьютер, позволявший спокойно играть по сетке в CS 1.6.

Работая в сервисе, я впервые увидел компьютеры и ноутбуки на процессорах AMD (Athlon, Duron и Turion)— по моему субъективному мнению, в городе их было примерно 50/50 с машинами на Intel. К тому же периодически встречались x86-совместимые процессоры VIA и Cyrix. Приблизительно в это же время появилась легенда о том, что АМД греются и даже сгорают от перегрева, что было в общем-то недалеко от правды. К слову, сей факт позволил компании Intel успешно пройти «под радарами» потребителя со всем ворохом технических и маркетинговых косяков, которые наблюдались при переходе от Pentium 4 к Core 2 Duo.

Пользуясь служебным положением, я достаточно быстро собрал личный компьютер на процессоре Intel Core 2 Duo E7200 на сокете LGA775 и материнской плате Asus — так как десятками видел «материнки» Gigabyte на 478 сокете с прогаром в южном мосту. Меня всё устраивало, кроме того, что у процессора не было поддержки аппаратной виртуализации и появившийся тогда VirtualBox работал очень неспешно. Я перешёл на AMD Athlon II X2 и благодаря прямой и обратной совместимости сокетов имел шикарную возможность спокойно обновляться в течение пары лет. Intel этим похвастаться не мог.

Позже я пересел на AMD Phenom II X6, и это было что-то невероятное! Gentoo Linux, которая тогда была моей основной ОС, компилировалась меньше суток! Такой результат не удавалось получить никому из моих коллег на Intel Core 2 Quad. До опредёленного момента я считал, что это апофеоз компьютерной мысли. Пока поставщик не предложил новые AMD FX-8100 на микроархитектуре Bulldozer. Восемь ядер, не каких-то там жалких шесть! И я обновился… Скорость «пересборки мира» упала, а я узнал, что процессор может перегреваться на «боксовом» охлаждении. Позже я обновился ещё пару раз — FX-8150, FX-8300 — и остановился на AMD FX-8350 на микроархитектуре Piledriver, причём с обновлением материнской платы (сокет AM3+). Но это всё равно было уже не то. Поэтому в моей памяти линейка Phenom II X6 так и осталась лучшей у AMD на многие годы.

Время шло, юношеские прыщи сошли на нет, Gentoo Linux подвинула Fedora Linux, и необходимость в повседневном компиляте отпала. Я смирился с прошлым, обзавёлся семьей, и, как следствие, лишился возможности постоянного апгрейда личной техники. За выходом новых линеек AMD наблюдал уже без особого энтузиазма, а потом и вовсе переехал на продукцию компании Apple, закончил карьеру сервисника и админа локалхоста и потерял связь с десктопами. «История стала легендой, легенда — фарсом. А потом уже и анекдотов насочиняли».

И вот в 2018 году АМД выпускает новое поколение процессоров на архитектуре Zen. Я аж весь оживился: что-то новое после стольких лет стагнации. Уже тогда я работал тут, где работаю, и как писал выше, имел дело только с процессорами Intel. Правда, надеясь, что однажды мы станем предлагать конфигурации на базе AMD.

И вот моя призрачная надежда внезапно становится реальностью. Не без моего участия, естественно.

Вспоминая историю с FX-8100, начать было решено с Райзенов третьей тысячи, тесты которых показали, на мой взгляд, просто шикарные результаты. А теперь вышла новая линейка процессоров на архитектуре Zen 3, которую тоже не обошла участь быть протестированной.

Так вот, уважаемый читатель, отбрось субъективизм и скепсис. Потому что, несмотря на всю свою неподдельную любовь к процессорной продукции компании AMD, которая после многолетнего технического простоя начинает почти с нуля отвоёвывать рынок, я за объективный подход — за меня всё скажут результаты тестов.

Пара слов о техпроцессе и нанометрах

Многие, и мы в том числе, неоднократно сетовали на то, что Интел давно застрял на своих 14 нм. Доказательством тому были частые разговорчики типа: «А у АМД уже давно 7 нм. А скоро будет ещё меньше…». Я решил немного разобраться в вопросе, поэтому вот моя краткая ремарка о техпроцессе и влиянии заявленных нанометров на производительность процессора.

Важной характеристикой для сравнения техпроцессов всё же остается число транзисторов на квадратном миллиметре. То есть сколько в кристалле процессора простейших логических элементов. Дело в том, что техпроцесс говорит не о размере самого транзистора, а о размере одной из его частей — а именно затвора (насколько я себе это представляю). Остальные же составляющие элементы транзистора строго к величине техпроцесса не привязаны.

Ранее, на мой взгляд, до появления такой технологии как FinFET, в которой стали использоваться трёхмерные, а не планарные транзисторы, ещё имело смысл сравнивать техпроцессы производителей, отталкиваясь от размеров транзистора. Но после производители пошли в разные стороны, разрабатывая собственные технологические решения. И «нанометры» из реального показателя превратились в абстрактный. При этом привычка сравнивать техпроцессы никуда не делась, хотя всё свелось к сравнению «мягкого с тёплым». Теперь ориентироваться на размер заявленного техпроцесса даже не столько бессмысленно, сколько не очень показательно. И стоит сравнивать совсем другие параметры.

Например, в этой статье автор даёт интересную таблицу по сравнению техпроцессов:

Источник www.hardwareluxx.ru
  • Fin Pitch: расстояние между ребрами (эмиттер и коллектор) транзистора
  • Min Metal Pitch: минимальное расстояние между двумя слоями металла
  • Fin Height: высота ребер от подложки Si в слое оксида
  • Fin Width: толщина ребер

Между транзисторами на подложке тоже есть расстояние. И, надо заметить, что оно различается у таких производителей, как Samsung, TSMC, Intel и GF, при одной и той же заявленной величине техпроцесса.

В итоге получается, что понятие техпроцесса в один прекрасный момент стало сугубо маркетинговым и не говорит, как в былые времена, о техническом преимуществе процессоров, у которых он меньше. Таким образом, техпроцесс TSMC 7nm FinFET, на котором изготавливаются два последних поколения процессоров AMD, нельзя с твёрдой уверенностью назвать лучшим относительно фирменного техпроцесса Intel 14 нм. Если хотите углубиться в тему, то вот вам одна интересная статья и познавательный видеоролик по этому поводу. А мы наконец-то переходим к тестированию.

Тестирование

В комментариях к предыдущей статье нас резонно упрекнули в использовании разных версий бенчмарков, что отражается на результатах тестов. Что тут сказать. Часто бывает так, что «патроны» только подвезли, а они уже кончились. В том смысле, что далеко не всегда есть возможность провести повторное тестирование для конкретных процессоров на актуальных версиях бенчмарков. Но в этот раз мне-таки удалось заполучить в руки полный боекомплект, поэтому далее сможете посмотреть не только результаты тестирования Geekbench четвертой версии, но и пятой.

И раз уж мы заговорили о том, что влияет на результаты тестирования, вспомнился мне один пример из жизни. Как-то одного метеоролога спросили в интервью «Скажите, что влияет на прогноз погоды?», он ответил — проще сказать, что не влияет. Так вот на результаты тестов не влияет фаза луны, но это не точно.

А если серьёзно, факторов, которые могут повлиять на итоговый результат тестирования, более чем достаточно. И это не только операционная система или дистрибутив Linux. Результат будет зависеть и от версии ядра ОС, версий системного софта, планок памяти, даже если они имеют одинаковые характеристики, чипсета, фаз питания процессора и их охлаждения, версии BIOS, версии бенчмарков, особенно пакета phoronix, обновление тестов которого происходят чаще, чем презентации Apple в 2020 году. Даже накопитель влияет, например, на прохождение теста phoronix Apache. В общем, масса условий, которые трудно повторить по прошествии времени. Поэтому по мере сил при тестировании стараемся создать максимально одинаковые условия для тех процессоров, результаты которых попадут в одну статью.

Особо хочу отметить следующий момент. Он относится в меньшей степени к процессорам Intel, много лет делающей рефреши одной и той же архитектуры, и в большей степени к процессорам AMD: после релиза процессоров первые результаты тестов хуже, чем результаты тех же тестов спустя год. Предполагаю, что это связано с добавлением поддержки соответствующих процессоров и оптимизаций в ядро, софт и бенчмарки. Именно поэтому сюда не попали результаты первых тестов процессоров AMD: они были хороши, но новые ещё лучше.

В этот раз мы всё перепроверили заново, чтобы читатель смог получить самые актуальные результаты тестов.

Итак, «что же сегодня попало в наши цепкие лапы?»

Во-первых, это два процессора AMD на архитектуре Zen 2 — Ryzen 9 3900X и Ryzen 9 3950X. Честнее было бы сравнивать их с девятой тысячей процессоров Интел — Core i9-9900K. Почти «одногодки» всё-таки. Но мы решили, что в сравнении примет участие другой представитель от Интела, а точнее Core i9-10900K, относительно топовый процессор для сокета LGA1200. С одной стороны, у нас уже есть сравнительные тесты i9-9900K и i9-10900K, с другой — оба этих процессора построены на одной архитектуре. Так что все честно.

Также мы решили протестировать свежие AMD пятой тысячи — платформы на их базе пополнили нашу линейку серверов совсем недавно, поэтому без традиционных тестов не обойтись. Проверять будем три процессора на архитектуре Zen 3: Ryzen 7 5800X, Ryzen 9 5900X, Ryzen 9 5950X.

Замечу, что мы сравниваем не просто процессоры одного производителя в виде рефрешей, как делали ранее. В этот раз у нас есть возможность, во-первых, сравнить процессоры двух разных производителей, а во-вторых, — процессоры одного производителя на двух разных архитектурах.

В случае сравнения Intel и AMD разное ВСЁ: производитель, ядерная архитектура, техпроцесс, процессорный кэш, как по объёмам, так и по архитектуре исполнения, количественное и качественное решение исполнения ядер, частота процессоров, количество вычислительных блоков. Единственное, что объединяет данные процессоры это архитектура x86/x86_64. И то технически это не совсем верно. В случае сравнения процессоров AMD разных поколений: это две разные ядерные архитектуры. Ну и, пожалуй, мы сейчас объединим их своими тестами.

Стоит сказать пару слов о третьей и пятой тысяче процессоров AMD. Как утверждает компания, в линейке Zen 3 ей удалось совершить ещё больший скачок в производительности, чем при выпуске предыдущих поколений Ryzen. Благодаря этому новинки, по мнению производителя, должны стать самыми быстрыми решениями на рынке не только в вычислительных задачах, но и в играх. В AMD заявляют, что серьёзно переработали архитектуру кристалла, что позволило без повышения базовых частот на том же техпроцессе поднять общую производительность до 19% относительно Zen 2. Ну, будем посмотреть.

Итак, в тестировании участвуют шесть процессоров:

  • Intel Core i9-10900K,
  • AMD Ryzen 9 3900X,
  • AMD Ryzen 9 3950X,
  • AMD Ryzen 7 5800X,
  • AMD Ryzen 9 5900X,
  • AMD Ryzen 9 5950X.

В тестировании использовались только одноюнитовые серверы (1U). Все процессоры охлаждаются жидкостным охлаждением (далее «водяное охлаждение», СВО, «вода», «водянка»).

Процессоры AMD охлаждаются «водой» в классическом исполнение для 1U платформ. Процессор Intel охлаждается продвинутым жидкостным охлаждением — кастомизированное решение собственного производства, о конфигурации которого мы по-прежнему не распространяемся. Иначе i9-10900K перегреваются. Ну хоть не горят.

Все тестовые экземпляры подведены под единый общий знаменатель: 1U, «вода», одинаковая оперативная память на частоте 2933, один и тот же накопитель данных. Память с частотой 2933 — это максимум для i9-10900K, при этом представленные «Рязани» поддерживают память и на 3200. А как известно, производительность AMD процессоров, в том числе в тестах, сильно зависит от частоты памяти. С нашей стороны это делается для того, чтобы, так сказать, сравнять шансы.

Процессоры AMD тестируются на одной и той же материнской плате с новым чипсетом.

И ещё один момент, на который хотелось бы обратить внимание.

Сравнение между собой процессоров AMD 9 3900X, AMD 9 3950X и AMD 9 5900X, AMD 9 5950X логично и понятно: последние правопреемники предыдущих. Но вот AMD 7 5800X выбивается из этого ряда. Дело в том, что в нашей тарифной линейке также присутствует AMD 7 3700X, который я с удовольствием бы сравнил с новым AMD 7 5800X. И это было бы также понятно. Увы, протестировать его в момент подготовки статьи возможности не было. Но раз есть результаты 5800Х, то почему бы ими не поделиться.

Тактико-технические характеристики платформ

Процессоры Intel i9-10900k

  • Материнская плата: ASRockRack W480D4U
  • Оперативная память: 32 Гб DDR4-2933 MT/s Kingston 2 штуки
  • NVMe SSD-накопитель: 1 Тб Intel 665P


Процессоры AMD

  • Материнская плата: ASRockRack X570D4U (bios beta)
  • Оперативная память: 32 Гб DDR4-2933 MT/s Kingston 2 штуки
  • NVMe SSD-накопитель: 1 Тб Intel 665P


Программная часть: ОС CentOS Linux 8 x86_64 (8.3.2011).

Ядро: 4.18.0-240.1.1.el8_3.x86_64

Внесённые оптимизации относительно штатной установки: добавлены опции запуска ядра elevator=noop selinux=0

Тестирование производится со всеми патчами от атак Spectre, Meltdown и Foreshadow, бэкпортироваными в данное ядро.

Список тестов, которые проводились:
1) Sysbench
2) Geekbench 4
3) Geekbench 5
4) Phoronix Test Suite
 

Тест Geekbench

Пакет тестов, проводимых в однопоточном и многопоточном режиме. В результате выдаётся некий индекс производительности для обоих режимов. В этом тесте мы рассмотрим два основных показателя:

  • Single-Core Score — однопоточные тесты.
  • Multi-Core Score — многопоточные тесты.

Единицы измерения: абстрактные «попугаи». Чем больше «попугаев», тем лучше.

 

Тест Sysbench

Sysbench — пакет тестов (или бенчмарков) для оценки производительности разных подсистем компьютера: процессор, оперативная память, накопители данных. Тест многопоточный, на все ядра. В этом тесте я замерял один показатель: CPU speed events per second — количество выполненных процессором операций за секунду. Чем выше значение, тем производительнее система.

 

Тест Phoronix Test Suite

Phoronix Test Suite — очень богатый набор тестов. Почти все представленные тут тесты — многопоточные. Исключение составляют лишь два из них: однопоточные тесты Himeno и LAME MP3 Encoding.

 

В этих тестах чем показатель больше, тем лучше.

  1. Многопоточный тест John the Ripper для подбора паролей. Возьмём криптоалгоритм Blowfish. Измеряет количество операций в секунду.
  2. Тест Himeno — линейный решатель давления Пуассона, использующий точечный метод Якоби.
  3. 7-Zip Compression — тест 7-Zip с использованием p7zip с интегрированной функцией тестирования производительности.
  4. OpenSSL — это набор инструментов, реализующих протоколы SSL (Secure Sockets Layer) и TLS (Transport Layer Security). Измеряет производительность RSA 4096-бит OpenSSL.
  5. Apache Benchmark — тест измеряет, сколько запросов в секунду может выдержать данная система при выполнении 1 000 000 запросов, при этом 100 запросов выполняются одновременно.

А в этих если меньше, то лучше — во всех тестах измеряется время его прохождения.

  1. C-Ray тестирует производительность CPU на вычислениях с числами с плавающей запятой. Этот тест является многопоточным (16 потоков на ядро), будет стрелять 8 лучами из каждого пикселя для сглаживания и генерировать изображение 1600×1200. Измеряется время выполнения теста.
  2. Кодирование аудиоданных. Тест LAME MP3 Encoding выполняется в один поток. Измеряется время прохождения теста.
  3. Кодирование видеоданных. Тест ffmpeg x264 — многопоточный. Измеряется время прохождения теста.

Результаты тестирования

5950Х лучше 3950Х — на 160%.
5900Х лучше 3900Х — на 166%.

5950Х лучше 3950Х — 23,3%.
5900Х лучше 3900Х — 20,7%.

5950Х лучше 3950Х —7,3%.
5900Х лучше 3900Х —8,7%.

5950Х лучше 3950Х —27,2%.
5900Х лучше 3900Х — 25,8%.

5950Х лучше 3950Х — 8,5%.
5900Х лучше 3900Х —10,8%.

5950Х проигрывает 3950Х — 1,1%.
5900Х лучше 3900Х — 0,2% (почти равны).

5950Х лучше 3950Х — 1,4%.
5900Х лучше 3900Х — 3,6%.

5950Х лучше 3950Х — 8,1%.
5900Х лучше 3900Х — 10,8%.

5950Х лучше 3950Х — 3,0%.
5900Х лучше 3900Х — 7,6%.

5950Х лучше 3950Х — 16,1%.
5900Х лучше 3900Х — 16,5%.

5950Х лучше 3950Х — 17,3%.
5900Х лучше 3900Х — 20,3%.

5950Х лучше 3950Х — 2,3%.
5900Х лучше 3900Х — 10,0%.

5950Х лучше 3950Х — 21,7%.
5900Х лучше 3900Х — 19,8%.

В целом, результаты получились предсказуемые — последнее поколение пятитысячных AMD уверенно обходит своих предшественников и оставляет далеко позади относительно свежие интеловские Core i9-10900K. При этом стоит отметить, что Ryzen 9 3950X из «третьей тысячи» показал себя весьма достойно — по результатам тестов Geekbench он занимает второе место после новинок, а в многопоточном тесте John the Ripper, который измеряет количество операций в секунду, обошел даже Ryzen 9 5950X.

Довольно интересно показал себя и Ryzen 7 5800X, ставший лидером не только по результатам тестов Geekbench как в однопоточном, так и в многопоточном режиме, но и в других тестах -— на кодирование аудиоданных (encode mp3) и на количество запросов в секунду (Apache). К серверам с этим процессором я бы порекомендовал присмотреться более внимательно. Особенно, для обработки медиаконтента или в качестве веб-сервера.

Ну и раз мы пообещали сравнение с Intel, то пару слов скажу и о них. Судя по результатам тестов, у i9-10900K есть шанс побороться за первенство в однопоточных тестах Geekbench (вероятнее всего, благодаря паре дополнительных ГГц), но только с AMD «третьей тысячи» — показатели «пятой тысячи» на порядок лучше. Причём даже «третья тысяча» делает i9-10900K в большинстве тестов.

Так как «секретариат партии» намекнул мне, что громкие ликования не в нашем стиле, просто спокойно выскажу свое мнение. На моя взгляд, Intel уже два года если и не является догоняющим, то как минимум идёт наравне с AMD в десктопном и игровом сегменте. Как только Intel выпускает новое поколение процессоров, AMD сразу «бьёт эту карту». По всей видимости, превосходству «синих» над «красными» приходит конец. «Красные» же, на мой взгляд, как Феникс — сгорели, когда выпустили серию FX, и переродились из пепла с выпуском Ryzen.

Как видите, моя неподдельная любовь к AMD вызвана не только романтическими чувствами, но и банальным холодным расчётом. Если вы следите за новостями, то, по данным от PassMark Software, в начале 2021 года компания AMD заняла 50,8% рынка процессоров для настольных ПК в мире. Доля Intel, соответственно, упала до 49,2%. Это значит, что конкуренция гигантов-производителей выходит на иной уровень, который будет держать в тонусе обе компании. Поэтому предполагаю, что 2021 год окажется не менее динамичным, чем ушедший 2020-й в плане прорывных новостей на рынке процессоров. Тем более, что обеим компаниям есть что улучшать — Intel-таки предстоит разобраться с техпроцессом 10 нм, а AMD, как минимум, решить проблемы с поставками, чтоб не получилось так, как в декабре, когда не все получили то, что заказали.

 

Григорий Прадедов, системный администратор

Переработка электронного лома и печатных плат: технология пиролиза — Установка пиролиза УТД

Отходы электронного лома: проблемы переработки

Герой остросюжетного боевика, выбрасывая мобильник после каждого разговора, не должен по сценарию задумываться, что потом происходит с гаджетом. Между тем, он не одинок: в мире ежегодно выбрасывают около 160 000 000 мобильных телефонов, и это не кино, а только капля в море WEEE (Waste Electrical and Electronic Equipment) – отходов электрического и электронного оборудования.

По историческим меркам, отходы электронного лома и компонентов являются самым молодым видом отходов. Директива ЕС, впервые системно регламентирующая оборот WEEE, была принята только в 1980-х годах. Несмотря на то, что общий объем электронных отходов в мире не превышает 5% от общего количества, технологические, экологические и финансовые проблемы, создаваемые этим видом отходов, весьма значительны.

Отходы электроники содержат целый спектр опасных загрязнителей, среди которых можно выделить бериллий, ртуть, мышьяк, свинец, кадмий, поливинилхлорид (который сам по себе нейтрален, но переработка которого является острой экологической проблемой). Однако, наряду с загрязнителями WEEE содержат драгоценные металлы, такие как золото, серебро, платина и палладий, что делает этот вид отходов ценным вторичным ресурсом.

Поскольку, ввиду опасности электронных отходов, их экспорт запрещен Директивой ЕС, в этой отрасли, как и везде, где нужда сталкивается с государственным регулированием, возник теневой рынок, финансовые объемы которого, по сведениям «El Mundo», вполне сравнимы с мировым оборотом наркобизнеса. По оценкам ЮНЭП, ежегодно в мире образуется до 50 миллионов тонн отходов электрического и электронного оборудования и это число будет расти быстрее, чем все показатели по другим видам отходов.

В городе Гуйю (Китай, провинция Гуандун) находится самая большая свалка электронного мусора в мире, которая поглощает 56% мировых электронных отходов. По территории она превышает всю Московскую область, грунтовые воды в радиусе 60 – 100 км вокруг нее отравлены и непригодны для питья, в то же время производства вторичного сырья этой территории ежегодно приносят городу до 3 млрд. долларов прибыли. Интересно, что законодательно импорт электронных отходов в Китай не разрешен. Компания Apple в 2016 году отчиталась о том, что переработала из своих старых устройств почти тонну золота, что принесло компании чистую прибыль в 40 миллионов долларов. Очевидно, что переработка WEEE перспективное и прибыльное направление.

Классификация печатных плат в соответствии с содержанием золота

Содержание Au
(ppm)

Возникновение
(не является исчерпывающим и окончательным)

Ультра-низкая

Неподготовленные платы от ЭЛТ-мониторов (ТВ и ПК), HiFi, источников питания, мелкой бытовой техники и т. д.

Подготовленные платы от ЭЛТ-мониторов (ТВ и ПК), HiFi, источников питания, мелкой бытовой техники и т. д.

Выщелоченные IT-платы (от очень низкого до низкого)

IT (ПК-сервер, принтер), различные разъемы, ЖК-мониторы, материнские платы

IT / телекоммуникационные платы

Очень высокая

Мобильные телефоны, IT-составляющие (процессоры и т. д.)

Таблица 1. Классификация печатных плат в соответствии с содержанием золота

Россия генерирует около 3,75% мирового объема электронных отходов, с которыми должны справляться 9 перерабатывающих предприятий, из которых только 2 имеют специальные линии для компьютерного лома. Согласно п. 8 ст. 12 Федерального закона «Об отходах производства и потребления» № 89-ФЗ, с 01.01.2017 г. захоронение отходов, содержащих полезные компоненты, запрещено. Перечень таких отходов утвержден распоряжением Правительства РФ от 25.07.2017 № 1589-р, и отходы электроники в него включены, что увеличивает нагрузку на региональных операторов. Стоимость импортной линии переработки электронных компонентов «под ключ» составляет примерно 3 миллиона USD, при этом прибыль составит всего 1,5-2 USD на 1 переработанный компьютер, то есть срок окупаемости будет слишком велик.

Наиболее выгодное сырье для переработки – печатные платы, компьютерные процессоры, материнские платы телефонов и гаджетов. В последних содержание драгметаллов намного выше (см. Табл. 1).

Технологии обращения с отходами электронного лома и печатных плат

Традиционный процесс переработки предполагает загрузку электронных отходов в специализированную печь, где происходит выплавка металлических и технологическое сжигание органических компонентов электронных плат. Данная печь является импортным дорогостоящим оборудованием, вовлекающим сложные процессы. К тому же, разнообразие химического состава исходного сырья приводит к следующим проблемам:

  • химию плавки значительно усложняет наличие изолирующих материалов и пластмасс;
  • керамические примеси (например, компьютерных процессоров) при шахтной плавке приводят к потере добываемых металлов;
  • высокое содержание меди сказывается на расходе присадок и понижает содержание благородных металлов.

Широко применим также процесс гидрометаллургической переработки, который потребляет азотную кислоту или раствор нитрата меди в промышленных количествах. Этот процесс требует мощной системы очистки сточных вод, к тому же, в нем происходит генерация токсинов и канцерогенов. Кроме того, технологии очень энергоемки, значительная часть отходов электронного скрапа все равно подлежит захоронению, также в процессе утрачиваются пластики и текстолит.

Установка непрерывного пиролиза УТД-2 для переработки отходов электроники: баланс бизнеса и экологии

В поисках решения вышеупомянутых проблем, международная компания Eco-CARBON предлагает осуществлять процесс в две стадии и использовать пиролиз отходов (экспериментальные испытания проводились на оборудовании производства ЗАО «Безопасные Технологии» – УТД-2-800) в качестве технологии для получения промежуточного сырья, направляемого на традиционную переработку.


Решение на базе непрерывного пиролиза сразу привело к ряду преимуществ:

  1. максимальная степень очистки от сторонних материалов с получением дополнительных кондиционных продуктов;
  2. высокая степень извлечения драгоценных материалов;
  3. сухой остаток от первой стадии имеет увеличенную концентрацию драгметаллов и в большей степени гомогенизирован, в связи с чем облегчено получение собственно драгметаллов из промежуточного сырья.

В отличие от традиционного процесса, в котором органические компоненты плат выжигаются с последующей очисткой продуктов горения, технология с применением Установок Термической деструкции УТД-2 позволяет также получить топливо: до 30% от первоначального объема для плат на эпоксидной основе и до 18% – для плат на основе фенолформальдегидных смол.

Установки непрерывного пиролиза УТД-2 серийно выпускаются отечественной компанией IPEC (ЗАО «Безопасные Технологии»), проверены в эксплуатации в различных климатических условиях регионов России и за ее пределами. Весь модельный ряд УТД и производственные мощности ЗАО «Безопасные Технологии» успешно прошли международные сертификации, на соответствие стандартам ASME и СЕ (инспектирующий центр – TUV NORD). Это позволило беспрепятственно экспортировать оборудование ПГ «БТ» в страны ЕС, так, например, продолжаются поставки комплектующих модифицированной установки УТД-2-200М для швейцарской компании «Eco-RESH AG», а также высокопроизводительной установки УТД-2-2000 для эстонской компании «Viru Keemia Grupp AS».

Переработка лома электронных компонентов на УТД-2: технологические стадии

Переработка лома электронных компонентов на УТД-2 подобна переработке любого другого пригодного для этой установки органического сырья. Первичное сырье предварительно измельчается и в камере пиролиза подвергается нагреву без доступа кислорода воздуха. Получившиеся летучие и жидкие углеводороды направляются в газожидкостной сепаратор на разделение. Вследствие высокого содержания пластиков в платах, возможно использование продуктов процесса в качестве топлива для поддержания температуры в реакторе. Согласно проведенным лабораторным анализам, теплота сгорания топлива составляет 34-37 МДж/кг.  Жидкие стоки на данной стадии процесса не формируются, газовые выбросы – только те, которые генерируются в печи в процессе нагрева пиролизного реактора, то есть, это продукты сгорания дизельного и пиролизного топлива. Они направляются на каталитическую очистку (уникальный катализатор также отечественного производства, изготовлен в компании «Безопасные Технологии»).

В сухом остатке пиролизной стадии процесса – углерод, драгоценные металлы, фракция меди и стекловолокно.

Известно, что для первичного сырья (рудных материалов) содержание платиноидов суммарного количества в 2-3 г на тонну считается весьма рентабельным в переработке [1]. Содержание драгметаллов во вторичном электронном сырье исчисляется килограммами или даже десятками килограммов на тонну. Неудивительно, что Правительство РФ обратило внимание на этот ресурс, законодательно запретив его бездумную утилизацию. В то же время, российские производители уже сегодня обладают достаточными возможностями, чтобы распоряжения Правительства были выполнены.

Ознакомиться с модельным рядом и заказать оборудование можно в Каталоге пиролизных установок УТД. Специалисты компании IPEC ответят на все вопросы, касающиеся переработки отходов электроники, и помогут подобрать оптимальное технологическое решение, адаптированное под нужды объекта.


Авторы: К.В. Ладыгин, С.И. Стомпель, Ю.Л. Спектор
Статья «Переработка электронного лома по технологии термической деструкции» опубликована в журнале «ТВЕРДЫЕ БЫТОВЫЕ ОТХОДЫ» выпуск № 6, 2018 г.
При использовании материала/любой его части ссылка на авторство и сайт (www.i-pec.ru) обязательна


[1] ТЕХНОЛОГИЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ДРАГОЦЕННЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ОТХОДОВ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ М. Баркан, М. Чиненкова

История и философия Ricoh GR

Ricoh GR – первый культовый компактный фотоаппарат, который приходит на ум при разговоре о компактных камерах. В мире street-фотографии камеры Ricoh GR известны исключительным качеством изображения и превосходной оптикой, быстродействием, компактностью и эргономикой, специально разработанной для управления одной рукой и даже покрытием корпуса: особой прочной и приятной на ощупь поверхностью, которая со временем не только не теряет внешних качеств, но и гарантирует благородный вид даже по прошествии многих лет использования. 

Ricoh GR — для фотографа!

Что такое фотография?

В центре процесса фотографии — встреча с людьми. Фотографическое искусство оценивается результатом его воздействия на зрителя. Если фотограф поймает тот самый неповторимый момент, может получиться шедевр, не поддающийся влиянию времени. Фотоаппарат должен быть верным другом, который поддерживает и помогает воплотить идеи фотографа. Хорошие фотографии, сделанные в разные эпохи и с разной техникой, неизменно вызывают сильные эмоции даже спустя много лет после съёмки. Главное качество фотоаппарата – беспристрастность. Он должен слиться с чувствами, глазами и руками фотографа. GR — продолжение фотографа.

Что такое качество фотографии?

Фотография – это светопись. Самое важное для фотоаппарата – уметь фиксировать свет любого качества и количества, но не переусердствовать при этом. Вне зависимости от развития цифровых технологий команда GR верит, что самое главное – это качество оптики, которая доставляет свет на матрицу. Сила языка фотографии заключается в идеальной передаче сюжета через качественную оптику камеры.

Что такое уличная фотография?

Команда GR уверена, что скорость – это основа фотографии. Сюжет не ждет, он существует ровно одно  мгновение. В скоротечной уличной фотографии нет разделения на профессионалов и любителей. Здесь важнее интуиция и мгновенная реакция на события. В этом жанре съёмки  (как и в любом другом) важно получать удовольствие от съёмочного процесса. Для этого необходимо всегда иметь при себе отзывчивый фотоаппарат, который обеспечивает изображение высокого качества. GR стремится оставаться на вершине среди других компактных фотоаппаратов.

Почему для GRIII выбрано фиксированное фокусное расстояние 28 мм?

Мы считаем угол обзора, соответствующий фокусному расстоянию 28 мм, идеальным для съёмки в толпе или на улице. Он создаёт перспективу, позволяющую выделить главный объект на фоне остальных. Такой угол обзора очень хорошо подходит для съёмки компактной карманной камерой.

Оставаясь верными фикс-объективу, мы выигрываем в качестве оптики. Иногда это приводит к тому, что фотографу необходимо подойти к объекту поближе, но это тоже один из аспектов уличной фотографии. Чтобы получить задуманный кадр, зачастую фотографу нужна решительность. Порой это означает подойти к объекту вплотную, а иногда, наоборот, увеличить дистанцию. Правильно принятое решение и вовремя нажатая кнопка и есть вся суть фотографии.

Почему для GRIIIx выбрано фиксированное фокусное расстояние 40 мм?

Потрясающий объектив GR IIIx с фокусным расстоянием 26.1мм (40 мм в эквиваленте 35мм) максимально приближен к естественному углу обзора человеческого глаза, и в зависимости от творческой задачи фотограф может добиться совершенно различных художественных эффектов. От съемки кадров, близких к полуширокому углу 30мм (архитектура, пейзажи, репортаж) до совершенно иного взгляда на мир, характерного для 50мм объективов (портрет, предметная съемка). 

Что такое мобильность?

Готовность нажать на кнопку спуска в правильный момент зависит ещё и от возможности не задумываться над каждым отдельным шагом.

В камерах GR мы продумали многое для удобства фотографа и экономии времени на технических деталях: компактность карманной камеры, которая всегда под рукой, интуитивно понятные органы управления, возможность контроля настроек всего одной рукой, отзывчивость при включении, высокая скорость фокусировки и достаточно долгая жизнь заряда батареи.

Мы сводим к минимуму задержку оперативности на любом этапе в процессе съёмки. GR готова выхватить решающий момент, когда бы он ни произошёл. Только представьте, сколько удачных кадров можно снять с камерой, где скорость съёмки идёт в тандеме с исключительным качеством изображения.

Что такое фотоаппарат?

Идеальный фотоаппарат работает в согласии с фотографом, понимает его с полуслова и отвечает взаимностью. В случае с фотоаппаратом это означает отзывчивость, быстродействие, комфортный хват, удобное расположение кнопок для интуитивной навигации и широкие возможности персональных настроек под любой стиль съёмки. Когда фотоаппарат моментально отзывается на импульс фотографа, управление камерой вместо стресса начинает доставлять удовольствие.

Чем лучше вы изучите все тонкости/разберётесь в тонкостях работы фотоаппарата, тем лучше сможете настроить его работу под себя/свой стиль съёмки. Это нельзя прочесть на бумаге, это можно только почувствовать. И тогда ваш энтузиазм для выхода на улицу в поисках кадра будет не остановить. И тогда, возможно, эта камера станет для вас близким другом. GR пробуждает чувства, которые невозможно прописать в технических характеристиках и инструкции.

Что такое дизайн?

Идеальный дизайн фотоаппарата должен быть неброским и ненавязчивым. Хороший дизайн отражает суть камеры и ценности его владельца. GR отбрасывает всё наносное, сохраняя строгие линии и функциональность. Многим кажется, что дизайн фотоаппаратов GR практически не меняется. Это не случайность, но и не совсем верное утверждение. Дизайн GR эволюционирует в соответствии с нашим видением идеального дизайна компактного фотоаппарата. Надеемся, что камера останется вашим надёжным партнёром надолго.

Что такое эмоции?

Технологии нас вдохновляют, но технологии не заставят сердце биться чаще. Мы вкладываем в создание фотоаппаратов GR всю силу своей любви к фотографии. Это важно для создания любого продукта. В идею GR заложена не только сила современных технологий и бюджет на рекламу, но и наша вера в то, что лучший компактный фотоаппарат должен быть именно таким. Осознание того, что качественный компактный фотоаппарат заряжает энергией для съёмки всё больше людей, даёт нам силы решить любые технологические задачи и сделать GR ещё лучше

Сложно найти более культовую компактную камеру, чем Ricoh GR. Лаконичный дизайн и невероятная эргономика с первых камер и по сей день.

Историю создания GR можно назвать революционной.

Не обращая внимания на удобный зум-объектив, в GR продолжили использовать широкоугольный объектив с фиксированным фокусным расстоянием. На фоне всплеска новых продуктов камера почти не изменилась внешне, но стала более зрелой. Язык дизайна GR остается неизменным при смене модели. Частично это связано с тем, что GR — это полная противоположность трендам и моде.

Основа идей GR – отзывы пользователей, влюблённых в фотографию. История GR — это след взаимодействия между создателями GR и фотографами. Это путь, по которому идут инженеры с целью создания универсальной ценности, которая раскрывает сущность GR.

Так почему же главные слова, которыми описывают GR – это «легенда» и «традиции»?

Поиск ответа на этот вопрос возвращает нас на 10 лет назад.

Ricoh зарекомендовала себя как надёжный производитель фотоаппаратов ещё в довоенное время. Как вы понимаете, в тот период всё началось с производства плёночных фотоаппаратов. После войны заметно выросла популярность любительской фотографии, и Ricoh вышла на рынок с лидером на тот момент “Ricoh Flex III” (1950). Последующие модели фотоаппаратов Ricoh ждал такой же успех. В 1996 году Ricoh анонсировала новый продукт – компактную камеру Ricoh GR, которая, несмотря на скромные размеры, делала кадры высокого качества, сравнимые с уровнем зеркальных фотоаппаратов.

Через год GR получила награду как лучший компактный фотоаппарат года. В тот период самые крупные производители бились над созданием лучшей компактной камеры современности. Среди них были Ricoh, Contax, Minolta и Nikon.

Именно Ricoh удалось создать фотоаппарат, который стал в некотором смысле культовой для своей эпохи.

GR1

Создание GR1 было огромным скачком к пониманию, каким же должен быть компактный фотоаппарат. Объектив с фокусным расстоянием 28 мм и диафрагмой f/2.8, отображением настроек и количества кадров на дисплее, автофокусом по нескольким объектам и скоростью срабатывания затвора 1/500. И всё это в корпусе из магния весом всего 175 грамм. Так родилась концепция фотоаппарата с первоклассной оптикой, который легко убирается в карман и всегда под рукой, если появился отличный сюжет для фотографии.

С появлением на рынке GR1 многие фотографы поняли, что благодаря этой мощной малышке им не придётся теперь терять инnересные кадры, где бы они ни находились. Репутация GR1 распространялась быстрее ветра.

Объектив GR1 состоял из 7 диафрагменных лепестков Он обеспечивает широкий обзор с фокусным расстоянием 28 мм, диафрагма открывается до f/2.8. Этот объектив создаёт яркое и резкое изображение по всей поверхности кадра, даже по периметру. Высокое качество оптики превосходит многие объективы зеркальных фотоаппаратов. Камера создана для плёнки 35 мм, и имеет толщину корпуса 26,5 мм. Эта невероятная миниатюрность породила немало разговоров о GR1 как о самой необычной камере своего времени. В какой-то момент GR1 стала синонимом компактного фотоаппарата премиум-класса. Несмотря на то, что GR1 позиционировалась как дополнительная камера в пару к основной зеркальной, многие фотографы стали её использовать как главную и единственную камеру, всегда указывая при публикации «Снято на GR1». В итоге GR превратилась в отдельный бренд.

Известный репортажный фотограф Филип Джонс Гриффитс, который освещал войну во Вьетнаме и в течение 5 лет был главой агентства Магнум, тоже снимал на GR1.

GR1s

В 1997 году появилась новая GR1s. Отличия от предшественницы были настолько минимальные, что не каждый их заметил. Объектив приобрёл улучшенное просветление и резьбу для присоединения фирменных фильтров Ricoh. Появилась подсветка дисплея, что было действительно важно для фотографов. Всё остальное сохранилось неизменным, так как это было лучшим решением – тот же объектив, тот же корпус, та же плавность линий.

GR1v

Так в чём же разница между GR1s и GR1v, если они выглядят одинаково? Это только кажется, а на деле это разные камеры. GR1v заметно вырос по сравнению с старшим братом. Самое важное – возможность ручного ввода чувствительности фотоплёнки.

Также появилась возможность предустановки ручной фокусировки. Сейчас в камере доступны следующие расстояния предустановленного фокуса: 1м, 2м, 3м, 5м и бесконечность. Это дарит больше лёгкости и скорости для уличной фотографии. И ещё одно важное дополнение: возможность установки автоматического брекетинга по экспозиции, что порадовало многих фотографов.

Выдающийся японский стрит-фотограф Дайдо Морияма часто снимал этой камерой.

GR21

Это финальная реинкарнация плёночной линейки GR. GR21 заметно выделялся среди других фотоаппаратов. Это первая компактная камера в мире с широкоугольным объективом 21 мм. Объектив с асферической линзой, фокусным расстоянием 21 мм и диафрагмой f/3.5 оказался настолько хорош, что его продолжили выпускать с байонетом М. Этот фотоаппарат можно узнать издалека, потому что объектив не задвигался в камеру при её выключении. В него включены все передовые разработки за многолетнюю историю компании.

Размер GR21 был чуть больше GR1, но всё-таки это был удобный карманный фотоаппарат.

GR21 был выпущен ограниченной серией около 4000 экземпляров.

Обычно, перед выходом каждой новой камеры поклонники GR мучаются в предвкушении. Особенно это коснулось 2005 года, когда появился первый цифровой фотоаппарат GR DIGITAL. Восторгам фанатов стрит-фотографии не было предела.

GR Digital

Впервые камеру показали на выставке Photokina 2004, а в продажу она поступила 21 октября 2005.

Это первый цифровой фотоаппарат Ricoh GR, преемник философии компактных плёночных фотоаппаратов GR.

Одним из отличий GR Digital от других камер на рынке был отказ от зум-объектива. Выбор пал на несменный объектив с фокусным расстоянием 5,9 мм, что соответствовало углу обзора 28 мм в полнокадровом эквиваленте.

По словам Акихиро Йошида из команды разработчиков GR Digital: «Мы делали всё, что в наших силах. Думаю, мы добились успеха, создав камеру с невероятным качеством изображения». Такое потрясающее качество фотографий по сравнению с другими компактными камерами было достигнуто благодаря совместной работе над объективом и процессором камеры. Недостаточно только поставить качественную оптику, если процессор не способен обеспечить обработку и сохранение высокого качества изображения.»

«В плёночном фотоаппарате свет, проходящий через объектив, оставляет отпечаток на плёнке. Основной сложностью при производстве плёночных фотоаппаратов было создание объектива, обеспечивающего пропуск максимально возможного количества света и корректную проекцию на плёнку. В цифровых фотоаппаратах свет попадает на матрицу и сохраняется на карту памяти в электронном виде. Высокое качество изображения получится достичь только при соблюдении баланса высочайшей технологии производства и объектива, и процессора обработки изображения», – добавляет Икуя Цурукава из команды разработки объективов.

Линейку GR Digital продолжили камеры GR Digital II, Ricoh GR Digital III, Ricoh GR Digital IV и Ricoh GR.

«Смотри во все глаза. Потому что GR – это твои новые глаза. Прямо сейчас мы являемся свидетелями исторического процесса эволюции технологий».

Ricoh GR

Ricoh GR отличается от предшественников установкой APS-C сенсора с сохранением компактности камеры. В выключенном состоянии, когда объектив убран в корпус камеры, это одна из самых тонких и миниатюрных камер в своём классе. Первые пользователи Ricoh GR были восхищены её компактностью, качеством оптики и удобством органов управления.

Необычное нововведение – встроенный ND-фильтр. Значение выдержки зависело от диафрагмы. К примеру, выдержка 1/4000 секунды была доступна только при значении диафрагмы менее f/5.6.

Как правило, фотоаппараты серии Ricoh GR сравнивают с Nikon Coolpix A, Fujifilm X70 и другими компактными фотоаппаратами с большой матрицей и объективом с фиксированным фокусным расстоянием 28 мм.

GR II

Это усовершенствованный последователь уже полюбившейся фотографам Ricoh GR. Формула создания потрясающего качества изображения осталась неизменной: объектив с фокусным расстоянием 18.3 мм (эквивалентным углу обзора 28 мм на полном кадре) и диафрагмой f/2.8, а в компактном корпусе прячется 16-мегапиксельная матрица формата APS-C.

GR III

Первые анонсы о разработке камеры появились в сентябре 2018 года, а уже в марте 2019 она уже появился на полках магазинов.

Если GR II была практически продолжением Ricoh GR с небольшими отличиями, то GR III была результатом более длительных разработок, поэтому и изменения претерпела довольно значительные. В первую очередь это касается новой матрицы и усовершенствованной оптики. Камера обрела более компактный корпус, в том числе благодаря отказу от встроенной вспышки.

GR IIIx

RICOH GRIIIx разработана как ответ на многочисленные запросы фанатов линейки. Новинка дарит поклонникам GR III возможность художественно осваивать стрит-фотографию с новой перспективы. Потрясающий объектив GR IIIx с фокусным расстоянием 26.1мм (40 мм в эквиваленте 35мм) максимально приближен к естественному углу обзора человеческого глаза, и в зависимости от творческой задачи фотограф может добиться совершенно различных художественных эффектов. 

Выдающийся японский фотограф Дайдо Морияма говорит о Ricoh GR так:

«GR была для меня любимой камерой ещё со времён плёночной эры и первой плёночной GR. Мне не пришлось привыкать к новой GR III, она сразу стала для меня родной. Когда я снимаю с фокусным расстоянием 28 мм, мгновенно переношусь в старые добрые времена. С GR я фотографирую от всего сердца. Для стрит-фотографии мне нужен лёгкий и компактный фотоаппарат, я осознал это ещё в юности. Мне нравится скорость фокусировки GR III – она ещё быстрее, чем я ожидал. Это отлично подходит для уличной съёмки, где люди постоянно в движении. Мне даже не пришлось менять многие настройки – резкость и насыщенность оттенков идеальны для моей стрит-фотографии».

Основные типы микропроцессоров: разновидности, архитектура/структура, 8-16-32 разрядные

Основные типы микропроцессоров

Выпускаемые различными производи­телями процессоры делятся на отдельные типы в соответствии с используемыми классификационными признаками. Одним из важнейших признаков помимо вида архитектуры является функциональное назначение. По этому признаку, микро­процессоры разбивают на два больших класса:

  • процессоры общего назначения, или универсальные микропроцессоры;
  • специализированные процессоры, среди которых наиболее широкое распро­странение получили микроконтроллеры, цифровые сигнальные процессоры и медийные процессоры. Рассмотрим особенности этих процессоров.

Микропроцессоры общего назначения

Этот класс процессоров предназ­начен для решения широкого круга задач обработки разнообразной информации и находит применение в персональных компьютерах, рабочих станциях, серверах и других цифровых системах массового применения. К универсальным процессо­рам относят 32–разрядные микропроцессоры (хотя некоторые микропроцессоры этого класса имеют 64–разрядную или 128–разрядную структуру), которые изго­тавливаются по самой современной промышленной технологии, обеспечивающей максимальную частоту функционирования.

Большинство типов микропроцессоров этого класса имеют CISC–архитектуру, поскольку используют набор разноформатных команд с различными способами адресации.

В их внутренней структуре может содержаться RISC–ядро, выполня­ющее преобразование поступивших команд в   оследовательность простых RISC–операций. Некоторые типы микропроцессоров этого класса непосредственно реализует RISC–архитектуру.

В ряде последних разработок (Itanium РА8500) успешно используются прин­ципы VLIW–архитектуры.

Практически все современные универсальные микропроцессоры используют гарвардскую архитектуру с разделением потоков команд и данных при помощи отдельных блоков внутренней кэш–памяти. В большинстве случаев они имеют су­перскалярную структуру (несколько операционных устройств, осуществляющих одновременную обработку данных) с несколькими исполнительными конвейера­ми (до 10 в современных моделях), каждый из которых содержит до 20 ступеней.

Микроконтроллеры. Этот класс специализированных микропроцессоров ориентирован на применение в качестве устройств или систем управления, встраиваемых в разнообразную (в том числе и бытовую) аппаратуру. Номенкла­тура выпускаемых микроконтроллеров исчисляется несколькими тысячами типов, а общий годовой объем их выпуска составляет миллиарды экземпляров.

Особенностью микроконтроллеров является размещение на одном кристалле, помимо центрального процессора, внутренней памяти и большого набора пери­ферийных устройств.

В состав периферийных устройств обычно входят от одного до восьми 8–раз­рядных параллельных портов ввода–вывода данных, один или два последователь­ных порта, таймерный блок, аналого–цифровой преобразователь, а также такие специализированные устройства, как блок формирования сигналов с широтно–импульсной модуляцией, контроллер жидкокристаллического дисплея и ряд других. Благодаря использованию внутренней памяти и периферийных устройств реализуемые на базе микроконтроллеров системы управления содержат мини­мальное количество дополнительных компонентов.

Для удовлетворения запросов потребителей выпускается большая номенкла­тура микроконтроллеров, которые принято подразделять на 8–, 16– и 32–разрядные.

8–разрядные микроконтроллеры

8–разрядные микроконтроллеры являются наиболее простыми и де­шевыми изделиями этого класса, ориентированными на использование в относи­тельно несложных устройствах массового выпуска. Микроконтроллеры этой груп­пы обычно выполняют относительно небольшой набор команд (50–100), исполь­зующих наиболее простые способы адресации. Основными областями их приме­нения являются промышленная автоматика, автомобильная электроника, измерительная техника, теле–, видео– и аудиотехника, средства связи, бытовая аппаратура.

Для 8–разрядных микроконтроллеров характерна гарвардская архитектура:

  • с отдельной внутренней памятью для хранения программ, в качестве которой используются масочно–программируемые ПЗУ (ROM), однократно програм­мируемое ПЗУ (PROM) или электрически репрограммируемое ПЗУ (EPROM, EEPROM или Flash) с объемом от нескольких единиц до десятков килобайт;
  • с отдельной внутренней памятью для хранения данных, в качестве которой используется регистровый блок, организованный в виде нескольких регист­ровых банков, или ОЗУ. Ее объем составляет от нескольких десятков байт до нескольких килобайт.

В случае необходимости имеется возможность дополнительно подключать внешнюю память команд и данных объемом до 64–256 Кбайт и более.

Для повышения производительности во многих моделях 8–разрядных микро­контроллеров реализованы принципы RISC–архитектуры, обеспечивающие вы­полнение большинства команд за один такт машинного времени.

16–разрядные микроконтроллеры

16–разрядные микроконтроллеры помимо повышенной разрядности обрабатываемых данных характеризуются:

  • более высокой производительностью;
  • расширенной системой команд и способов адресации;
  • увеличенным набором регистров и объемом адресуемой памяти;
  • возможностью расширения объема памяти программ и данных до нескольких мегабайт путем подключения внешних микросхем памяти;
  • программной совместимостью с 8–разрядными микроконтроллерами и други­ми возможностями.

Основные области применения — сложная промышленная автоматика, теле­коммуникационная аппаратура, медицинская и измерительная техника.

32–разрядные микроконтроллеры

32–разрядные микроконтроллеры ориентированы на применение в системах управления сложными объектами промышленной автоматики (сред­ствами комплексной автоматизации производства, робототехнические устрой­ствами, двигателями и др.), в контрольно–измерительной аппаратуре, телеком­муникационном оборудовании и других сложных устройствах. 32–разрядные микроконтроллеры содержат:

  • высокопроизводительный CISC– или RISC–процессор, соответствующий по своим возможностям младшим моделям микропроцессоров общего назначе­ния. Например, в микроконтроллерах компании Intel используется процессор i386, а в микроконтроллерах компании Motorola — процессор 680×0. Введе­ние этих процессоров в состав микроконтроллеров позволяет использовать в соответствующих системах управления огромный объем прикладного и си­стемного программного обеспечения, созданный ранее для соответствующих персональных компьютеров. Некоторые типы микроконтроллеров содержат несколько исполнительных конвейеров, образующих суперскалярную структуру;
  • внутреннюю память команд емкостью до десятков килобайт и память данных емкостью до нескольких килобайт;
  • средства для подключения внешней памяти объемом до 16 Мбайт и выше;
  • набор сложных периферийных устройств — таймерный процессор, коммуни­кационный процессор, модуль последовательного обмена и ряд других. Во внутренней структуре этих микроконтроллеров реализуется принстонская или гарвардская архитектура.

Цифровые сигнальные процессоры

Этот класс специализированных мик­ропроцессоров предназначен для цифровой обработки поступающих аналоговых сигналов в реальном времени. Архитектура цифровых сигнальных процессоров (ЦСП) ориентирована на быстрое выполнение последовательности операций ум­ножения–сложения с накоплением промежуточного результата в регистре–аккуму­ляторе, что обусловлено особенностью алгоритмов обработки аналоговых сигна­лов. Поэтому набор команд этих процессоров содержит специальные команды MAC (Multiplication with Accumulation — умножение с накоплением), реализующие эти операции.

Значение оцифрованного аналогового сигнала может быть представлено в виде числа с фиксированной или с плавающей точкой. В соответствии с этим ЦСП де­лятся на два класса:

  • на процессоры, обрабатывающие числа с фиксированной точкой. К этому классу относятся более простые и дешевые ЦСП, которые обычно обрабатывают 16– или 24–разрядные операнды, представленные в виде правильной дроби. Однако ограниченная разрядность в ряде случаев не позволяет обес­печить необходимую точность результатов;
  • на процессоры, обрабатывающие числа с плавающей точкой. Процессоры этого класса проводят вычисления над 32– и 40–разрядными операндами и обеспечивают более высокую точность результатов.

Для повышения производительности при выполнении специфических опера­ций обработки сигналов в большинстве ЦСП реализуется гарвардская архитекту­ра с использованием отдельных шин для передачи адресов, команд и данных. В ряде ЦСП нашли применение также некоторые черты

VLIW–архитектуры, для ко­торой характерно совмещение в одной команде нескольких операций. Такое со­вмещение обеспечивает обработку имеющихся данных и одновременную загруз­ку в исполнительный конвейер новых данных для последующей обработки.

Медийные процессоры

Этот тип процессоров предназначен для обработки аудио–сигналов, графики, видеоизображений, а также для решения ряда комму­никационных задач в мультимедиа–компьютерах, игровых приставках, бытовых приборах и др.

Аппаратную поддержку операций с новыми типами данных, характерными для обработки видео– и звуковой информации обеспечивают универсальные процес­соры с мультимедийным расширением набора команд: Pentium ММХ, UltraSPARC, Cyrix 6х86МХ (М2), AMD–K6 и др. Однако, когда мультимедийные операции до­минируют над традиционными числовыми операциями, больший эффект дает ис­пользование мультимедийных микропроцессоров. Их архитектура представляет собой некоторый гибрид архитектурных решений сигнальных и универсальных процессоров. Производством медиа–процессоров заняты компании MicroUnity (процессор Mediaprocessor), Philips (TriMedia), Chromatic Research (Mpact Media Engine) и др.

Структура и режимы работы микропроцессорной системы

Микропроцес­сор в совокупности с модулями ввода и вывода информации, интерфейса и памя­ти образует простейшую микропроцессорную систему. Среди микропроцессор­ных систем важное место занимают системы общего назначения, которые пред­назначены для решения широкого круга различных задач по обработка информа­ции в цифровой форме согласно заданной программе.

Основные функции микропроцессорной системы сводятся к приему данных (информации) от внешнего устройства, их обработке с помощью микропроцессо­ра и выдаче результата обработки на внешнее устройство.

Рассмотрим в общих чертах особенности работы простейшей микропроцес­сорной системы (рис. 2.1.3), состоящей из центрального процессора, памяти и подсистемы ввода/вывода.

Подлежащая исполнению программа загружается в (оперативную) память. В процессе ее исполнения центральный процессор выдает на шину адреса адрес ячейки памяти, в которой хранится очередная команда, а на шину управления — сигнал, обеспечивающий ее чтение из памяти. Запрошенная команда по шине данных поступает в центральный процессор. Микропроцессор после расшифров­ки кода команды приступает к ее выполнению, если данные, над которыми долж­ны быть выполнены действия, находятся в регистрах центрального процессора. В противном случае на шину адреса выставляется адрес ячейки памяти, на шину управления — сигнал чтения памяти, и только после получения требуемых данных команда будет исполнена. Затем центральный процессор приступает к обработке следующей команды, и процесс повторяется.

Для обмена данными между центральным процессором и внешними устрой­ствами в подсистеме ввода/вывода предусмотрен контроллер обмена.

При программном обмене в контроллер обмена от центрального процессора, поступает информация о режиме обмена, содержащая код порта (регистра), на­правление обмена (от центрального процессора к внешнему устройству или от внешнего устройства к центральному процессору), число передаваемых бит, слу­жебные символы и другие данные.

Непосредственный обмен данными происходит под действием сигналов управ­ления, поступающих в контроллер обмена от центрального процессора и внешне­го устройства.

При обмене по инициативе внешнего устройства микропроцессор переводит­ся в состояние прерывания. Для этого внешнее устройство посылает в централь­ный процессор сигнал запроса на прерывание. В состоянии прерывания цент­ральный процессор прекращает выполнение основной программы и приступает к исполнению команд прерывающей программы, которая хранится в (оператив­ной) памяти и обеспечивает обмен данными, требуемый внешнему устройству. По окончании прерывающей программы центральный процессор возвращается к выполнению основной программы.

Описанные способы обеспечивают низкую скорость обмена.

Для увеличения скорости обмена используется режим прямого доступа к памяти, который реали­зуется с помощью контроллера прямого доступа к памяти. Этот режим иницииру­ется сигналом запроса на захват шин. После получения сигнала запроса цент­ральный процессор пересылает по шине данных в контроллер прямого доступа информацию, необходимую для управления обменом (адрес ячейки памяти, в ко­торой размещается первый байт записываемых или считываемых данных, общее число передаваемых байт, направление передачи и др.), и отключается от шины данных и шины адреса, предоставляя их контроллеру для организации обмена.

Обмен данными между внешним устройством и памятью осуществляется через контроллер. В процессе обмена контроллер прямого доступа к памяти выдает ад­реса ячеек памяти в шину адреса и сигналы чтения (записи) в шину управления. По завершении обмена центральный процессор получает сигнал от контроллера и переходит к выполнению основной программы.

Что такое микропроцессор и как он работает?

Что такое микропроцессор и что вам нужно знать


В наши дни почти каждый использует компьютер, будь то дома или на работе. На самом деле редко можно встретить человека, у которого нет доступа к компьютеру. Мы сильно зависим от компьютеров, особенно в деловом мире. Тем не менее, мало кто действительно понимает, как работают компьютеры. Как компьютер может выполнять команды, которые вы вводите? Ответ на этот вопрос дает микропроцессор компьютера.Конечно, знание этого мало что объясняет. Мы расскажем вам, что такое микропроцессор, как он работает и многое другое.


Что такое микропроцессор?

Микропроцессор — это центральный блок компьютерной системы, выполняющий арифметические и логические операции, которые обычно включают сложение, вычитание, перенос чисел из одной области в другую и сравнение двух чисел. Его часто называют просто процессором, центральным процессором или логическим чипом.По сути, это двигатель или мозг компьютера, который приходит в движение при включении компьютера. Это программируемое многоцелевое устройство, которое объединяет функции ЦП (центрального процессора) в одной ИС (интегральной схеме).


Как работает микропроцессор?

Микропроцессор принимает двоичные данные в качестве входных данных, обрабатывает эти данные, а затем выдает выходные данные на основе инструкций, хранящихся в памяти. Для обработки данных используются АЛУ (арифметико-логическое устройство) микропроцессора, блок управления и массив регистров.Массив регистров обрабатывает данные через ряд регистров, которые действуют как временные ячейки памяти с быстрым доступом. Поток инструкций и данных через систему управляется блоком управления.


Преимущества микропроцессора

Но компьютерные системы — не единственные устройства, использующие микропроцессоры. В наши дни все, от смартфонов до бытовой техники и автомобилей, использует микропроцессоры. Вот несколько причин, почему микропроцессоры так широко используются:


  • Они стоят недорого — Благодаря использованию технологии ИС производство микропроцессоров не требует больших затрат.Это означает, что использование микропроцессоров может значительно снизить стоимость системы, в которой они используются.
  • Они быстрые — Технология, используемая для производства современных микропроцессоров, позволяет им работать на невероятно высоких скоростях — сегодняшние микропроцессоры могут выполнять миллионы инструкций в секунду.
  • Они потребляют мало энергии — Потребляемая мощность намного ниже, чем у других типов процессоров, поскольку микропроцессоры изготавливаются с использованием технологии оксидов металлов и полупроводников.Это делает устройства, оснащенные микропроцессорами, намного более энергоэффективными.
  • Они портативны. . Благодаря небольшим размерам микропроцессоров и тому, что они не потребляют много энергии, устройства, использующие микропроцессоры, могут быть портативными (например, смартфоны).
  • Они надежны — Поскольку при производстве микропроцессоров используется полупроводниковая технология, частота их отказов чрезвычайно низка.
  • Они универсальны — Один и тот же микропроцессорный чип можно использовать для множества приложений, пока меняется программа, что делает его невероятно универсальным.

Общие термины

Когда дело доходит до обсуждения микропроцессоров, их функций и многого другого, вы, вероятно, столкнетесь с рядом терминов, с которыми, возможно, не знакомы. Ниже приведены некоторые общие термины, относящиеся к микропроцессорам:


Длина слова

Длина слова относится к количеству битов во внутренней шине данных процессора или количеству битов, которое процессор может обработать в любой момент времени. Например, 8-битный процессор будет иметь 8-битные регистры, 8-битную шину данных и одновременно выполнять 8-битную обработку.


Набор инструкций

Набор инструкций — это последовательность команд, которые может понять микропроцессор. По сути, это интерфейс между оборудованием и программным обеспечением.


Кэш-память

Кэш-память используется для хранения данных или инструкций, на которые программное обеспечение или программа часто ссылаются во время работы. По сути, это помогает увеличить общую скорость операции, позволяя процессору получать доступ к данным быстрее, чем из обычной оперативной памяти.


Тактовая частота

Тактовая частота — это скорость, с которой микропроцессор может выполнять инструкции. Обычно он измеряется в герцах и выражается в единицах измерения, таких как МГц (мегагерцы) и ГГц (гигагерцы).


Автобус

Шина — это термин, используемый для описания набора проводников, которые передают данные или эту адресную или управляющую информацию к различным элементам микропроцессора. Большинство микропроцессоров состоят из трех различных шин, включая шину данных, шину адреса и шину управления.


Категории микропроцессоров

Микропроцессоры можно разделить на следующие категории:


На основе длины слова

Микропроцессоры могут быть основаны на количестве битов внутренней шины данных процессора или количестве битов, которые он может обрабатывать за раз (которое известно как длина слова). В зависимости от длины слова микропроцессор можно разделить на 8-битный, 16-битный, 32-битный и 64-битный.


Компьютер с сокращенным набором команд (RISC)

Микропроцессоры

RISC имеют более широкое применение, чем те, которые имеют более конкретный набор инструкций.Для выполнения инструкций в процессоре требуется специальная схема для загрузки и обработки данных. Поскольку в микропроцессорах RISC меньше инструкций, у них более простые схемы, а значит, они работают быстрее. Кроме того, микропроцессоры RISC имеют больше регистров, используют больше оперативной памяти и используют фиксированное количество тактов для выполнения одной инструкции.


Комплексный компьютерный набор инструкций

Микропроцессоры

CISC противоположны микропроцессорам RISC. Их цель — сократить количество инструкций для каждой программы.Количество циклов на инструкцию игнорируется. Поскольку сложные инструкции выполняются непосредственно аппаратно, микропроцессоры CISC сложнее и медленнее. Микропроцессоры CISC используют мало оперативной памяти, имеют больше транзисторов, меньше регистров, имеют большое количество тактов для каждой инструкции и имеют различные режимы адресации.


Процессоры специального назначения

Некоторые микропроцессоры предназначены для выполнения определенных функций. Например, сопроцессоры используются в сочетании с основным процессором, а транспьютер — это транзисторный компьютер: микропроцессор, имеющий собственную локальную память.


Микропроцессор стал поворотным моментом в современной вычислительной технике

Раньше процессоры

были огромными. Только в 1960-х годах дизайнеры пытались интегрировать функции центрального процессора в микропроцессорные блоки. Именно успешное развитие микропроцессора привело к созданию домашнего компьютера. Микропроцессоры общего назначения — это то, что позволяет использовать наши компьютеры для редактирования текста, отображения мультимедиа, вычислений и связи через Интернет. Из-за того, насколько они быстрые, маленькие и энергоэффективные, они стали неотъемлемой частью разработки повседневных технологий, включая бытовую технику, смартфоны и многое другое.Поскольку микропроцессор в корне изменил мир, стоит разобраться, что это такое и как оно работает!

Насколько вы уверены, что ваш бизнес работает с использованием самых современных технологий? Пройдите наш тест сегодня!

Микропроцессоры – обзор | ScienceDirect Topics

3.3.1 Обзор

Помимо эволюции микропроцессоров и автомобильной микроэлектроники, важно улучшить возможности подключения встроенных модулей и интегрированную архитектуру автомобильных вычислительных платформ.Многоядерные процессоры, специально разработанные для автомобильных приложений в режиме реального времени, а также отказоустойчивый процесс объединения данных между модулями и модели принятия решений для интерпретации результатов гарантируют работоспособность и полноценную работу автомобильных систем в любых условиях.

Комбинация многоядерного процессора реального времени, специально разработанного для автомобильной отрасли (например, в отношении энергопотребления, возможностей логического вывода, скорости и т. д.), с процессорами и ускорителями HPC общего назначения позволит разработать мощные средства объединения данных. платформы, которые могут поддерживать любой автомобильный сценарий будущего.Эта встроенная платформа высокопроизводительных вычислений (eHPC) станет основой для большего количества приложений, требующих безопасности, надежности и высокой производительности, а автомобильный пример станет эталоном для других областей, включая промышленность, медицину и машиностроение (Bello, Mariani, Мубин и Сапонара, 2018 г.).

В автомобильном сценарии необходимо рассмотреть различные альтернативы. Альтернатива должна сочетать использование многоядерной архитектуры с ускорителями и процессорами HPC, предлагать быстрое взаимодействие между ними и адаптировать существующие модели, алгоритмы и программные архитектуры к этой распределенной среде обработки.Новая среда позволяет реализовать различные сценарии автомобильных приложений в распределенной встроенной и внешней вычислительной среде (например, управление информацией о дорожном движении может осуществляться за пределами платы, тогда как бортовые модули, принимающие решения о маршрутизации в реальном времени, могут использовать преимущества вне бортовой среды). результаты бортовой обработки и текущие условия от бортовых датчиков). Среди требований для эффективного взаимодействия между встроенными и внутренними автономными компонентами будет установление безопасной и надежной связи, управление и проверка идентичности устройств, а также конфиденциальность поставщиков данных в коллективных сценариях (например,g., в приложениях для отчетности и управления трафиком). Это подразумевает необходимость совместного проектирования и разработки аппаратного и программного обеспечения, а также внедрение механизмов и процессов безопасности и защиты в автомобильную платформу eHPC.

В соответствии со стандартом функциональной безопасности автомобилей (ISO 26262) определены различные уровни полноты безопасности автомобилей (ASIL) от A до D, что является высшей степенью защиты от опасностей. На уровне ASIL-B проверка целостности основана на некоторых механизмах безопасности [ECC в памяти, четность в кэшах, CRC в сети на кристалле (NoC)], которые оценивают правильную работу процессоров.На уровне ASIL-D целостность процессоров в основном проверяется путем выполнения избыточных вычислений. Результаты этих вычислений сравниваются с ожидаемыми результатами для проверки целостности, и сравнения выполняются безопасным микроконтроллером, предназначенным для этой задачи (Bello et al., 2018). Безопасный микроконтроллер следит за вычислениями и отвечает за доверие к результатам.

В результате видение автомобильной платформы следующего поколения предполагает сочетание основной автомобильной SoC, высокопроизводительного процессора общего назначения и нескольких подключенных ускорителей, которые способны контролировать весь процесс восприятия AD-системы.Основная SoC будет действовать как безопасные микроконтроллеры, которые взаимодействуют с внутренним процессором транспортного средства, что обеспечивает среду выполнения, совместимую с Classic AUTOSAR (архитектура AUTomotive Open System AR). Два или более «безопасных обработчика чисел» будут применять параллельные вычисления и получать прямой доступ к данным датчиков через Ethernet (камера, лидар) или LVDS (камера, радар). Таким образом, основная цель состоит в том, чтобы улучшить архитектуру процессора общего назначения и ускорителя EPI, в частности, иерархию памяти, NoC и вычислительные ресурсы, чтобы удовлетворить требования высокоинтегрированных и высокопроизводительных исполнительных разделов, обеспечивая при этом свободу помех между этими перегородками в соответствии с требованиями стандарта функциональной безопасности ISO 26262.Другими ключевыми задачами являются консолидация «высокопроизводительной» программной среды, совместимой с адаптивным AUTOSAR, чтобы стала возможной интеграция программных сред обработки датчиков, объединения данных и глубокого машинного обучения.

Преобразование Intel и будущее производства микросхем

САН-ФРАНЦИСКО

W ХЕН САТЬЯ НАДЕЛЛА занял пост босса Microsoft в 2014 году он начал с открытия Windows. В отличие от своих предшественников, которые держали жемчужину в короне софтверного гиганта герметично изолированной от внешнего мира, он выставил операционную систему ( OS ) на ветер конкуренции.Другие программы фирмы, которые раньше работали почти исключительно на Windows, теперь могут работать на других OS , включая Linux, конкурента с «открытым исходным кодом», который Microsoft ранее называла «раком». Этот маневр расширил рынок программного обеспечения Microsoft и улучшил Windows, заставив ее конкурировать с конкурирующими ОС на более равных условиях. В процессе это встряхнуло культуру Microsoft, помогло избавиться от репутации неприятного монополиста и проложило путь к ошеломляющему возрождению, в результате которого рыночная стоимость компании превысила 2 триллиона долларов.

Послушайте эту историю

Ваш браузер не поддерживает элемент

Наслаждайтесь большим количеством аудио и подкастов на iOS или Android.

Теперь другая половина когда-то всемогущей схемы «Винтел», в соответствии с которой ПК работали на программном обеспечении Windows и чипах производства Intel, хочет распахнуть окна. Американский полупроводниковый гигант долгое время охранял свой основной бизнес по производству микросхем так же ревностно, как Microsoft охраняла свою ОС . После многих лет задержек с выпуском продукции, неуместных ставок на технологии и смены руководства компания готова выйти на свежий воздух.«Наши процессы, наше производство, наша интеллектуальная собственность через наши литейные услуги [производство процессоров для других производителей микросхем]: все теперь будет доступно миру», — заявляет Пэт Гелсингер (на фото), новый руководитель Intel.

В случае успеха стратегия г-на Гелсингера может изменить к лучшему отрасль с оборотом 600 миллиардов долларов, лежащую в основе быстро оцифровывающейся мировой экономики. Неудача может в краткосрочной перспективе усугубить нехватку микросхем, которая усложняет жизнь производителям всего, от автомобилей до центров обработки данных.В долгосрочной перспективе это может привести к дальнейшей концентрации и без того уютного рынка чипов, когда Intel все больше будет затмеваться конкурентами. И это может укрепить доминирование Азии в отрасли, создавая всевозможные геополитические осложнения.

Хотя Microsoft и Intel находятся в разных частях вселенной технологий, раньше они были структурными близнецами. Точно так же, как Windows и Office, пакет бизнес-приложений Microsoft, были разработаны, чтобы лучше всего работать друг с другом, Intel разрабатывает свои собственные микропроцессоры и производит их на «фабриках», оптимизированных для этой цели.По мере того, как технологическая индустрия росла, становилась более разнообразной и более связанной с сетью, эта некогда доминирующая модель «производителя интегрированных устройств» ( IDM ) утратила популярность (точно так же, как вертикальная интеграция стала обузой для Microsoft, в то время как другие технологические «экосистемы» вырвались наружу). вверх). Как и в случае со старой Microsoft, высокомерие и замкнутость Intel отпугивали других производителей микросхем от работы с ней, например, путем объединения конструкций микросхем. Вместо этого они прокладывали собственные борозды, все больше сосредотачиваясь либо на разработке чипов (например, AMD , Arm, Nvidia и Qualcomm), либо на их производстве (в частности, Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, TSMC ).

Intel удалось оставаться закрытой дольше, чем Microsoft, благодаря буму облачных вычислений, который повысил спрос на дорогие высокопроизводительные процессоры для серверов в центрах обработки данных, где сейчас доминирует ее так называемая архитектура X 86. Они принесли треть общего дохода Intel в размере 78 млрд долларов в 2020 году и большую часть чистой прибыли в размере 21 млрд долларов. Однако теперь компания перегружена открытыми системами, такими как у Arm, чьи чертежи используются в большинстве смартфонов в мире (рынок, который Intel упустила) и начинают появляться в центрах обработки данных — и который в прошлом году был приобретен Nvidia за 40 миллиардов долларов (хотя злоумышленники еще могут сорвать сделку).В то же время TSMC воспользовалась технологическими и управленческими ошибками Intel, чтобы продвинуться вперед как в передовых технологиях, так и в объеме производства. И , и TSMC , и Nvidia теперь стоят более чем в два раза дороже, чем Intel (см. диаграмму), несмотря на более низкие доходы и прибыль.

Входит г-н Гелсингер, который в феврале стал третьим генеральным директором Intel за столько же лет. Он был техническим директором фирмы до 2009 года, когда его выгнали. Этот опыт — плюс то, что он называет десятилетним «отпуском из индустрии микросхем» в качестве босса VM ware, производителя программного обеспечения, — позволили ему встряхнуть ситуацию за несколько недель.Вместо того, чтобы разделить Intel на литейный завод и разработчика чипов, как хотели некоторые активные инвесторы, его стратегия « IDM 2.0» удваивает интеграцию. Г-н Гелсингер видит в этом конкурентное преимущество Intel. И независимому литейному подразделению будет сложно конкурировать с TSMC , утверждает Пьер Феррагу из New Street Research, который считает, что производственные затраты Intel на 70% выше, чем у тайваньской фирмы.

Вместо этого Intel выбирает своего рода виртуальную развязку.Он будет больше использовать внешние литейные производства, в том числе TSMC , чтобы сократить расходы, а также получить выгоду от передовых производственных процессов TSMC . В июле г-н Гелсингер заявил, что его компания намерена догнать TSMC и южнокорейскую Samsung в своих возможностях создавать топовые чипы. Его амбициозный план состоит в том, чтобы выпускать по крайней мере один новый высокопроизводительный процессор в год, каждый с меньшими транзисторами и более быстрой схемой. К 2025 году Intel снова намерена быть впереди всех, создавая конструкции, которые больше не измеряются в нанометрах, а в ангстремах, следующей наименьшей метрической единице измерения, равной одной десятимиллиардной части метра.

В то же время компания предложит эту производственную магию другим, перезапустив собственный литейный бизнес. В отличие от своей более ранней версии, которая была создана в 2012 году, но так и не заработала, Intel Foundry Services ( IFS ) будет иметь собственный отчет о прибылях и убытках, а вскоре по крайней мере два совершенно новых завода, которые Intel будет построен в Аризоне общей стоимостью 20 миллиардов долларов.

Г-н Гелсингер сейчас отправляется в мировое турне, чтобы объяснить и продвинуть свою новую стратегию, например, на торговой выставке в Мюнхене 7 сентября, где он объявил, что Intel построит два новых завода в Европе.Ему потребуются все его завидные коммуникативные навыки (еще одна вещь, которую он разделяет с г-ном Наделлой), чтобы убедить инвесторов. После скачка в начале этого года цена акций Intel упала примерно до уровня, который был до объявления о его назначении. Мистер Гелсингер кажется неустрашимым. По его словам, инвесторы задают два вопроса, и оба они справедливы: сможет ли Intel успешно реализовать эту стратегию? И когда это отразится в доходах? «Я OK с этим».

Ответы будут частично зависеть от того, сможет ли Intel изменить свое отношение.Это означает возрождение того, что г-н Гелсингер называет «культурой Гровиана», отсылая к Энди Гроуву, легендарному соучредителю фирмы, наиболее известному своей мантрой о том, что «выживают только параноики». Это также влечет за собой избавление от замкнутости. «Моей команде нужно тренировать другой набор мышц, — объясняет Энн Келлехер, главный технолог Intel. Среди прочего, по ее словам, она должна научиться работать с внешними клиентами и использовать инструменты, созданные где-то еще.

В поисках своей старой рощи

Однако прежде всего успех будет зависеть от безупречного исполнения.Передовое производство чипов включает в себя около 700 этапов обработки и множество наноскопических слоев, напечатанных и протравленных друг над другом. Вдобавок к сложности, Intel, наконец, полностью внедрила «экстремальную ультрафиолетовую литографию» (которую уже успешно используют , TSMC и другие). Объявление компании в конце июня о том, что она отложит производство серверных процессоров следующего поколения на несколько месяцев, намекает на сложность задачи.

IFS тоже сталкивается с проблемами.Большинство аналитиков согласны с г-ном Феррагу в том, что литейный бизнес не может конкурировать с TSMC . Дело не только в затратах, размерах и технологическом отставании. Intel также должна убедить клиентов в том, что она может преодолеть встроенный конфликт интересов, пытаясь быть одновременно и IDM , и литейным заводом, отмечает Вилли Ших из Гарвардской школы бизнеса. В случае нехватки полупроводников в будущем компании, возможно, придется решить, выделять ли мощности для своих собственных процессоров или выполнять контракты, заключенные с клиентами-производителями.

Тем не менее Intel надеется, что сможет занять большую и прибыльную нишу для своего литейного производства. Говорят, что он заинтересован в его усилении, купив GlobalFoundries, выделенную из драмов в 2009 году и теперь принадлежащую эмиратскому фонду национального благосостояния, примерно за 25 миллиардов долларов. Хотя переговоры зашли в тупик, а GlobalFoundries подала заявку на размещение акций в августе, они могут быть возобновлены, как только небольшая фирма оценит интерес других инвесторов и, следовательно, ее возможную цену.

С GlobalFoundries или без нее Intel обещает новый дух открытости.Он больше не будет заставлять клиентов использовать собственные инструменты при разработке своих чипов. Что еще более важно, он предоставит им доступ к своим конструкциям микросхем и технологии, разработанной для «упаковки» полупроводников в микросхемы, которые в конечном итоге используются в электронных устройствах. Крупные поставщики облачных услуг, такие как Amazon Web Services ( AWS ), смогут взять дизайн серверного процессора Intel, оптимизировать его для своих центров обработки данных и объединить с другими проектами на одном чипе.

Похоже, интерес к смешиванию и сочетанию растет, говорит Линли Гвеннап из консалтинговой компании Linley Group. AWS и Qualcomm станут одними из первых клиентов IFS . Есть также заинтересованность в том, чтобы сделать это внутри страны. Американские политики указывают на нынешнюю нехватку чипов, вызванную пандемией, и на потенциальные угрозы со стороны Китая, особенно для Тайваня, как на причины для беспокойства по поводу того, что большинство чипов производится в Азии. Ожидается, что вскоре Конгресс одобрит пакет субсидий в размере 52 миллиардов долларов. У Евросоюза еще более амбициозные планы.

Строительство новых заводов в Азии будет на 30-40% дешевле, признает г-н Гелсингер, «но поощрительные доллары позволяют мне инвестировать больше и работать быстрее» дома.Это привлекает клиентов, которые особенно щепетильны в вопросах безопасности. Министерство обороны США недавно решило использовать американское литейное производство Intel. Действительно, привлечение государственных денег может быть основным смыслом существования литейного завода, отмечает Стейси Расгон из Bernstein, брокер. Но опора на государственную поддержку рискует свести на нет те самые конкурентные преимущества, которые г-н Гелсингер надеется усилить. И как умопомрачительно сложному аппаратному бизнесу Intel может оказаться труднее измениться, чем Microsoft, которая выиграла от более быстрых изменений, характерных для индустрии программного обеспечения.

Поэтому ставки высоки — и не только для Intel. Если компания продолжит терять свое преимущество, результатом почти наверняка станет дальнейшая консолидация. Сегодняшняя горстка крупных производителей чипов может в конечном итоге превратиться в дуополию. Даже если выживет больше, большинство фабрик, вероятно, будут базироваться в Азии (хотя TSMC планирует построить одну в Аризоне). По оценке г-на Гелсингера, около 80% мировых мощностей по производству полупроводников уже существуют; На Америку приходится 15%, а на Европу — остальное.

Западные правительства не единственные, кто должен обратить внимание на судьбу первого хода г-на Гелсингера. Так же должны поступать и современные технологические титаны. Как и Microsoft до нее, Intel попала в беду в основном из-за чрезмерной защиты своих драгоценностей. Другие могут решить, что лучший способ избежать таких проблем — открыться заблаговременно. Apple могла бы быть менее строгим распорядителем своего App Store; Facebook может заставить свою социальную сеть работать лучше, чем у конкурентов; и Google может дать производителям телефонов больше свободы для работы со своим мобильным Android OS .Это могло бы облегчить беспокойство борцов за доверие и сделать акционеров счастливее. ■

Для получения более подробной экспертной информации о крупнейших событиях в области экономики, бизнеса и рынков подпишитесь на Money Talks, наш еженедельный информационный бюллетень.

Эта статья появилась в разделе «Бизнес» печатного издания под заголовком «Вступительный гамбит Гельсингера»

Введение в полупроводники | AMD

Полупроводники: мозг современной электроники

Когда мы нажимаем, прокручиваем, печатаем или разговариваем с электронным устройством, мы ожидаем мгновенного ответа, соответствующего нашим инструкциям.Но что такое поиск, количественная оценка, оптимизация и получение желаемых результатов? В большинстве случаев это полупроводник.

Термин «полупроводник» относится к важнейшему компоненту миллионов электронных устройств, используемых в образовании, исследованиях, связи, здравоохранении, транспорте, энергетике и других отраслях. Современные персональные компьютеры, смартфоны, автомобили, серверы центров обработки данных и игровые консоли используют полупроводники как для основных операций, так и для расширенных возможностей. Например, когда мы используем наши ноутбуки, чтобы забронировать отпуск, найти рекомендацию ресторана, посмотреть фильм в потоковом режиме или получить доступ к электронной почте, полупроводниковый центральный процессор (ЦП) ноутбука и графический процессор (ГП) реализуют вычислительные функции, которые мгновенно отвечают на вопросы. в ответы.

Что такое полупроводник?

Интегральные схемы (ИС), изготовленные из полупроводникового материала (например, кремния), являются неотъемлемой частью современных электронных устройств в коммерческих и потребительских отраслях. Эти схемы должны иметь возможность вести себя как электрически управляемый выключатель (транзистор) для выполнения основных логических вычислений в компьютере. Чтобы достичь этой почти мгновенной способности переключения, схемы должны быть изготовлены из полупроводникового материала — вещества с электрическим сопротивлением между сопротивлением проводника и изолятора.

Процесс производства полупроводниковых устройств требует выполнения нескольких этапов на специализированных предприятиях, известных как литейные заводы или фабрики. Чтобы разрабатывать, проектировать, производить, выпускать и обслуживать одно семейство полупроводниковых продуктов, требуются годы отраслевого опыта и исследований. Типичная полупроводниковая компания должна одновременно работать над несколькими семействами продуктов на разных этапах жизненного цикла. После выпуска некоторые контракты с клиентами могут требовать, чтобы поставщик продолжал поставлять этот продукт в течение примерно десяти лет.

Добро пожаловать в раздел высокопроизводительных процессоров и графики AMD

Местоположение/регион — Выберите -Единый StatesCanadaAfghanistanAland IslandsAlbaniaAlgeriaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBolivia, многонациональное государство ofBonaire, Синт-Эстатиус и SabaBosnia и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Индийский океан TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral африканских RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Килинг) IslandsColombiaComorosCongoCongo, Демократическая Республика theCook IslandsCosta RicaCote d’IvoireCroatiaCubaCuraçaoCyprusCzech RepublicDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEstoniaEthiopiaFalkland острова (Мальвинские острова)Фарерские островаФиджиФинляндияФранцияФранцузская ГвианаФранцузская ПолинезияФранцузские южные территорииГабонГамбияГрузияГерманияГанаГибралтарГрецияГренландияГренадаГваделупаГватемалаГернсиГвинеяГвинея-БисауГайанаХайт Остров iHeard и McDonald IslandsHoly Престол (Ватикан) HondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIran, Исламская Республика ofIraqIrelandIsle из ManIsraelItalyJamaicaJapanJerseyJordanKazakhstanKenyaKiribatiKorea, Корейская Народно-Демократическая Республика ofKorea, Республика ofKuwaitKyrgyzstanLao Народная Демократическая RepublicLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyan Arab JamahiriyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacaoMacedonia, бывшая югославская Республика ofMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesia, Федеративные Штаты OfMoldova, Республика ofMonacoMongoliaMontenegroMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNepalNetherlandsNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorwayOmanPakistanPalestinian край, ОккупированныеПанамаПапуа-Новая ГвинеяПарагвайПеруФилиппиныПиткэрнПольшаПортугалияКатарРеюньонРумынияРоссийская ФедерацияРуандаСен-БартельмиСент-Хелена, Вознесение и Тристан-да-КуньяСент-Китс и НевисСент-ЛюсияСент-Мартин (франц. часть) Сен-Пьер и MiquelonSaint Винсент и GrenadinesSamoaSan MarinoSao Том и PrincipeSaudi ArabiaSenegalSerbiaSeychellesSierra LeoneSingaporeSint Маартны (Голландская часть) SlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSouth Джорджия и Южные Сандвичевы IslandsSouth SudanSpainSri LankaSudanSurinameSvalbard и Ян MayenSwazilandSwedenSwitzerlandSyrian Arab RepublicTaiwanTajikistanTanzania, Объединенная Республика ofThailandTimor-LesteTogoTokelauTongaTrinidad и TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks и Кайкос IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited арабского EmiratesUnited КоролевствоУругвайУзбекистанВануатуВенесуэла, Боливарианская РеспубликаВьетнамВиргинские острова, БританскиеУоллис и ФутунаЗападная СахараЙеменЗамбияЗимбабве

Сколько нм в процессоре?

Когда вы идете на рынок, чтобы купить ноутбук или телефон, продавцы объяснят вам различные особенности этих электронных устройств.Возможно, вы слышали, что у него размер процессора 7 нм или размер процессора 10 нм от них. Это отличный процессор; он потребляет меньше энергии, батарея держится дольше, а процессор быстрее того и этого. Затем в голове проносятся какие-то мысли, например, Уфф, что за хак «нм». Эта статья поможет вам понять, что означает nm в процессоре.

Что такое nm в процессоре?

нм означает нанометры. нм — это единица измерения длины в метрической системе, такая же, как метры, сантиметры, с и т. д.Он используется для выражения размеров в атомном масштабе. С технической точки зрения он обозначается как «процессный узел » и «технологический узел ». Вы будете ясны со следующим сравнением метрик, если вы не можете сравнить или получить значение.

1 км = 1000 м
1 м = 100 см
1 см = 10000000 морских миль = 1e+7 морских миль

Итак,
1 нм = 0,00000001 см = одна миллиардная часть метра.

Таким образом, 1 нм очень мал, и мы не можем измерить его в повседневной жизни.Он используется в компании, которая использует нанометровую технологию для измерения более мелких элементов, например, для измерения расстояния между соседними транзисторами в конструкции процессора, размера транзисторов, используемых в наших телефонах, ноутбуках, планшетах и ​​т. д.

Многие компании-производители чипсетов, такие как TSMC, Samsung, Intel и т. д. используют нанометры в качестве единиц измерения в производственных процессах. Это говорит о том, как упакованы транзисторы внутри процессора.

 Количество транзисторов, используемых в электронных устройствах, зависит от их назначения.

Почему малый размер процессора лучше?

Процессоры состоят из миллиардов транзисторов и размещены на одном кристалле. Чем меньше расстояние между транзисторами в процессоре (в нм), тем больше транзисторов может поместиться на заданном пространстве. В результате расстояние, которое проходят электроны для совершения полезной работы, уменьшается. В конечном итоге это приводит к более высокой вычислительной мощности, меньшему энергопотреблению и тепловыделению, меньшему выделению тепла вокруг платы, меньшему размеру кристалла, что в конечном итоге снижает затраты и увеличивает плотность транзисторов того же размера, что приводит к большему количеству ядер на чип.Intel в настоящее время использует 10-нм или 14-нм технологию, а TSMC использует 7-нм технологию. Это литография процессора.

Обычно у 7-нм процессора TSMC компактнее нет. транзистора в заданном пространстве, поэтому они рассеивают меньше тепла, потребляют меньше энергии, имеют более высокую вычислительную мощность, чем 14-нм процессоры TSMC. Это только один из факторов, определяющих лучшие телефоны и ноутбуки. Существуют также другие факторы, такие как объем ОЗУ, графического блока, жесткого диска и т. д.

Существуют различные преимущества использования литографического процессора с меньшим числом нм, некоторые из них объясняются точечно:

1 Более быстрый транзистор: сток транзистора будет меньше в более низком процессоре
нм, а расстояние между транзисторами уменьшается, поэтому электричество, или мы можем сказать, что электрон должен пройти меньшее расстояние для выполнения задачи.

2 Транзисторы с меньшей мощностью: В процессорах с меньшим числом нм транзисторы могут переключать состояние (вкл./выкл.) с меньшей мощностью. Процесс с более низким нм будет более электрически эффективным. В более низком процессоре

Более высокая плотность транзисторов : Имея меньшие размеры транзисторов и расстояния между транзисторами, вы можете разместить больше транзисторов в заданной области. Возьмите двухпроцессорный процессор с одинаковым размером кристалла, и пусть, скажем, один из них использует производственный процесс с меньшей стоимостью, чем другой, тогда как процессор с меньшим производственным процессом поместит в него больше транзисторов.

4 Меньшее тепловыделение  

Таким образом, чем меньше нанометровое значение, тем лучше процессор.

Закон о размере процессора | Закон Мура

Закон Мура — это просто наблюдение или предсказуемый анализ, данный Гордоном Муром в 1965 году, согласно которому количество транзисторов, используемых в кремниевой микросхеме, удваивается каждые два года. Таким образом, мы можем ожидать, что возможности и скорость наших электронных устройств будут увеличиваться каждые пару лет.

Согласно другому постулату закона Мура, развитие микропроцессора экспоненциально.Это кажется почти следующим, как показано ниже.

Теперь поговорим о 14-нм, 10-нм, 7-нм и других технологиях.

Эти нм являются нанометровыми значениями, и обратите внимание, что не существует универсального стандарта для расчета нанометрового значения. Разные производители процессоров вычисляют его по-разному. Итак, 10-нм TSMC не эквивалентен 10-нм Intel и 10-нм Samsung.

Поскольку они различаются от компании к компании, в наши дни нм в процессоре просто становятся маркетинговым номером.

Итак, обратите внимание, что мы сравниваем эти нм технологии на основе одной компании-производителя процессора, скажем: Intel

Размер процессора 14 нм
  • Intel использует 14-нм процессор в августе 2014 года.
  • чем процессор Intel 22nm.
  • 14-нм процессор более энергоэффективен, чем 22-нм процессор Intel.
  • 14-нм процессор выделяет меньше тепла, чем 22-нм процессор Intel.
  • 14-нм процессор имеет большую плотность, чем 22-нм процессор Intel.
  • Расчетная плотность транзисторов 14-нанометрового техпроцесса Intel составляет 44,67 МТП/мм², в то время как у 22-нанометрового процессора раньше было 16,5 МТП/мм².
Размер процессора 10 нм
  • Intel использует процессор 10 нм в 2018 году.
  • 10-нм процессор быстрее, чем 14-нм процессор.
  • 10-нм процессор Intel более энергоэффективен, чем Intel14-нм процессор.
  • 10-нм процессор Intel имеет большую плотность, чем 14-нм процессор Intel.
  • Плотность 10-нанометровых процессоров Intel составляет около 100 МТр/мм² (Cannon Lake)
  • Intel 10-нм техпроцессов мало используется в массовом производстве.
  • 10-нм процессор Intel используется в процессорах Core i3-8121U, Ice Lake Mobile Chips
  • Intel, Samsung и TSMC являются ведущими компаниями, производящими 10-нм процессоры.
Размер процессора 7 нм

В настоящее время у Intel нет процессора размером 7 нм. Говорят, что к 2023 году появится 7-нм процессор Intel.

  • Массовое производство 7-нанометровых процессоров начнется в 2018 году на заводах TSMC.
  • 7-нм процессор AMD более энергоэффективен и имеет большую плотность, чем 10-нм процессор AMD. 7-нм процессор AMD
  • используется в процессорах AMD Ryzen 7 3800X, AMD Ryzen 7 4700G, AMD Ryzen 7 PRO 5750G, AMD Ryzen 7 5750G
    AMD Ryzen 7 5800G (во втором квартале 2021 г.).
  • Двумя основными брендами в производстве 7-нм процессоров в настоящее время являются TSMC и Samsung.
Размер процессора 5 нм

Литографический процесс 5 нанометров (5 нм) — это полупроводниковый процесс для производства узлов после узла 7 нм. Его производственный процесс начнется примерно в 2020 году. Процессоров Intel с 5-нм техпроцессом не существует. Первый 5-нанометровый технологический процесс включает FinFET-транзисторы с нанометровым шагом ребер в 20-х нм и самым плотным металлическим шагом в 30-х нм.

  • Intel планирует разработать 5-нанометровый процессор.
  • TSMC и Samsung разрабатывают 5-нм процесс в 2020 году.
  • Все они используют литографический процесс EUV (экстремальная ультрафиолетовая литография).
  • TSMC, Intel, Samsung 7-нанометровая пластина Тип: Массовая
  • TSMC, Intel, Samsung 7-нанометровая пластина Размер пластины: 300 нм
Размер процессора 3 нм

производство узлов после узла техпроцесса 5 нм.Его коммерческое массовое производство начнется примерно в 2023 году.

2-нм техпроцесс

IBM недавно объявила о первом в мире 2-нм техпроцессе. По их словам, они обеспечивают на 45% более высокую производительность и на 75% меньшее энергопотребление, чем современные 7-нм техпроцессы.

Вывод:

Текущий нм процесс использует электроны через кремниевые пути в транзисторе для передачи информации. Следующей эволюцией чипа может стать фотоника , в которой внутри электронов, путешествующих по кремниевым путям, крошечный пакет света (фотонов) будет двигаться и увеличивать скорость с меньшим энергопотреблением.Ученые работают над этим. Надеюсь, это будущее.

Часто задаваемые вопросы:

Можем ли мы получить 1-нм процессор?

Ответ: Проводится много исследований и разработок. Команда Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли создала функциональный затвор транзистора длиной 1 нанометр, который, по утверждению лаборатории, является самым маленьким рабочим транзистором из когда-либо созданных. Они утверждают, что, переключившись с кремния на MoS2, мы можем создать транзистор с затвором размером всего 1 нанометр и использовать его в качестве переключателя. (источник).

Если 1-нм транзисторы возможны, то почему 10- и 7-нм техпроцессы только приближаются?

Ответ: Все возможное нежизнеспособно.1-нм процессоры могут быть дороже, чем 7-нм и 10-нм процессоры. Кроме того, допустимость незначительных дефектов для 1-нм процессоров может быть ниже, чем для 7-нм и 10-нм процессоров. Также могут потребоваться обширные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы для снижения затрат и снижения толерантности.

В чем основная проблема создания транзисторов меньшего размера?

Ответ: Для создания транзистора меньшего размера потребуются гораздо более дорогие фабрики, затраты на НИОКР и т. д.

 

Ссылка:

1) techcenturion.com

2) semiengineering.com

3) wikipedia

 

 

IBM представляет первую в мире 2-нанометровую технологию микросхем, открывая новые горизонты для полупроводников

Новый чип, обеспечивающий значительный скачок в производительности и энергоэффективности

6 мая 2021 г.

ОЛБАНИ, Нью-Йорк, 6 мая 2021 г. /PRNewswire/ — IBM (NYSE: IBM) сегодня объявила о прорыве в разработке и производстве полупроводников, разработав первый в мире чип с технологией нанолистов размером 2 нанометра (нм).Полупроводники играют решающую роль во всем: от вычислений до бытовой техники, устройств связи, транспортных систем и критической инфраструктуры.

«Инновация IBM, отраженная в этом новом 2-нм чипе, имеет важное значение для всей полупроводниковой и ИТ-индустрии».

Спрос на повышенную производительность чипов и энергоэффективность продолжает расти, особенно в эпоху гибридных облаков, искусственного интеллекта и Интернета вещей. Новая 2-нанометровая технология чипов IBM помогает продвигать современное состояние полупроводниковой промышленности, отвечая на этот растущий спрос.По прогнозам, его производительность будет на 45 % выше, а энергопотребление — на 75 % ниже, чем у самых передовых на сегодняшний день 7-нм узловых чипов и .

Потенциальные преимущества этих передовых 2-нанометровых чипов могут включать:

  • Четырехкратное увеличение срока службы батареи сотового телефона , пользователям требуется заряжать свои устройства только каждые четыре дня ii .
  • Сокращение углеродного следа центров обработки данных, на долю которых приходится один процент глобального энергопотребления iii .Замена всех их серверов на 2-нанометровые процессоры потенциально может значительно сократить это число.
  • Значительное ускорение работы ноутбука, , начиная от более быстрой обработки в приложениях и заканчивая упрощением языкового перевода и более быстрым доступом в Интернет.
  • Способствует более быстрому обнаружению объектов и времени реакции в автономных транспортных средствах, таких как беспилотные автомобили.

«Инновация IBM, отраженная в этом новом 2-нм чипе, имеет важное значение для всей полупроводниковой и ИТ-индустрии, — сказал Дарио Хиль, старший вице-президент и директор IBM Research.«Это продукт подхода IBM к решению сложных технологических задач и демонстрация того, как прорывы могут быть результатом устойчивых инвестиций и совместного экосистемного подхода к исследованиям и разработкам».

IBM в авангарде полупроводниковых инноваций
Этот последний прорыв основывается на десятилетиях лидерства IBM в области полупроводниковых инноваций. Усилия компании по разработке полупроводников сосредоточены в ее исследовательской лаборатории, расположенной в комплексе Albany Nanotech в Олбани, штат Нью-Йорк, где ученые IBM работают в тесном сотрудничестве с партнерами из государственного и частного секторов, чтобы расширить границы логического масштабирования и возможностей полупроводников.

Этот совместный подход к инновациям превращает IBM Research Albany в ведущую мировую экосистему для исследований в области полупроводников и создает мощный поток инноваций, помогая удовлетворять производственные потребности и ускорять рост мировой индустрии микросхем.

Наследие IBM в области полупроводниковых достижений также включает в себя первую реализацию 7-нм и 5-нм техпроцессов, одноячеечную DRAM, законы масштабирования Деннарда, фоторезисты с химическим усилением, медные межсоединения, технологию «кремний на изоляторе», многоядерные микропроцессоры, вентили High-k. диэлектрики, встроенная DRAM и трехмерное стекирование микросхем.Первое коммерческое предложение IBM, включающее достижения IBM Research 7 нм, дебютирует в конце этого года в IBM Power Systems на базе IBM POWER10.

50 миллиардов транзисторов на чипе размером с ноготь
Увеличение количества транзисторов на чип может сделать их меньше, быстрее, надежнее и эффективнее. 2-нм техпроцесс демонстрирует расширенное масштабирование полупроводников с использованием технологии нанолистов IBM. Его архитектура является первой в отрасли. Разработанный менее чем через четыре года после того, как IBM объявила о своем знаковом 5-нм дизайне, этот последний прорыв позволит 2-нм чипу разместить до 50 миллиардов транзисторов на чипе размером с ноготь.

Больше транзисторов на кристалле также означает, что разработчики процессоров имеют больше возможностей для внедрения инноваций на уровне ядра для улучшения возможностей передовых рабочих нагрузок, таких как искусственный интеллект и облачные вычисления, а также новые пути для аппаратной безопасности и шифрования. IBM уже внедряет другие инновационные усовершенствования на уровне ядра в последние поколения оборудования IBM, такие как IBM POWER10 и IBM z15.

О IBM
IBM является ведущим мировым поставщиком гибридных облачных сред и ИИ, а также бизнес-услуг, помогая клиентам в более чем 175 странах извлекать выгоду из своих данных, оптимизировать бизнес-процессы, сокращать расходы и добиваться конкурентного преимущества в своих отраслях.Почти 3000 государственных и корпоративных организаций в критически важных областях инфраструктуры, таких как финансовые услуги, телекоммуникации и здравоохранение, полагаются на гибридную облачную платформу IBM и Red Hat OpenShift для быстрого, эффективного и безопасного осуществления своих цифровых преобразований. Прорывные инновации IBM в области искусственного интеллекта, квантовых вычислений, отраслевых облачных решений и бизнес-услуг предоставляют нашим клиентам открытые и гибкие возможности. Все это подкреплено легендарным стремлением IBM к доверию, прозрачности, ответственности, инклюзивности и обслуживанию.

Для получения дополнительной информации посетите сайт www.ibm.com

Контакты для СМИ
Бетани Хилл Маккарти, [email protected]
IBM Research

Сэм Понедал, [email protected]
Когнитивные системы IBM

i На основе прогнозируемой дорожной карты масштабирования отраслевого стандарта
ii На основе текущей статистики использования сотовых телефонов на базе 7 нм
iii https://science.sciencemag.org/content/367/6481/984

 

ИСТОЧНИК IBM

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *