Опишите технологию производства процессоров: Производство процессоров - от песка до компьютера

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:

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.
Центрифуга для нанесения резиста (расположение — шкафы 1.1) — 1–2 комплекта
Температурная камера для сушки/задубливания резиста с поддержанием стабильной температуры до 160 (250) град Цельсия (расположение — шкафы 1. 1) — 1–2 комплекта
Установка для проявки резиста при стабилизированной температуре (температура от -20 до +200 град Цельсия).
Печка для дегидратации подложек
Скрайбер. Рекомендуется также отдельный вытяжной шкаф (приток снизу, вытяжка сверху)
Ультразвуковая ванна для очистки подложек в ацетоне
Система плазменного травления (кислородная плазма)
Оптический прямой микроскоп — контроль качества
Оптический прямой микроскоп с возможностью измерения толщин пленок
Оптический стереомикроскоп
Стилусный профилометр
Система плазмохимического травления полупроводников RIE/ICP (например, хлор-содержащая плазма)
Система плазмохимического травления диэлектрических покрытий RIE (например, фтор-содержащая плазма, аргон-содержащая плазма)
Система PECVD нанесения диэлектрических покрытий
Вакуумный напылитель/электронно-лучевой испаритель
Система для бондинга
Термоавтоэмиссионный растровый электронный микроскоп — контроль качества
(Либо двухлучевая рабочая станция FIB-SEM)
Отдельный вытяжной шкаф для хранения реагентов (резисты, проявители и т. д.)
Холодильник для хранения реагентов — 1–2 комплекта
Система травления в плавиковой кислоте
Комплект лабораторной мебели
Сушильный шкаф для пробирок
Азотный шкаф для хранения образцов/подложек.

Доморощенный кремний. Сможет ли Россия обойтись без импортных микрочипов

https://ria.ru/20220421/mikrochipy-1784536026.html

Доморощенный кремний. Сможет ли Россия обойтись без импортных микрочипов

Доморощенный кремний. Сможет ли Россия обойтись без импортных микрочипов — РИА Новости, 21.04.2022

Доморощенный кремний. Сможет ли Россия обойтись без импортных микрочипов

Из-за западных санкций российская микроэлектронная отрасль в тяжелой ситуации: ведущие производители прекратили поставки комплектующих и оборудования, неясна… РИА Новости, 21.04.2022

2022-04-21T08:00

2022-04-21T17:33

наука

технологии

процессоры

samsung electronics

мисис

импортозамещение

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21. img.ria.ru/images/07e4/09/0d/1577158170_0:160:3072:1888_1920x0_80_0_0_04dcc60cfea441a0e16aacbc7f1aaca7.jpg

МОСКВА, 21 апр — РИА Новости, Владислав Стрекопытов. Из-за западных санкций российская микроэлектронная отрасль в тяжелой ситуации: ведущие производители прекратили поставки комплектующих и оборудования, неясна перспектива и с импортом готовой продукции. О том, реально ли справиться самостоятельно, — в материале РИА Новости.»Кровь глобальной экономики»Советский Союз был одним из лидеров в микроэлектронике. Технологический уровень позволял делать не только лучшие в мире ракеты, самолеты, подводные лодки, но и бытовые электронные приборы. В 1974-м появился первый микропроцессор, в 1979-м ― микроЭВМ, в 1985-м ― персональный компьютер «Электроника-85». Но в 1990-е эта отрасль в стране пришла в упадок, а мировые технологии, наоборот, шагнули далеко вперед. К началу 2000-х сформировался глобальный рынок с оборотом в сотни миллиардов долларов.Сейчас полупроводники называют «кровью глобальной экономики». Созданные на их основе микросхемы — чипы — важнейшие элементы любого электронного устройства. Изготовление материалов современного уровня настолько сложный и затратный процесс, что ни одно государство, включая США и Китай, не в состоянии локализовать у себя производство полного цикла.В мире сложилось международное разделение труда — своего рода экосистема, в которую входят сотни поставщиков из разных стран. Многие предприятия занимают монопольную позицию. Так, практически все производители интегральных микросхем покупают фотолитографические установки у голландской компании ASML. Серьезный сбой в цепи вызвала недавняя остановка из-за ужесточения экологических требований завода компании 3М в Бельгии: он обеспечивал до 80 процентов мировой потребности в охлаждающей жидкости для травления кремниевых пластин.Несомненных лидеров в производстве конечной продукции — микросхем и процессоров — в мире тоже всего три: тайваньская TSMC, корейская Samsung Electronics и американская Intel.»Создание чипов с разрешением 9-15 нанометров обеспечивается ресурсами и разработками практически всего мира. Для этого нужны инертные газы сверхвысокой степени очистки, монокристаллический кремний, соответствующие лазерные источники и технологии высокоточного позиционирования, оборудование для технического контроля и многое другое, — рассказывает доцент кафедры автоматики и телемеханики Пермского Политеха (ПНИПУ), кандидат технических наук Игорь Безукладников. — Ни у одной страны нет всего необходимого. Хотя чисто теоретически, если не брать во внимание экономическую составляющую, организовать полный цикл производства чипов в отдельно взятом государстве технически возможно, но не за короткий срок».Ближе всего к решению этой задачи подошел Китай, который еще 20 лет назад взял курс на импортозамещение в сфере микроэлектроники. Сегодня китайская фабрика SMIC, несмотря на огромные инвестиции, дошла только до технологического уровня 14 нанометров, которого ведущие производители достигли в 2015-м. Для сравнения: тайваньской TSMC, основанной в 1987-м, потребовалось 30 лет, чтобы догнать лидеров. Сейчас компания владеет технологиями производства микросхем с нормами от 90 до пяти нанометров. Параметры в нанометрах — условный технологический показатель. Чем меньше его значение, тем компактнее и производительнее микросхема и тем больше функций она может выполнять.Отечественный потенциалИз советского наследия в области микроэлектроники потеряно не все. В России действует производство микросхем с проектными нормами 90 нанометров, есть разработки для 65 нанометров. Если говорить о потребительской электронике, то это уровень процессоров 2005-2008 годов. Такие чипы не подходят для современных смартфонов и персональных компьютеров, но их вполне достаточно для бытовой техники, автомобилей, силовых установок, промышленного оборудования, а также для решения большинства прикладных вопросов в оборонной и космической отраслях.В 1992-м на базе Института точной механики и вычислительной техники создали «Московский центр SPARC-технологий» (МЦСТ). Он работает до сих пор: проектирует универсальные микропроцессоры, используемые в российских компьютерах «Эльбрус», вычислительные комплексы и операционные системы. Еще один лидер российской микроэлектроники, «Байкал Электроникс», разрабатывает процессоры Baikal и программное обеспечение к ним.Теперь из-за санкций у обеих компаний проблемы с поставками чипов. Производство полупроводниковых пластин уровня 90 и 65 нанометров организовали на заводах «Микрон» и «Ангстрем» в Зеленограде, но пластины по норме 28 нанометров и выше заказывали на Тайване у фирмы TSMC. Теперь канал закрыт. Кроме того, действует прямой запрет на поставку в Россию и оборудования для создания микросхем.»Ведущие российские предприятия освоили и умело эксплуатируют зарубежные технологические линейки, выпуская качественную продукцию, в том числе микропроцессоры, — отмечает профессор кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников НИТУ «МИСиС», доктор технических наук Петр Лагов. — Проблема в том, что зарубежные компании не продают свои новейшие разработки, то, что у нас вводят в эксплуатацию, как правило, на два-три поколения отстает от ведущих иностранных образцов. А отечественное оборудование уже лет тридцать вообще не производят».По мнению ученого, для возрождения микроэлектроники в России необходимо действовать сразу в нескольких направлениях. В первую очередь создать собственные средства производства.»Сейчас открываются огромные перспективы в области точного микроэлектронного машиностроения. Его надо постепенно восстанавливать, начиная с относительно простых вещей и вплоть до передовых литографических комплексов на базе жесткого ультрафиолетового и, возможно, рентгеновского излучения, а также оборудования ионного легирования в широком диапазоне энергий», — отмечает Петр Лагов.Еще одно направление — организация производства качественных полупроводниковых пластин для микросхем. В России уже делают кремниевые, правда, пока в небольших количествах и только диаметром 200 миллиметров. А для современных чипов нужно 300.»Основная задача — в их прецизионной механической обработке: резке, шлифовке и полировке, — продолжает профессор. — Для пластин до 150 миллиметров есть закупленное раньше импортное оборудование, для тех, что больше двухсот, — нет». Еще одна проблема — высокочистый монокристаллический кремний, сырье для производства пластин.»Мы умеем хорошо выращивать кремний для солнечной энергетики. Если поставят конкретные задачи и выделят финансирование, получим и электронный», — уверен руководитель направления ОКБ «Астрон», эксперт Комиссии по научно-техническому развитию при правительстве России Аркадий Наумов.Две стратегии: догонять или углублятьОднако исполнительный директор Ассоциации разработчиков и производителей электроники (АРПЭ) Иван Покровский считает, что «импортозаместить» кремний, как и прочие элементы производства, в обозримом будущем невозможно. Это потребует времени и серьезных затрат. Вместо стратегии догоняющего развития, которую выбрал Китай, он предлагает российским производителям искать собственную нишу.»Китай воспользовался трендом глобализации и стал «мировой фабрикой». Россия таким путем пойти не может, и условия сейчас другие, — объясняет Покровский. — Полностью закрыть свои внутренние потребности невозможно, даже если пустить весь бюджет только на решение этой задачи. В электронике двадцать одно технологическое направление. И каждое требует вложений от одного до десятков миллиардов долларов в год. Такой объем инвестиций нужен для поддержания технологий на уровне глобальных корпораций. Внешняя зависимость все равно сохранится. Поэтому правильнее стремиться не к самодостаточности, а к повышению устойчивости к тому, чтобы диверсифицировать риски, иметь возможность управлять ими».По мнению эксперта, создав собственную фабрику чипов, Россия попадет в еще более жесткую технологическую зависимость от зарубежных поставщиков материалов, оборудования, запчастей к нему, средств проектирования и библиотек IР-блоков.»Нужно кооперироваться с дружественными странами, внедрять стандарты, которые обеспечат совместимость разных решений в оборудовании, — рассуждает Покровский. — Правильнее было бы сейчас всеми силами поддерживать китайский проект SMIC. А самим думать, чем мы можем дополнить китайцев, какую нишу занять в глобальной цепочке полупроводниковой продукции. Даже на том технологическом уровне, который сейчас освоен в России, есть много перспективных направлений. Если говорить о «Микроне», это производство микроконтроллеров — относительно простых логических микросхем, которые не требуют предельных топологических норм. По мере того как крупные корпорации переносят фокус на более современные нормы, возникает определенный вакуум предложения в рядовых технологиях. Конкуренция в этих областях падает, и они могут стать достаточно маржинальными».Еще один вариант — работа с широкозонными полупроводниками из группы А3В5. Не кремнием, а, например, арсенидом галлия. Такие материалы нужны для производства силовых полупроводников, очень востребованных в связи с развитием электротранспорта, альтернативной энергетики, СВЧ-электроники, оптоэлектроники, радиосвязи стандарта 5G и 6G. У России здесь исторически сильные наработки.План развитияПлан создания в стране собственного производства радиоэлектроники сейчас обсуждают в правительстве. Речь идет о запуске до конца 2022-го создания микросхем по 90-нанометровому техпроцессу. Американская Intel выпускала процессоры такого уровня 19 лет назад. К 2024-му собираются завершить программу импортозамещения в электронном машиностроении, а к 2030-му сформировать «продуктовый портфель российских технологий» и выйти на уровень 28 нанометров, освоенный мировыми лидерами десять лет назад. Параллельно планируют развивать инфраструктуру, способствовать повышению спроса на отечественную электронную продукцию и растить кадры.Несмотря на то что в мире сегодня самыми современными считаются четырехнанометровые процессоры, а ведущие компании готовятся к переходу на уровень трех и даже двух нанометров, объявленный правительством план большинству экспертов кажется «крайне амбициозным». По их мнению, его реализация во многом зависит от поддержки зарубежных партнеров, прежде всего Китая.

https://ria.ru/20220221/os-1773621903.html

https://ria.ru/20210922/mikrochipy-1751326968.html

https://ria.ru/20210926/nadezhnost-1751673593.html

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og. xn--p1ai/awards/

2022

Владислав Стрекопытов

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

1920

1080

true

1920

1440

true

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e4/09/0d/1577158170_171:0:2902:2048_1920x0_80_0_0_36b9ed9121bad2cdfe9f9bbadd1404f7.jpg

1920

true

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Владислав Стрекопытов

технологии, процессоры, samsung electronics, мисис, импортозамещение

Наука, Технологии, процессоры, Samsung Electronics, МИСиС, Импортозамещение

МОСКВА, 21 апр — РИА Новости, Владислав Стрекопытов. Из-за западных санкций российская микроэлектронная отрасль в тяжелой ситуации: ведущие производители прекратили поставки комплектующих и оборудования, неясна перспектива и с импортом готовой продукции. О том, реально ли справиться самостоятельно, — в материале РИА Новости.

«Кровь глобальной экономики»

Советский Союз был одним из лидеров в микроэлектронике. Технологический уровень позволял делать не только лучшие в мире ракеты, самолеты, подводные лодки, но и бытовые электронные приборы. В 1974-м появился первый микропроцессор, в 1979-м ― микроЭВМ, в 1985-м ― персональный компьютер «Электроника-85». Но в 1990-е эта отрасль в стране пришла в упадок, а мировые технологии, наоборот, шагнули далеко вперед. К началу 2000-х сформировался глобальный рынок с оборотом в сотни миллиардов долларов.

Сейчас полупроводники называют «кровью глобальной экономики». Созданные на их основе микросхемы — чипы — важнейшие элементы любого электронного устройства. Изготовление материалов современного уровня настолько сложный и затратный процесс, что ни одно государство, включая США и Китай, не в состоянии локализовать у себя производство полного цикла.

В мире сложилось международное разделение труда — своего рода экосистема, в которую входят сотни поставщиков из разных стран. Многие предприятия занимают монопольную позицию. Так, практически все производители интегральных микросхем покупают фотолитографические установки у голландской компании ASML. Серьезный сбой в цепи вызвала недавняя остановка из-за ужесточения экологических требований завода компании 3М в Бельгии: он обеспечивал до 80 процентов мировой потребности в охлаждающей жидкости для травления кремниевых пластин.

Несомненных лидеров в производстве конечной продукции — микросхем и процессоров — в мире тоже всего три: тайваньская TSMC, корейская Samsung Electronics и американская Intel.

«Создание чипов с разрешением 9-15 нанометров обеспечивается ресурсами и разработками практически всего мира. Для этого нужны инертные газы сверхвысокой степени очистки, монокристаллический кремний, соответствующие лазерные источники и технологии высокоточного позиционирования, оборудование для технического контроля и многое другое, — рассказывает доцент кафедры автоматики и телемеханики Пермского Политеха (ПНИПУ), кандидат технических наук Игорь Безукладников. — Ни у одной страны нет всего необходимого. Хотя чисто теоретически, если не брать во внимание экономическую составляющую, организовать полный цикл производства чипов в отдельно взятом государстве технически возможно, но не за короткий срок».

По мере роста технологического уровня — явная тенденция к монополизации рынка микрочипов

Ближе всего к решению этой задачи подошел Китай, который еще 20 лет назад взял курс на импортозамещение в сфере микроэлектроники. Сегодня китайская фабрика SMIC, несмотря на огромные инвестиции, дошла только до технологического уровня 14 нанометров, которого ведущие производители достигли в 2015-м. Для сравнения: тайваньской TSMC, основанной в 1987-м, потребовалось 30 лет, чтобы догнать лидеров. Сейчас компания владеет технологиями производства микросхем с нормами от 90 до пяти нанометров.

Параметры в нанометрах — условный технологический показатель. Чем меньше его значение, тем компактнее и производительнее микросхема и тем больше функций она может выполнять.

Круги справа — условное соотношение размеров элементов микросхем

Отечественный потенциал

Из советского наследия в области микроэлектроники потеряно не все. В России действует производство микросхем с проектными нормами 90 нанометров, есть разработки для 65 нанометров. Если говорить о потребительской электронике, то это уровень процессоров 2005-2008 годов. Такие чипы не подходят для современных смартфонов и персональных компьютеров, но их вполне достаточно для бытовой техники, автомобилей, силовых установок, промышленного оборудования, а также для решения большинства прикладных вопросов в оборонной и космической отраслях.

В 1992-м на базе Института точной механики и вычислительной техники создали «Московский центр SPARC-технологий» (МЦСТ). Он работает до сих пор: проектирует универсальные микропроцессоры, используемые в российских компьютерах «Эльбрус», вычислительные комплексы и операционные системы. Еще один лидер российской микроэлектроники, «Байкал Электроникс», разрабатывает процессоры Baikal и программное обеспечение к ним.

Теперь из-за санкций у обеих компаний проблемы с поставками чипов. Производство полупроводниковых пластин уровня 90 и 65 нанометров организовали на заводах «Микрон» и «Ангстрем» в Зеленограде, но пластины по норме 28 нанометров и выше заказывали на Тайване у фирмы TSMC. Теперь канал закрыт. Кроме того, действует прямой запрет на поставку в Россию и оборудования для создания микросхем.

«Ведущие российские предприятия освоили и умело эксплуатируют зарубежные технологические линейки, выпуская качественную продукцию, в том числе микропроцессоры, — отмечает профессор кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников НИТУ «МИСиС», доктор технических наук Петр Лагов. — Проблема в том, что зарубежные компании не продают свои новейшие разработки, то, что у нас вводят в эксплуатацию, как правило, на два-три поколения отстает от ведущих иностранных образцов. А отечественное оборудование уже лет тридцать вообще не производят».

Производство полупроводниковых пластин на заводе «Микрон» в Зеленограде

По мнению ученого, для возрождения микроэлектроники в России необходимо действовать сразу в нескольких направлениях. В первую очередь создать собственные средства производства.

«Сейчас открываются огромные перспективы в области точного микроэлектронного машиностроения. Его надо постепенно восстанавливать, начиная с относительно простых вещей и вплоть до передовых литографических комплексов на базе жесткого ультрафиолетового и, возможно, рентгеновского излучения, а также оборудования ионного легирования в широком диапазоне энергий», — отмечает Петр Лагов.

Еще одно направление — организация производства качественных полупроводниковых пластин для микросхем. В России уже делают кремниевые, правда, пока в небольших количествах и только диаметром 200 миллиметров. А для современных чипов нужно 300.

«Основная задача — в их прецизионной механической обработке: резке, шлифовке и полировке, — продолжает профессор. — Для пластин до 150 миллиметров есть закупленное раньше импортное оборудование, для тех, что больше двухсот, — нет».

Еще одна проблема — высокочистый монокристаллический кремний, сырье для производства пластин.

«Мы умеем хорошо выращивать кремний для солнечной энергетики. Если поставят конкретные задачи и выделят финансирование, получим и электронный», — уверен руководитель направления ОКБ «Астрон», эксперт Комиссии по научно-техническому развитию при правительстве России Аркадий Наумов.

Две стратегии: догонять или углублять

Однако исполнительный директор Ассоциации разработчиков и производителей электроники (АРПЭ) Иван Покровский считает, что «импортозаместить» кремний, как и прочие элементы производства, в обозримом будущем невозможно. Это потребует времени и серьезных затрат. Вместо стратегии догоняющего развития, которую выбрал Китай, он предлагает российским производителям искать собственную нишу.

«Китай воспользовался трендом глобализации и стал «мировой фабрикой». Россия таким путем пойти не может, и условия сейчас другие, — объясняет Покровский. — Полностью закрыть свои внутренние потребности невозможно, даже если пустить весь бюджет только на решение этой задачи. В электронике двадцать одно технологическое направление. И каждое требует вложений от одного до десятков миллиардов долларов в год. Такой объем инвестиций нужен для поддержания технологий на уровне глобальных корпораций. Внешняя зависимость все равно сохранится. Поэтому правильнее стремиться не к самодостаточности, а к повышению устойчивости к тому, чтобы диверсифицировать риски, иметь возможность управлять ими».

По мнению эксперта, создав собственную фабрику чипов, Россия попадет в еще более жесткую технологическую зависимость от зарубежных поставщиков материалов, оборудования, запчастей к нему, средств проектирования и библиотек IР-блоков.

«Нужно кооперироваться с дружественными странами, внедрять стандарты, которые обеспечат совместимость разных решений в оборудовании, — рассуждает Покровский. — Правильнее было бы сейчас всеми силами поддерживать китайский проект SMIC. А самим думать, чем мы можем дополнить китайцев, какую нишу занять в глобальной цепочке полупроводниковой продукции. Даже на том технологическом уровне, который сейчас освоен в России, есть много перспективных направлений. Если говорить о «Микроне», это производство микроконтроллеров — относительно простых логических микросхем, которые не требуют предельных топологических норм. По мере того как крупные корпорации переносят фокус на более современные нормы, возникает определенный вакуум предложения в рядовых технологиях. Конкуренция в этих областях падает, и они могут стать достаточно маржинальными».

Еще один вариант — работа с широкозонными полупроводниками из группы А3В5. Не кремнием, а, например, арсенидом галлия. Такие материалы нужны для производства силовых полупроводников, очень востребованных в связи с развитием электротранспорта, альтернативной энергетики, СВЧ-электроники, оптоэлектроники, радиосвязи стандарта 5G и 6G. У России здесь исторически сильные наработки.

План развития

План создания в стране собственного производства радиоэлектроники сейчас обсуждают в правительстве. Речь идет о запуске до конца 2022-го создания микросхем по 90-нанометровому техпроцессу. Американская Intel выпускала процессоры такого уровня 19 лет назад.

К 2024-му собираются завершить программу импортозамещения в электронном машиностроении, а к 2030-му сформировать «продуктовый портфель российских технологий» и выйти на уровень 28 нанометров, освоенный мировыми лидерами десять лет назад. Параллельно планируют развивать инфраструктуру, способствовать повышению спроса на отечественную электронную продукцию и растить кадры.

Несмотря на то что в мире сегодня самыми современными считаются четырехнанометровые процессоры, а ведущие компании готовятся к переходу на уровень трех и даже двух нанометров, объявленный правительством план большинству экспертов кажется «крайне амбициозным». По их мнению, его реализация во многом зависит от поддержки зарубежных партнеров, прежде всего Китая.

Читайте также:

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.

Политехнический институт

Контактный центр

RU EN

Версия для слабовидящих

Инженер — кораблестроитель

Профессия кораблестроителя научит, как спроектировать корабль, чтобы он плавал, не кренился и не перевернулся под ударами волн, а также удовлетворял всем современным требованиям. Необходимо уметь создавать архитектурный облик судна или морской платформы, чтобы они были красивыми, а самое главное, прочными. На этой специальности обучают и технологии постройки и ремонта корабля.

Традиционно в судостроении специальность кораблестроителя разделяется на три направления деятельности:

— конструирование судна – инженер-конструктор

— организация постройки судна – инженер-строитель кораблей

— постройка судна – инженер-технолог

Выпускники по профилю «Кораблестроение» получают глубокие знания в области современных математических методов и компьютерных технологий судостроительного моделирования и способны решать самые сложные задачи в научно-исследовательских и проектно-конструкторских организациях, на судостроительных и судоремонтных производствах.

В России только в пяти вузах готовят таких специалистов, поэтому эта специальность редкая и весьма востребованная. Сначала изучаются фундаментальные и общеинженерные дисциплины. Первая ступень обучения заканчивается через 4 года с присвоением степени «бакалавр». Затем можно начать работать на производстве, и одновременно продолжать обучение в магистратуре, чтобы углубить образование по своей специальности.

Инженер-кораблестроитель может работать на самых передовых судостроительных и судоремонтных предприятиях, в управляющих структурах, конструкторских бюро, технологических службах, в организациях связанных с исследованиями Мирового океана, в сфере проектирования объектов и сооружений морской техники, в Морском регистре, нефтегазовом комплексе, военно-морском флоте, атомной промышленности и в других отраслях научно-технологического комплекса Дальнего Востока России. Высокая фундаментальная и специальная подготовка даёт возможность легко адаптироваться к профессиональной деятельности в смежных областях современной техники, государственных и коммерческих структурах.

Машиностроение: инженер технолог по оборудованию и технологии сварочного производства

Сварочное производство – область науки и техники, которая включает проектирование, производство и эксплуатацию сварных конструкций в кораблестроении, машиностроении, авиастроении, мостостроении и многих других областях.

На сегодняшний день существует огромная потребность в специалистах и технологах сварочного производства для работы на современных верфях. Перспективное направление сварочного производства – создание трубопроводных систем подачи нефтепродуктов и газа от морских платформ к потребителям. Это наиболее сложное и высокотехнологическое направление подготовки.

Задачи инженера — технолога по сварке на производстве заключаются в определении вида и технологии сварочных работ, расчёта прочности сварочных конструкций и узлов, знании свойств металлов и методов сварки.

Руководители крупных предприятий высоко оценивают подготовку выпускников кафедры сварочного производства ДВФУ и предоставляют трудоустройство выпускникам. Работая на производстве, возможно продолжение образования по многих смежным направлениям подготовки.

Автоматизация технологических процессов в машиностроении

Конструкторско-технологическое обеспечение производства

Автоматизация — это технологический процесс, без которого не обойдётся ни одно предприятие. Автоматизация служит для упрощения управления процессами, для уменьшения себестоимости продукции и для облегчения рабочего труда на предприятии. Производственные процессы не стоят на месте, их совершенствуют с каждым годом, то есть автоматизируют. Дальнейшее развитие промышленности Дальнего Востока требует создания целых систем управления производством.

Инженер-технолог по профилю «Конструкторско-технологическое обеспечение производства» способен внедрить новые технологии и технические средства, на основе научных исследований выполнить модернизацию и перевооружение промышленного производства. Это означает, что необходимо уметь проектировать модели продукции на всех этапах её производства, выполнять чертежи и другую конструкторскую документацию, изготавливать и налаживать технические средства и программные продукты (конвейеры, роботизированные линии, процессоры), организовывать на производстве рабочие места и эксплуатацию оборудования, размещать технологическое оборудование, средства автоматизации и управления.

11 лучших процессоров — Рейтинг 2022 года (Топ 11)

Процессор играет ключевую роль в производительности компьютера, обрабатывая информацию и управляя работой всего аппаратного обеспечения. В графических приложениях и играх он обеспечивает работу без зависаний и лагов. Рынок ЦПУ (CPU) представлен двумя крупными компаниями – Intel и AMD.

В нашем списке лучших процессоров рассмотрены модели обоих производителей, получившие положительные отзывы пользователей AliExpress.

Как выбрать процессор

При покупке ЦП стоит определиться с производителем. Процессоры Intel – дорогие, но высококачественные. Они совместимы со всеми комплектующими и легко поддаются разгону. В процессорах Intel реализована технология гиперпоточности, при которой на каждое ядро направляется два виртуальных вычислительных потока, за счет чего увеличивается производительность.

Процессоры AMD отстают от Intel, но стоят значительно дешевле. К тому же, в них зачастую встроена дискретная графика. Например, процессор RYZEN 5 3400G, представленный в рейтинге, по производительности не уступает видеокарте Nvidia GT 1030.

Перед покупкой ЦПУ необходимо сверяться с сокетом – разъемом на материнской плате компьютера, куда вставляется процессор. Современные модели имеют сокеты LGA 1150, 1155, AM2, AM3 и AM4.

Основа производительности процессора – техпроцесс, то есть размер транзисторов. Чем меньше данная характеристика, тем больше их размещено на кристалле ЦПУ. Современные устройства, обеспечивающие высокую скорость обработки данных, выполнены по технологии 7 и 14 нм.

От тактовой частоты процессора зависит скорость обработки входящей информации, то есть число выполняемых операций в секунду. Измеряется данная характеристика в мегагерцах (МГц) или гигагерцах (ГГц). Тактовая частота – ключевой показатель производительности процессора.

Не менее важна и разрядность – количество битов, обрабатываемых ЦПУ за один такт. Современные процессоры имеют 32 и 64-разрядную шину данных. От разрядности также зависит размер оперативной памяти, который можно установить в компьютер. 64-разрядные устройства поддерживают свыше 4 Гб ОЗУ.

Количество ядер – еще одна из основных характеристик, которая отвечает за распределение нагрузки при обработке данных. 4- и 8-ядерные процессоры обеспечивают работу компьютера без зависаний при больших нагрузках. Например, двухъядерные ЦПУ способны выполнять 2 требовательные задачи одновременно, тогда как восьмиядерные – 8.

Чтобы самостоятельно повысить таковую частоту процессора, можно попробовать разогнать его, увеличив производительность на 10–15 процентов. Однако, превышая номинальное значение скорости, система становится менее надежной. Поэтому перед разгоном важно узнать возможности процессора, а после него – обеспечить хорошее охлаждение.

① Процессор AMD Ryzen 5 3600, сокет AM4, 3.6 ГГц шестиядерный

Полностью разблокированный для разгона процессор AMD Ryzen 5 3600 имеет высокий уровень производительности. ЦП подойдет как для повседневных задач, так и для требовательных игр. Базовая частота процессора равна 3600 МГц, в турбо режиме – 4200 МГц. Встроенное графическое ядро не предусмотрено. Модель совместима с оперативной памятью DDR4, объем которой может достигать 128 ГБ. Для установки в материнскую плату используется сокет AM4.

Достоинства:

техпроцесс – 7 нм;
6 ядер и 12 потоков;
частота до 4200 МГц в турбо режиме;
относительно небольшие тепловыделения.

Недостатки:

отсутствует оригинальная упаковка, но в комментариях пишут, что новый.

Внешний вил процессора

Купить на AliExpress.com

② Процессор AMD Ryzen 5 3500X, сокет AM4, 3.6 ГГц шестиядерный

AMD Ryzen 5 3500X с сокетом AM4 подходит для комплектации игрового компьютера высокого класса. Базовая частота процессора – 3600 МГц, а при активации турбо режима он разгоняется до 4100 МГц. При производстве был применен технологический процесс 7 нм. Разблокированный множитель ЦПУ обеспечивает широкие возможности разгона. По сравнению с Ryzen 5 3600 данная модель уступает по максимальной тактовой частоте, поэтому показывает меньшую производительность в benchmark-тестах и играх.

Достоинства:

7NM технология производства;
разблокирован, подходит для разгона;
не сильно греется.

Недостатки:

отсутствует оригинальная упаковка, но в комментариях пишут, что новый.

Вставленный в материнскую плату

Купить на AliExpress.com

③ Процессор Intel Xeon E5 2689, коннектор LGA 2011, 2.6 GHz 8 ядер

Восьмиядерный процессор Intel Xeon E5 2689, построенный по технологии Sandy-Bridge, обеспечивает стабильную производительность и долговечность. Заблокированный множитель не позволяет сильно разогнать тактовую частоту – всего на 3–6%. Для охлаждения подойдет практически любой башенный кулер с 3–4 теплотрубками. Для запуска современных игр лучше всего использовать данный процессор в связке с видеокартой Nvidia 2060 или 1080.

Достоинства:

восемь ядер;
максимальная частота до 3600 МГц;
стабильная работа.

Недостатки:

бывший в употреблении серверный процессор.

Характеристики и температура

Купить на AliExpress.com

④ Процессор Intel i5 3570, коннектор LGA 1155, 3.4 GHz 4 ядра

Intel i5 3570 построен на архитектуре Ivy Bridge с четырьмя физическими ядрами, работающими на частоте 3400 МГц. Возможность разгона позволяет увеличить скорость до 3800 МГц с помощью встроенного множителя или режима Turbo Boost. Контроллер оперативной памяти в формате DDR3 предназначен для установки ОЗУ до 32 Гбайт, работающей в двухканальном режиме. Для графических приложений предусмотрен встроенный видеочип Intel HD Graphics 2500.

Достоинства:

максимальная тактовая частота с технологией Turbo Boost 3.80 ГГц;
есть какая-никакая встроенная в процессор графическая система Intel® HD Graphics 2500.

Недостатки:

бывший в употреблении, так как его начали выпускать в 2012 году.

Внешний вид

Купить на AliExpress.com

⑤ Топ процессор AMD Ryzen 7 3700X, сокет AM4, 3.6 ГГц восьмиядерный

Восьмиядерный процессор AMD Ryzen 7 3700X подойдет для запуска требовательных игр и стриминга. Минимальная тактовая частота – 3600 МГц, разгоняется до 4400 МГц в турбо режиме. Свободный множитель позволяет самостоятельно разогнать ЦПУ, увеличив производительность на 10–15 %. Сокет АМ4 подойдет как для современных, так и для устаревших материнских плат.

Достоинства:

7-нм техпроцесс;
высокая производительность: 8 ядер, 16 потоков;
пиковая частота 4. 4 ГГц;
стабильная работа.

Недостатки:

не обнаружено.

Купить на AliExpress.com

⑥ Процессор Intel Xeon E3 1230 V2, коннектор LGA 1155, 3.3 GHz 4 ядра

Серверный процессор Intel Xeon E3 1230 V2 устанавливается в материнскую плату с сокетом LGA 1155. По производительности не уступает базовой версии Intel Core i7. ЦПУ заблокирован для полноценного разгона, максимальная тактовая частота – 3700 МГц. Поддерживаемый тип оперативной памяти: DDR3 1333/1600. Вместе с данным процессором можно установить до 32 Гб ОЗУ. По скорости обработки информации в различных тестах данная модель уступает процессору Xeon E5-2689, имея меньшее количество потоков для распределения ресурсов ядра.

Достоинства:

возможен небольшой разгон;
слабо греется без турбо буста.

Недостатки:

использованный, но протестированный продавцом.

В материнской плате

Купить на AliExpress.com

⑦ Процессор Intel Core i5-10600KF, разъем LGA 1200, 4.1 GHz 6 ядер

Intel Core i5-10600KF подойдет для современных игр и работы в требовательных графических редакторах. Процессор выполнен на базе архитектуры Comet Lake-S по техпроцессу 14 нм, что вместе с 6 физическими ядрами и 12 виртуальными потоками обеспечивает высокую мощность. Работает ЦПУ в частотном диапазоне от 4100 до 4800 МГц. Благодаря свободному множителю максимальное значение может быть увеличено при помощи разгона, что обеспечит еще большую производительность системы. Объем поддерживаемой оперативной памяти – до 128 ГБ типа DDR4. Максимальная рабочая температура – 100 °C.

Достоинства:

шестиядерный на частоте 4100МГц, 12-поточный;
работает стабильно;
Turbo boost до 4.8 ГГц 1 ядра или до 4.5 всех ядер.

Недостатки:

нужно хорошее охлаждение;
это версия для Китая, нет международной гарантии.

Упаковка

Купить на AliExpress.com

⑧ AMD Ryzen 5 3400G, сокет AM4, 3.7 ГГц четырехъядерный

Четырехъядерный процессор AMD Ryzen 5 3400G оснащен графическим видеочипом Vega 11, который позволяет запускать некоторые современные игры без установленной видеокарты. Базовая тактовая частота – 3700 МГц, в режиме турбо – 4200 МГц. Тип поддерживаемой оперативной памяти – DDR4 до 128 Гб. В сравнении со схожим процессором Ryzen 5 3500X данная модель имеет неплохую интегрированную графику, но уступает по возможностям разгона.

Достоинства:

G-серия – процессор, совмещенный с графическим процессором Vega 11;
стабильный в работе, с умеренной теплоотдачей.

Недостатки:

не обнаружено.

Внешний вид

Купить на AliExpress.com

⑨ Процессор Xeon E5450, коннектор LGA 775, 3.0 GHz 4 ядра

Intel Xeon E5450 представляет собой устаревшую модель серверного сегмента процессоров, выполненных по технологическому процессу 45 нм. По производительности он не уступает ЦПУ Intel Core второго поколения. Базовую тактовую частоту 3000 МГц можно разогнать на 5–10 %. Тип поддерживаемой оперативной памяти – DDR2 или DDR3.

Достоинства:

дешевый;
подходит для разгона;
сильно не греется.

Недостатки:

читайте внимательно описание лота, подходит не на все материнки;
бывший в употреблении.

Разгон процессора

Купить на AliExpress.com

⑩ Процессор Intel Core i7 4790K, коннектор LGA 1150, 4.0 GHz 4 ядер

Благодаря широкой функциональности процессор Intel Core i7 4790K в связке с мощными комплектующими обеспечивает высокую производительность. В материнскую плату устанавливается через разъем LGA 1150, поддерживая до 8 потоков вычислений. Четыре ядра Devil’s Canyon имеют тактовую частоту работы от 4000 до 4400 МГц. Для запуска графических приложений предусмотрен встроенный видеочип Intel HD Graphics 4600.

Достоинства:

4 ядра с базовой частотой 4 ГГц и 4.4 ГГц в режиме турбо буст, 8 потоков;
встроенная графика Intel® HD Graphics 4600;
хорошо разгоняется.

Недостатки:

бывший в употреблении, нет родной упаковки;
возможно придется скальпировать.

Купить на AliExpress.com

⑪

Шестиядерный процессор Intel Xeon X5675 предназначен для серверного оборудования, но показывает неплохую производительность и при установке в ПК. Собран по 32-нм технологии с 12 потоками. Базовая тактовая частота – 3000 МГц, разгоняется до 3460 МГц при активации турбо режима. Расчетная мощность – 95 Вт.

Достоинства:

6-ядерный процессор на 12 потоков;
разгоняется;
имеет низкое тепловыделение.

Недостатки:

б/у, обязательно уточните совместимость работы процессора с вашей материнкой.

Характеристики

Купить на AliExpress.com

Искусственный интеллект — Что это такое и почему это так важно

Что это такое и почему это так важно

Искусственный интеллект (ИИ) позволяет компьютерам обучаться на собственном опыте, адаптироваться к задаваемым параметрам и выполнять те задачи, которые раньше были под силу только человеку. В большинстве случаев реализации ИИ — от компьютерных шахматистов до беспилотных автомобилей — крайне важна возможность глубокого обучения и обработки естественного языка. Благодаря этим технологиям компьютеры можно «научить» выполнению определенных задач с помощью обработки большого объема данных и выявления в них закономерностей.

Клиенты обсуждают технологии искусственного интеллекта и машинного обучения

Посмотрите это видео и узнайте о тенденциях в области машинного обучения и искусственного интеллекта от клиентов SAS и экспертов в сфере ИИ, а также об их прогнозах по дальнейшему развитию технологий искусственного интеллекта.

В банковской сфере ИИ действительно помогает повысить качество обслуживания клиентов: мы формируем для них актуальные предложения в нужное время и используем правильный канал коммуникации Пьер Монтанье (Pierre Montagnier) директор по потребительскому маркетингу, отдел аналитики и моделирования Bank of Montreal

История развития искусственного интеллекта

Термин «искусственный интеллект» появился в 1956 году, но настоящей популярности технология ИИ достигла лишь сегодня на фоне увеличения объемов данных, усовершенствования алгоритмов, оптимизации вычислительных мощностей и средств хранения данных.

Первые исследования в области ИИ, стартовавшие в 50-х годах прошлого века, были направлены на решение проблем и разработку систем символьных вычислений. В 60-х годах это направление привлекло интерес Министерства обороны США: американские военные начали обучать компьютеры имитировать мыслительную деятельность человека. Например, Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) выполнило в 70-х годах ряд проектов по созданию виртуальных уличных карт. И специалистам DARPA удалось создать интеллектуальных личных помощников в 2003 году, задолго до того, как появились Siri, Alexa и Cortana.

Эти работы стали основой для принципов автоматизации и формальной логики рассуждений, которые используются в современных компьютерах, в частности, в системах для поддержки принятия решений и умных поисковых системах, призванных дополнять и приумножать возможности человека.

Хотя в научно-фантастических фильмах и романах ИИ зачастую изображают в виде человекоподобных роботов, захватывающих власть над миром, на данном этапе развития технологии ИИ совсем не такие страшные и далеко не такие умные. Напротив, развитие искусственного интеллекта позволяет этим технологиям приносить реальную пользу во всех отраслях экономики. Ниже описаны примеры использования технологий искусственного интеллекта в здравоохранении, розничной торговле и других областях.

1950s–1970-е

Нейросети

Первые разработки в области нейросетей вызвали ажиотаж в связи с возможностью создания «мыслящих» машин.

1980s–2010-е

Машинное обучение

Становятся популярными технологии машинного обучения.

Настоящее время

Глубокое обучение

Прорывы в сфере глубокого обучения привели к расцвету технологий ИИ.

В чем заключается важность искусственного интеллекта?

ИИ позволяет автоматизировать повторяющиеся процессы обучения и поиска за счет использования данных. Однако ИИ отличается от роботизации, в основе которой лежит применение аппаратных средств. Цель ИИ — не автоматизация ручного труда, а надежное и непрерывное выполнение многочисленных крупномасштабных компьютеризированных задач. Такая автоматизация требует участия человека для первоначальной настройки системы и правильной постановки вопросов.
ИИ делает существующие продукты интеллектуальными. Как правило, технология ИИ не реализуется как отдельное приложение. Функционал ИИ интегрируется в имеющиеся продукты, позволяя усовершенствовать их, точно так же, как технология Siri была добавлена в устройства Apple нового поколения. Автоматизация, платформы для общения, боты и «умные» компьютеры в сочетании с большими объемами данных могут улучшить различные технологии, которые используются дома и в офисах: от систем анализа данных о безопасности до инструментов инвестиционного анализа.
ИИ адаптируется благодаря алгоритмам прогрессивного обучения, чтобы дальнейшее программирование осуществлялось на основе данных. ИИ обнаруживает в данных структуры и закономерности, которые позволяют алгоритму освоить определенный навык: алгоритм становится классификатором или предикатором. Таким образом, по тому же принципу, по которому алгоритм осваивает игру в шахматы, он может научиться предлагать подходящие продукты онлайн. При этом модели адаптируются по мере поступления новых данных. Обратное распространение — это метод, который обеспечивает корректировку модели посредством обучения на базе новых данных, если первоначальный ответ оказывается неверным.

ИИ осуществляет более глубокий анализ больших объемов данных с помощью нейросетей со множеством скрытых уровней. Несколько лет назад создание системы обнаружения мошенничества с пятью скрытыми уровнями было практически невозможным. Все изменилось с колоссальным ростом вычислительных мощностей и появлением «больших данных». Для моделей глубокого обучения необходимо огромное количество данных, так как именно на их основе они и обучаются. Поэтому чем больше данных, тем точнее модели.
Глубинные нейросети позволяют ИИ достичь беспрецедентного уровня точности. К примеру, работа с Alexa, поисковой системой Google Search и сервисом Google Photos осуществляется на базе глубокого обучения, и чем чаще мы используем эти инструменты, тем эффективнее они становятся. В области здравоохранения диагностика раковых опухолей на снимках МРТ с помощью технологий ИИ (глубокое обучение, классификация изображений, распознавание объектов) по точности не уступает заключениям высококвалифицированных рентгенологов.
ИИ позволяет извлечь максимальную пользу из данных. С появлением самообучающихся алгоритмов сами данные становятся объектом интеллектуальной собственности. Данные содержат в себе нужные ответы — нужно лишь найти их при помощи технологий ИИ. Поскольку сейчас данные играют гораздо более важную роль, чем когда-либо ранее, они могут обеспечить конкурентное преимущество. При использовании одинаковых технологий в конкурентной среде выиграет тот, у кого наиболее точные данные.

WildTrack and SAS: Saving endangered species one footprint at a time.

Flagship species like the cheetah are disappearing. And with them, the biodiversity that supports us all. WildTrack is exploring the value of artificial intelligence in conservation – to analyze footprints the way indigenous trackers do and protect these endangered animals from extinction.

Искусственный интеллект в настоящее время

ИИ в каждой отрасли

Загляните в больницу и розничный магазин, работающие на основе технологий искусственного интеллекта, познакомьтесь с говорящей системой аналитического прогнозирования. В этой статье из журнала Harvard Business Review рассматриваются ситуация на рынке ИИ, вопросы подготовки персонала в сфере ИИ, а также рассказывается, почему не следует ругаться при Siri.

Прочитать обзор

Усовершенствование маркетинговой аналитики

Сейчас в сфере маркетинга происходит настоящая революция, связанная с применением средств аналитики и ИИ. Узнайте, как автоматизировать предложения в режиме реального времени, как получать больше данных для повышения точности таких предложений, как понять, чего хотят клиенты, и многое другое.

Прочитать обзор

Интеграция ИИ в вашу программу аналитики

Для эффективного использования ИИ необходимо, чтобы стратегия его применения соответствовала вашим основным бизнес-целям, поэтому всегда важно учитывать вопросы взаимодействия людей, процессов и технологий.

Прочитать обзор

Как отличить рекламную шумиху от реальности?

По словам Оливера Шабенбергера (Oliver Schabenberger), исполнительного вице-президента и главного технического директора SAS, технология ИИ помогает сделать компьютеры более «умными», а не захватывает мир.

Прочитать пост в блоге

Как используется искусственный интеллект?

Функционал ИИ широко востребован во всех отраслях, особенно это касается вопросно-ответных систем, которые могут применяться при оказании правовой помощи, поиске патентов, оповещении о рисках и в медицинских исследованиях. Прочие возможности применения ИИ представлены ниже.

Здравоохранение

Технологии ИИ могут применяться в персонализированной медицине и при расшифровке рентгеновских снимков. Персональные медицинские помощники могут напоминать пользователям, что нужно принять лекарство, выполнить физические упражнения или перейти на более здоровый режим питания.

Ритейл

ИИ помогает совершать покупки онлайн с индивидуально подобранными рекомендациями, а также дает возможность продавцам обсуждать покупки с клиентами. Кроме того, технологии ИИ могут оптимизировать процессы управления товарными запасами и размещения товара.

Промышленность

ИИ может анализировать данные IoT с производственного участка, получаемые от подключенного оборудования, и прогнозировать загрузку и спрос с помощью рекуррентных сетей — особого вида сетей глубокого обучения, используемых для работы с последовательными данными.

Спорт

Тренеры получают отчеты со снимками с камер и показателями датчиков о том, как лучше организовать игру, в том числе как оптимизировать расстановку игроков и стратегию.

Каковы проблемы в сфере применения искусственного интеллекта?

Технологии искусственного интеллекта способны изменить любые отрасли, но их возможности не безграничны.

Главное ограничение ИИ заключается в том, что обучение возможно только на основе данных, другими способами — невозможно. Это означает, что любые неточности в данных отразятся на результатах. А новые уровни прогнозирования или анализа необходимо добавлять отдельно.

Современные системы ИИ заточены под выполнение четко определенных задач. Система, предназначенная для игры в покер, не сможет раскладывать пасьянсы или играть в шахматы. Система, настроенная на выявление мошенничества, не сможет водить машину или предоставлять правовую помощь. Более того, система ИИ, предназначенная для выявления мошенничества в сфере здравоохранения, не сможет с той же степенью точности выявлять махинации с налогами или претензиями по гарантиям.

Другими словами, эти системы характеризуются очень узкой специализацией. Они предназначены для выполнения одной конкретной задачи, и им далеко до многозадачности человека.

Кроме того, самообучающиеся системы не являются автономными. Образы технологий ИИ, которые мы видим на экранах телевизоров и кинотеатров, по-прежнему являются элементами фантастики. Тем не менее компьютеры, способные анализировать сложные данные для освоения и совершенствования конкретных навыков, уже не редкость.

SAS

^® Visual Data Mining and Machine Learning

Использование ИИ становится проще, когда есть единое комплексное решение, позволяющее подготовить данные для анализа, создать модели с помощью алгоритмов машинного обучения и интегрировать инструменты текстовой аналитики. Кроме того, вы сможете создавать проекты, сочетая SAS с другими языками программирования, включая Python, R, Java и Lua.

Бесплатная пробная версия

Принцип работы искусственного интеллекта

Принцип работы ИИ заключается в сочетании большого объема данных с возможностями быстрой, итеративной обработки и интеллектуальными алгоритмами, что позволяет программам автоматически обучаться на базе закономерностей и признаков, содержащихся в данных. ИИ представляет собой комплексную дисциплину со множеством теорий, методик и технологий. Ее главными направлениями являются следующие:

Машинное обучение — это область знаний, исследующая алгоритмы, которые обучаются на данных с целью найти закономерности. В нем используются методы нейросетей, статистики, исследования операций и т.п. для выявления скрытой полезной информации в данных; при этом явно не программируются инструкции, указывающие, где искать данные и как делать выводы.
Нейросеть — это один из методов машинного обучения. Это математическая модель, а также её программное или аппаратное воплощение, построенная по принципу организации и функционирования биологических нейронных сетей — сетей нервных клеток живого организма.
В глубоком обучении используются сложные нейросети со множеством нейронов и слоев. Для обучения этих глубоких нейросетей, а также для обнаружения сложных закономерностей в огромных массивах данных используются повышенные вычислительные мощности и усовершенствованные методики. Распространенные области применения: распознавание изображений и речи.
Когнитивные вычисления — направление ИИ, задачей которого является обеспечение процесса естественного взаимодействия человека с компьютером, аналогичного взаимодействию между людьми. Конечная цель ИИ и когнитивных вычислений — имитация когнитивных процессов человека компьютером благодаря интерпретации изображений и речи с выдачей соответствующей ответной реакции.
Компьютерное зрение опирается на распознавание шаблонов и на глубокое обучение для распознавания изображений и видео. Машины уже умеют обрабатывать, анализировать и понимать изображения, а также снимать фото или видео и интерпретировать окружающую обстановку.
Обработка естественного языка — это способность компьютеров анализировать, понимать и синтезировать человеческий язык, включая устную речь. Сейчас мы уже можем управлять компьютерами с помощью обычного языка, используемого в повседневном обиходе. Например, используя Siri или Google assistant.

Кроме того, функционирование ИИ обеспечивают следующие технологии:

Существование ИИ невозможно без графических процессоров, так как они предоставляют вычислительные мощности, необходимые для итеративной обработки данных. Для обучения нейросетей необходимы «большие данные» и вычислительные ресурсы.
Интернет вещей собирает колоссальные объемы данных от подключенных устройств. Большая часть этих данных не проанализирована. Автоматизация моделей с помощью ИИ позволит использовать больше таких данных.
Разрабатываются и по-новому комбинируются болеесовершенные алгоритмы, которые позволяют быстрее анализировать больший объем данных сразу на нескольких уровнях. Такая интеллектуальная обработка — ключ к выявлению и прогнозированию редких событий, пониманию сложных систем и оптимизации уникальных сценариев.
API (программные интерфейсы приложений) представляют собой переносимые пакеты кода, благодаря которым функционал ИИ может быть интегрирован в существующие продукты и пакеты программ. С помощью API можно добавить функцию распознавания изображений в домашнюю систему безопасности или вопросно-ответные функции для описания данных, создания титров и заголовков, обнаружения в данных интересных закономерностей и иной полезной информации.

Подводя итоги, цель ИИ — обеспечение работы программных продуктов, способных к анализу входных данных и интерпретации полученных результатов. Искусственный интеллект — средство, обеспечивающее более интуитивный процесс взаимодействия человека с программами и помощь при принятии решений в рамках определенных задач. ИИ не замена человеку, и в обозримом будущем таковой не станет.

Другие материалы по теме

Почему менеджерам стоит позаботиться о качественном инструменте для прогнозированияТеперь, когда COVID-19 стал частью нашей реальности, жизненно важно планировать каждый аспект бизнеса. Мы наблюдаем бурный рост спроса на решения для прогнозирования, которые гарантируют последовательность, автоматизацию и повышенную точность.
Прохождение «последней мили» аналитики в три шагаВнедрение аналитических моделей в производство может быть самой сложной частью аналитического пути. Неудивительно, что эта последняя миля аналитики — внедрение моделей в развертывание — является самой сложной частью инициатив в рамках цифровой трансформации, которую должны освоить компании, потому что она считается наиболее важной.
Ускоряясь на пути внедрения искусственного интеллекта, подумайте о «качестве дорожного покрытия»ИИ-технология добилась огромных успехов за короткое время и готова к более широкому внедрению. Но поскольку организации наращивают усилия по ИИ, им необходимо проявлять особую осторожность, потому что, как скажет любой сотрудник полиции, даже небольшие выбоины могут создавать проблемы для транспортных средств, движущихся на высоких скоростях.
Как использовать ИИ для выявления ракаНедавно мне предоставили удивительную возможность поработать над проектом в области биомедицинской аналитики изображений в сотрудничестве с крупным университетским медицинским центром. Целью проекта была разработка системы компьютерного зрения, которая будет выявлять опухоли при компьютерной томографии печени.

Что такое процессор? Вот все, что вам нужно знать

Если вы только знакомитесь с миром компьютеров и электроники, терминология, используемая для обозначения различных частей, может сбивать с толку. Вы, возможно, уже встречали термин «ЦП», что означает «центральный процессор».

Содержание

Что делает процессор процессором?
Что на самом деле делает процессор?
Ядра, тактовые частоты и стоимость
Насколько важен ЦП?

9Процессоры 0002 находятся почти во всех ваших устройствах, будь то умные часы, компьютер или термостат. Они отвечают за обработку и выполнение инструкций и действуют как мозг ваших устройств. Здесь мы объясняем, как процессоры взаимодействуют с другими частями ваших устройств и что делает их неотъемлемой частью вычислительного процесса.

Что делает ЦП ЦП?

ЦП является основным компонентом, определяющим вычислительное устройство, и, хотя он имеет решающее значение, ЦП может функционировать только вместе с другим оборудованием. Кремниевый чип находится в специальном гнезде, расположенном на основной печатной плате (материнской или основной плате) внутри устройства. Он отделен от памяти, где временно хранится информация. Он также отделен от графической карты или графического чипа, который воспроизводит видео и трехмерную графику, отображаемые на экране.

Процессоры

создаются путем размещения миллиардов микроскопических транзисторов на одном компьютерном чипе. Эти транзисторы позволяют ему выполнять вычисления, необходимые для запуска программ, хранящихся в памяти вашей системы. По сути, это минутные ворота, которые включаются и выключаются, тем самым передавая единицы или нули, которые преобразуются во все, что вы делаете с устройством, будь то просмотр видео или написание электронной почты.

Одним из наиболее распространенных достижений технологии ЦП является уменьшение размеров этих транзисторов. Это привело к улучшению скорости процессора за десятилетия, что часто называют законом Мура.

В контексте современных устройств настольный компьютер или ноутбук имеет выделенный ЦП, который выполняет множество функций обработки для системы. Мобильные устройства и некоторые планшеты вместо этого используют систему на кристалле (SoC), которая представляет собой микросхему, которая объединяет ЦП вместе с другими компонентами. Intel и AMD также предлагают ЦП с графическими чипами и памятью, хранящейся на них, что означает, что они могут выполнять больше, чем просто стандартные функции ЦП.

Что на самом деле делает ЦП?

По своей сути ЦП получает инструкции от программы или приложения и выполняет вычисления. Этот процесс разбивается на три ключевых этапа: выборка, декодирование и выполнение. ЦП извлекает инструкцию из ОЗУ, декодирует, что это за инструкция на самом деле, а затем выполняет инструкцию, используя соответствующие части ЦП.

Выполняемая инструкция или расчет может включать базовые арифметические действия, сравнение чисел, выполнение функции или перемещение чисел в памяти. Поскольку все в вычислительном устройстве представлено числами, вы можете думать о процессоре как о калькуляторе, который работает невероятно быстро. В результате рабочая нагрузка может привести к запуску Windows, отображению видео на YouTube или вычислению сложных процентов в электронной таблице.

В современных системах ЦП действует как начальник манежа в цирке, передавая данные специализированному оборудованию по мере необходимости. Например, центральный процессор должен указать графической карте, чтобы она показала взрыв, потому что вы выстрелили в бочку с горючим, или указать твердотельному накопителю передать документ Office в оперативную память системы для более быстрого доступа.

Ядра, тактовые частоты и стоимость

Первоначально процессоры имели одно вычислительное ядро. Современный современный ЦП состоит из нескольких ядер, которые позволяют ему выполнять несколько инструкций одновременно, эффективно размещая несколько ЦП на одном кристалле. Большинство продаваемых сегодня процессоров имеют два или четыре ядра. Шесть ядер считаются массовыми, в то время как более дорогие чипы имеют от восьми до 64 ядер.

Многие процессоры также используют технологию многопоточности. Представьте себе одно физическое ядро ЦП, которое может одновременно выполнять две линии выполнения (потоки), таким образом, на стороне операционной системы это выглядит как два «логических» ядра. Эти виртуальные ядра не такие мощные, как физические ядра, потому что они используют одни и те же ресурсы, но в целом они могут помочь повысить производительность ЦП в многозадачном режиме при работе с совместимым программным обеспечением.

Тактовая частота широко рекламируется, когда вы смотрите на процессоры. Это цифра «гигагерц» (ГГц), которая эффективно обозначает, сколько инструкций ЦП может обрабатывать в секунду, но это не вся картина производительности. Тактовая частота в основном играет роль при сравнении процессоров одного семейства или поколения. Когда все остальное одинаково, более высокая тактовая частота означает более быстрый процессор. Однако процессор 2010 года с частотой 3 ГГц будет выполнять меньше работы, чем процессор 2020 года с частотой 2 ГГц9.0003

Итак, сколько вы должны платить за процессор? У нас есть несколько руководств, чтобы дать вам несколько советов по лучшим процессорам, которые вы можете купить. Однако в общих чертах, если вы не хардкорный геймер или кто-то, кто хочет редактировать видео, вам не нужно тратить более 250 долларов. Вы можете помочь снизить стоимость, избегая новейшего оборудования и вместо этого придерживаясь последнего поколения ЦП.

Для процессоров Intel это означает чипы 8-го, 9-го или 10-го поколения. Определить их поколение можно по названию продукта. Например, Core i7-6820HK — это более старый чип 6-го поколения, а Core i5-10210U — более новый чип 10-го поколения.

AMD делает нечто подобное со своими процессорами Ryzen: Ryzen 5 2500X — это чип 2-го поколения, основанный на новом дизайне ядра «Zen+», а Ryzen 9 3950X — это процессор 3-го поколения. Ryzen 4000 был выпущен в виде линейки чипов для ноутбуков и в форме APU с очень ограниченной доступностью для настольных компьютеров через сборщиков систем. Имея это в виду, можно спорить, является ли Ryzen 5000 четвертым или пятым поколением процессоров AMD Ryzen, но это последнее, и совсем недавно AMD объединила свои платформы для ноутбуков, APU и настольных компьютеров под брендом Ryzen 5000.

Насколько важен процессор?

В наши дни ваш ЦП не так важен для общей производительности системы, как это было раньше, но он по-прежнему играет важную роль в отклике и скорости вашего вычислительного устройства. Геймеры, как правило, найдут преимущество в более высоких тактовых частотах, в то время как более серьезная работа, такая как САПР и редактирование видео, улучшится благодаря более высокому количеству ядер ЦП.

Вы должны иметь в виду, что ваш ЦП является частью системы, поэтому вы должны быть уверены, что у вас достаточно оперативной памяти, а также быстрое хранилище, которое может передавать данные на ваш ЦП. Возможно, самый большой вопросительный знак будет висеть над вашей видеокартой, поскольку вам обычно требуется некоторый баланс внутри вашего ПК, как с точки зрения производительности, так и с точки зрения стоимости.

Теперь, когда вы понимаете роль процессора, вы можете сделать осознанный выбор в отношении своего вычислительного оборудования. Используйте это руководство, чтобы узнать больше о лучших чипах от AMD и Intel.

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 — 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 обеспечивает вывод 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 не стоят дорого — 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 — современные микропроцессоры могут выполнять миллионы инструкций в секунду.
Они потребляют мало энергии — Потребляемая мощность намного ниже, чем у других типов процессоров, так как микропроцессоры производятся 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 при изменении программирования, что делает его невероятно универсальным.

Общие используемые термины

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

Длина слова

Длина слова относится к количеству битов на внутренней шине данных процессора или количеству битов, которые процессор может обрабатывать 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).

Шина

Шина — это термин, используемый для описания набора проводников, которые передают данные или этот адрес 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 классифицировать по различным категориям следующим образом:.

На основе длины слова

Микропроцессоры могут основываться на количестве битов на внутренней шине данных процессора или на количестве битов, которое он может обрабатывать за один 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 процессоры с более конкретным набором 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 набор команд Компьютер

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

Когда-то 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!

Центральный процессор (ЦП): его компоненты и функции

Изображение

^{Изображение Michael Schwarzenberger с сайта Pixabay}

Наследие более ранних разработок, таких как разностная машина Бэббиджа и перфокартные системы 1970-х годов, оказывают значительное влияние на современные компьютерные системы. В своей первой статье из этой исторической серии «История компьютеров и современные компьютеры для системных администраторов» я обсудил несколько предшественников современного компьютера и перечислил характеристики, определяющие то, что мы сегодня называем компьютером.

В этой статье я расскажу о центральном процессоре (ЦП), включая его компоненты и функциональные возможности. Многие темы относятся к первой статье, поэтому обязательно прочитайте ее, если вы еще этого не сделали.

Центральный процессор (ЦП)

ЦП в современных компьютерах является воплощением «мельницы» в разностной машине Бэббиджа. Термин центральный процессор возник еще в тумане компьютерных времен, когда один массивный шкаф содержал схемы, необходимые для интерпретации программных инструкций машинного уровня и выполнения операций с предоставленными данными. Центральный процессор также завершил всю обработку всех подключенных периферийных устройств. Периферийные устройства включали принтеры, устройства чтения карт и ранние устройства хранения, такие как барабаны и дисководы. Современные периферийные устройства сами обладают значительной вычислительной мощностью и разгружают некоторые задачи обработки с ЦП. Это освобождает ЦП от задач ввода-вывода, так что его мощность применяется к основной задаче под рукой.

[ Узнайте, как успешно управлять средой Linux. ]

Ранние компьютеры имели только один ЦП и могли выполнять только одну задачу за раз.

Сегодня мы сохраняем термин ЦП, но теперь он относится к корпусу процессора на типичной материнской плате. На рис. 1 показан стандартный пакет процессоров Intel.

Изображение

Рисунок 1: Пакет процессора Intel Core i5 (Джуд МакКрени через Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0).

Здесь действительно не на что смотреть, кроме самого пакета процессора. Пакет процессора представляет собой микросхему, содержащую процессор(ы), запечатанную внутри металлического контейнера и установленную на небольшой печатной плате (ПК). Пакет просто вставляется в гнездо ЦП на материнской плате и фиксируется с помощью фиксирующего рычага. Процессорный кулер крепится к корпусу процессора. Существует несколько различных физических разъемов с определенным количеством контактов, поэтому, если вы собираете свои собственные компьютеры, очень важно подобрать правильный корпус, подходящий для разъема материнской платы.

Как работает ЦП

Рассмотрим ЦП более подробно. На рис. 2 представлена концептуальная схема гипотетического ЦП, позволяющая упростить визуализацию компонентов. ОЗУ и системные часы заштрихованы, поскольку они не являются частью ЦП и показаны только для ясности. Кроме того, не используются никакие соединения между часами ЦП и блоком управления и компонентами ЦП. Достаточно сказать, что сигналы часов и блока управления являются неотъемлемой частью любого другого компонента.

Изображение

Рисунок 2: Упрощенная концептуальная схема типичного процессора.

Этот дизайн не выглядит особенно простым, но на самом деле все еще сложнее. Эта цифра достаточна для наших целей, не будучи слишком сложной.

Арифметико-логическое устройство

Арифметико-логическое устройство (ALU) выполняет арифметические и логические функции, которые выполняет компьютер. Регистры A и B содержат входные данные, а аккумулятор получает результат операции. Регистр инструкций содержит команду, которую должен выполнить АЛУ.

Например, при сложении двух чисел одно число помещается в регистр A, а другое — в регистр B. АЛУ выполняет сложение и помещает результат в аккумулятор. Если операция является логической, данные для сравнения помещаются в регистры ввода . Результат сравнения, 1 или 0, помещается в аккумулятор. Независимо от того, является ли это логической или арифметической операцией, содержимое накопителя затем помещается в ячейку кэша, зарезервированную программой для результата.

Существует еще один тип операций, выполняемых ALU. Результатом является адрес в памяти, и он используется для вычисления нового места в памяти, чтобы начать загрузку инструкций. Результат помещается в регистр указателя команд .

Регистр инструкций и указатель

Указатель инструкций указывает место в памяти, содержащее следующую команду, которую должен выполнить ЦП. Когда ЦП завершает выполнение текущей инструкции, следующая инструкция загружается в регистр инструкций из ячейки памяти, на которую указывает указатель инструкции.

После загрузки инструкции в регистр инструкций указатель регистра инструкций увеличивается на один адрес инструкции. Приращение позволяет ему быть готовым к перемещению следующей инструкции в регистр инструкций.

Кэш

ЦП никогда не обращается напрямую к ОЗУ. Современные процессоры имеют один или несколько слоев кэш-памяти . Способность ЦП выполнять вычисления намного быстрее, чем способность ОЗУ передавать данные ЦП. Причины этого выходят за рамки этой статьи, но я рассмотрю их подробнее в следующей статье.

Кэш-память быстрее системной ОЗУ и ближе к центральному процессору, поскольку находится на кристалле процессора. Кэш обеспечивает хранение данных и инструкции, чтобы ЦП не ждал, пока данные будут извлечены из ОЗУ. Когда центральному процессору нужны данные — а инструкции программы также считаются данными — кэш определяет, имеются ли уже данные, и предоставляет их центральному процессору.

Если запрошенных данных нет в кеше, они извлекаются из ОЗУ и используют алгоритмы прогнозирования для перемещения дополнительных данных из ОЗУ в кеш. Контроллер кэша анализирует запрошенные данные и пытается предсказать, какие дополнительные данные потребуются из оперативной памяти. Он загружает ожидаемые данные в кеш. Сохраняя некоторые данные ближе к ЦП в кэше, который быстрее, чем ОЗУ, ЦП может оставаться занятым и не тратить циклы на ожидание данных.

Наш простой ЦП имеет три уровня кэш-памяти. Уровни 2 и 3 предназначены для прогнозирования того, какие данные и программные инструкции потребуются в следующий раз, для перемещения этих данных из ОЗУ и перемещения их как можно ближе к ЦП, чтобы они были готовы, когда это необходимо. Эти размеры кэша обычно варьируются от 1 МБ до 32 МБ, в зависимости от скорости и предполагаемого использования процессора.

Кэш 1-го уровня находится ближе всего к ЦП. В нашем процессоре есть два типа кеша L1. L1i — это кэш инструкций, а L1d — кеш данных. Размер кэша уровня 1 обычно составляет от 64 КБ до 512 КБ.

Блок управления памятью

Блок управления памятью (MMU) управляет потоком данных между основной памятью (ОЗУ) и ЦП. Он также обеспечивает защиту памяти, необходимую в многозадачных средах, и преобразование адресов виртуальной памяти в физические адреса.

Часы ЦП и блок управления

Все компоненты ЦП должны быть синхронизированы для бесперебойной совместной работы. 9Блок управления 0204 выполняет эту функцию со скоростью, определяемой тактовой частотой , и отвечает за управление операциями других блоков с помощью сигналов синхронизации, которые распространяются на ЦП.

Оперативная память (ОЗУ)

Хотя ОЗУ или основная память показаны на этой и следующей диаграмме, на самом деле она не является частью ЦП. Его функция заключается в хранении программ и данных, чтобы они были готовы к использованию, когда они потребуются процессору.

Как это работает

ЦП работают по циклу, который управляется блоком управления и синхронизируется с часами ЦП. Этот цикл называется циклом команд ЦП и состоит из ряда компонентов выборки/декодирования/выполнения. Инструкция, которая может содержать статические данные или указатели на переменные данные, извлекается и помещается в регистр инструкций. Команда декодируется, и любые данные помещаются в регистры данных A и B. Инструкция выполняется с использованием регистров A и B, а результат помещается в аккумулятор. Затем ЦП увеличивает значение указателя инструкций на длину предыдущего и начинает заново.

Базовый цикл команд ЦП выглядит следующим образом.

Изображение

Рисунок 3: Базовый цикл инструкций ЦП.

Потребность в скорости

Хотя базовый ЦП работает хорошо, ЦП, работающие на этом простом цикле, можно использовать еще эффективнее. Существует несколько стратегий повышения производительности ЦП, и мы рассмотрим здесь две из них.

Ускорение цикла команд

Одной из проблем, с которой сталкивались первые разработчики ЦП, была потеря времени на различные компоненты ЦП. Одной из первых стратегий повышения производительности процессора была , перекрывающие части командного цикла ЦП, чтобы более полно использовать различные части ЦП.

Например, когда текущая инструкция декодирована, следующая извлекается и помещается в регистр инструкций. Как только это произошло, указатель инструкции обновляется адресом памяти следующей инструкции. Использование перекрывающихся командных циклов показано на рисунке 4.

Изображение

Рис. 4. Цикл инструкций ЦП с перекрытием.

Этот дизайн выглядит красиво и плавно, но такие факторы, как ожидание ввода-вывода, могут нарушить поток. Отсутствие правильных данных или инструкций в кэше требует, чтобы MMU находил правильные данные и перемещал их в ЦП, а это может занять некоторое время. Для выполнения некоторых инструкций также требуется больше циклов ЦП, чем для других, что мешает плавному перекрытию.

Тем не менее, это мощная стратегия повышения производительности процессора.

Hyperthreading

Еще одна стратегия повышения производительности ЦП — гиперпоточность . Гиперпоточность заставляет одно ядро процессора работать как два процессора, предоставляя два потока данных и инструкций. Добавление второго указателя инструкций и регистра инструкций к нашему гипотетическому ЦП, как показано на рис. 5, заставляет его функционировать как два ЦП, выполняя два отдельных потока команд в течение каждого командного цикла. Кроме того, когда один поток выполнения останавливается в ожидании данных (опять же, инструкции также являются данными), второй поток выполнения продолжает обработку. Каждое ядро, реализующее гиперпоточность, эквивалентно двум ЦП по способности обрабатывать инструкции.

Изображение

Рисунок 5: Концептуальная схема процессора с гиперпоточностью.

Помните, что это очень упрощенная схема и объяснение нашего гипотетического процессора. Реальность гораздо сложнее.

Дополнительная терминология

Я сталкивался с множеством различных терминов ЦП. Чтобы более четко определить терминологию, давайте посмотрим на сам ЦП с помощью команды lscpu .

 [root@hornet ~]# lscpu
Архитектура:                    x86_64
Режим(ы) работы ЦП:                  32-разрядный, 64-разрядный
Порядок байтов:                      Little Endian
Размеры адресов:                   39бит физический, 48 бит виртуальный
ЦП:                          12
Список процессоров в сети:             0–11
Количество потоков на ядро:              2
Количество ядер на сокет:              6
Сокет(ы):                         1
Узлы NUMA:                    1
Идентификатор поставщика:                       GenuineIntel
Семейство ЦП:                      6
Модель:                           158
Название модели:                      ЦП Intel(R) Core(TM) i7-8700 @ 3,20 ГГц
Шаг:                        10
ЦП МГц:                           4300,003
Макс.  частота ЦП, МГц:                     4600.0000
ЦП мин. МГц:                     800.0000
BogoMIPS:                        6399,96
Виртуализация:                  VT-x
Кэш L1d:                         192 КиБ
Кэш L1i:                         192 КиБ
Кэш L2:                        1,5 МБ
Кэш L3:                        12 МБ
Процессоры NUMA node0:               0–11

Показанный выше процессор Intel представляет собой корпус, который подключается к одному разъему на материнской плате. Пакет процессора содержит шесть ядер. Каждое ядро поддерживает гиперпоточность, поэтому каждое из них может запускать два одновременных потока, всего 12 процессоров.

[ Бесплатный онлайн-курс: технический обзор Red Hat Enterprise Linux. ]

Мои определения:

Ядро. Ядро — это наименьшая физическая аппаратная единица, способная выполнять задачу обработки. Он содержит одно АЛУ и один или два набора вспомогательных регистров. Второй набор регистров и поддерживающих схем обеспечивает гиперпоточность. Одно или несколько ядер могут быть объединены в один физический пакет.
ЦП — Логический аппаратный блок, способный обрабатывать один поток выполнения. Современное использование термина центральный процессор относится к общему количеству потоков, которые процессорный пакет способен выполнять одновременно. Одноядерный процессор, не поддерживающий гиперпоточность, эквивалентен одному процессору. В этом случае ЦП и ядро являются синонимами. Процессор Hyper-Threading с одним ядром является функциональным эквивалентом двух процессоров. Процессор Hyper-Threading с восемью ядрами является функциональным эквивалентом 16 процессоров.
— физический компонент, содержащий одно или несколько ядер, как показано на рис. 1 выше.
Процессор — 1) Устройство, которое обрабатывает инструкции программы для управления данными. 2) Часто используется как синоним пакета.
Socket — иногда используется как синоним пакета, но более точно относится к физическому разъему на материнской плате, в который вставляется корпус процессора.

Термины сокет , процессор и пакет часто используются взаимозаменяемо, что может вызвать некоторую путаницу. Как мы видим из lscpu результаты команды выше, Intel предоставляет нам свою собственную терминологию, и я считаю, что это авторитетный источник. На самом деле мы все используем эти термины по-разному, но пока мы понимаем друг друга в любой момент времени, это то, что действительно имеет значение.

Обратите внимание, что указанный выше процессор имеет два кэша уровня 1 по 512 КиБ каждый: один для инструкций (L1i) и один для данных (L1d). Кэш уровня 1 находится ближе всего к ЦП, и он ускоряет работу, разделяя инструкции и данные на этом этапе. Кэши уровня 2 и уровня 3 больше, но инструкции и данные сосуществуют в каждом из них.

Что все это значит?

Хороший вопрос. На заре мейнфреймов каждый компьютер имел только один ЦП и не мог одновременно запускать более одной программы. Мейнфрейм может выполнять расчет заработной платы, затем учет запасов, затем выставление счетов клиентам и т. д., но одновременно может выполняться только одно приложение. Каждая программа должна была завершиться, прежде чем системный оператор мог запустить следующую.

В некоторых ранних попытках одновременного запуска нескольких программ применялся простой подход, направленный на более эффективное использование одного процессора. Например, программа1 и программа2 были загружены, а программа1 выполнялась до тех пор, пока не была заблокирована в ожидании ввода-вывода. В этот момент программа2 работала до тех пор, пока не была заблокирована. Такой подход назывался многопроцессорной обработкой и помогал полностью использовать ценное компьютерное время.

Ранние попытки многозадачности включали очень быстрое переключение контекста выполнения одного процессора между потоками выполнения нескольких задач. Эта практика не является настоящей многозадачностью, как мы ее понимаем, потому что в действительности одновременно обрабатывается только один поток выполнения. Это правильнее называть тайм-шерингом.

Современные компьютеры, от умных часов и планшетов до суперкомпьютеров, поддерживают настоящую многозадачность с несколькими процессорами. Наличие нескольких процессоров позволяет компьютерам выполнять множество задач одновременно. Каждый ЦП выполняет свои функции одновременно со всеми остальными ЦП. Восьмиядерный процессор с гиперпоточностью (т. е. 16 ЦП) может одновременно выполнять 16 задач.

Заключительные мысли

Мы рассмотрели концептуальный и упрощенный ЦП, чтобы немного узнать о структурах. В этой статье я лишь поверхностно коснулся функциональности процессора. Вы можете узнать больше, воспользовавшись встроенными ссылками на темы, которые мы исследовали.

Помните, что схемы и описания в этой статье носят чисто концептуальный характер и не представляют какой-либо реальный ЦП.

В следующей части этой серии статей я рассмотрю оперативную память и дисковые накопители как разные типы хранилищ и поясню, почему каждый из них необходим современным компьютерам.

Что такое процессор и как контролировать его использование

Скопированная ссылка!

Мишель Уилсон

20 августа 2019 г.

Все виды вычислительных устройств, таких как планшеты, ПК или ноутбуки, имеют мозгоподобное устройство, называемое центральным процессором или ЦП. ЦП вашего компьютера вычисляет и интерпретирует инструкции, когда вы просматриваете веб-страницы, создаете документы, играете в игры или запускаете программы. Это важный компонент, без которого ваш компьютер не может работать.

Ниже мы рассмотрим, почему ЦП так важен, и как отслеживать использование ЦП для обеспечения оптимальной производительности системы.

Что такое процессор?

ЦП — это небольшой, но мощный компьютерный чип, установленный на материнской плате вашего ПК. Он вставляется в разъем процессора контактами вниз. Небольшой рычаг удерживает его в безопасности.

ЦП выделяют много тепла даже при работе в течение короткого промежутка времени. Из-за этой тепловой активности процессор обычно подключается к радиатору с вентилятором, расположенным прямо над ним. В большинстве случаев эти два компонента поставляются в комплекте, если вы покупаете ЦП.

Ваш ЦП отличается от ГП (графического процессора), который воспроизводит изображения и видео на вашем дисплее. При этом существуют интегрированные графические процессоры, которые существуют на ЦП и совместно используют память с ним. Существуют также автономные графические процессоры (называемые выделенными графическими процессорами), которые имеют собственную карту и память. Процессоры

также иногда путают с памятью ПК, но это совершенно отдельный компонент, в котором хранится информация на вашем компьютере.

Конструкция ЦП и история

Первый в мире коммерческий ЦП был представлен в 1971 году. Это был Intel® 4004, 4-разрядный ЦП. Он работал на частоте 740 кГц и мог выполнять до 92 600 инструкций в секунду. Пять месяцев спустя был представлен первый 8-битный ЦП Intel 8008. Для сравнения: новейший чип Intel i9 работает на частоте 5,0 ГГц и может обрабатывать более миллиона инструкций в секунду.

Процессоры создаются путем размещения миллиардов крошечных транзисторов на компьютерном чипе. Именно эти транзисторы позволяют ЦП выполнять вычисления и запускать программы с вашего ПК.

По мере совершенствования технологии процессоров размер транзисторов становился все меньше и меньше. Это означает, что чипы могут иметь намного больше транзисторов с каждым поколением, что повышает общую скорость ЦП.

Соучредитель Intel Гордон Э. Мур предсказал эту тенденцию в 1964 году, которая стала известна как закон Мура в технологической отрасли. Закон Мура предполагает, что количество транзисторов на чипе удваивается каждые два года, в то время как стоимость обычных вычислительных устройств падает.

Хотя это скорее наблюдение, чем «закон», факт остается фактом: количество транзисторов постоянно увеличивается, а размеры уменьшаются. Однако удвоение количества транзисторов, установленных в компьютерных чипах, теперь происходит примерно каждые 18 месяцев, а не каждые два года.

По мере развития технологии ЦП тактовая частота и функции ЦП значительно улучшались.

Компоненты ЦП

ЦП состоит из двух основных частей:

Арифметико-логическое устройство (АЛУ)

АЛУ ЦП выполняет математические, логические операции и операции по принятию решений на вашем ПК. Он может выполнять четыре вида математических операций, включая сложение, вычитание, умножение и деление.

Логические операции, которые он выполняет, обычно представляют собой сравнения с числами, буквами или специальными символами. Эта операция сравнения позволяет вашему компьютеру определить, достигла ли ваша кредитная карта кредитного лимита или, например, есть ли свободные места в самолете.

Блок управления (CU)

Блок управления вашего ЦП управляет всеми операциями процессора и получает инструкции из памяти.

Как ЦП обрабатывает данные

Если вам интересно узнать, как все эти различные компоненты работают вместе для выполнения действия на вашем компьютере, давайте рассмотрим соответствующие шаги.

Прежде чем ваш ЦП сможет что-либо сделать, программные инструкции и данные должны попасть в память через устройство ввода или хранения. Как только данные и инструкции становятся доступными, ЦП выполняет следующие шаги для каждой извлекаемой инструкции.

I-время, E-время и машинный цикл

CU выбирает команду из памяти.
CU решает, что означает инструкция, и направляет соответствующие данные из памяти в ALU. Объединение этих первых двух шагов называется временем инструкции или I-временем.
АЛУ выполняет арифметическую или логическую команду.
АЛУ сохраняет результат этой операции в памяти. Шаги 3 и 4 вместе называются временем выполнения или E-временем.
Блок управления направляет память для выдачи результата на устройство вывода или в хранилище. I-время и E-время вместе называются машинным циклом.

Ядра ЦП

Некоторые ПК или устройства используют одноядерный процессор, в то время как другие могут иметь двухъядерный или даже четырехъядерный процессор. Одновременная работа двух процессорных блоков позволяет ЦП получать в два раза больше инструкций каждую секунду, что повышает производительность.

Некоторые ЦП могут виртуализировать два ядра для каждого фактического ядра в вашем процессоре, что называется гиперпоточностью. Гиперпоточность — это когда процессор с двумя ядрами работает так, как будто у него четыре, и так далее. При этом физические ядра по-прежнему более эффективны, чем их виртуальные собратья.

Как проверить загрузку ЦП

1. В операционной системе Windows 10 вам потребуется войти в Диспетчер задач для просмотра информации о ЦП в реальном времени. Вот несколько способов добраться туда:

Щелкните правой кнопкой мыши Панель задач и выберите Диспетчер задач
Откройте Запустите , выполните поиск Диспетчер задач и щелкните результат
Используйте Ctrl + Shift + Esc сочетание клавиш
Используйте Ctrl + Alt + Del сочетание клавиш и нажмите Диспетчер задач
Используйте сочетание клавиш Windows + X , чтобы открыть меню опытного пользователя и нажмите Диспетчер задач

2. После того, как вы Если вы попали в окно Task Manager , вам нужно перейти на вкладку Performance . Для этого может потребоваться нажать кнопку Подробнее , затем выбрать вкладку Производительность .

3. Когда вы ввели Производительность вы сможете просмотреть четыре части вашего компьютера: процессор, память, жесткий диск и Bluetooth.

4. В левой части окна вы увидите эти компоненты компьютера с графиком, показывающим их уровни активности в процентах для ЦП , Память , Диск и Килобит в секунду для сетевых адаптеров .

5. Чтобы просмотреть сводку статистики использования ЦП, щелкните правой кнопкой мыши под компонентами и выберите 9.0097 Сводка вид.

Как повысить производительность процессора?

Чтобы повысить производительность вашего процессора, вы можете предпринять несколько шагов. В большинстве случаев компьютеры используют лишь небольшую часть своей общей мощности процессора.

Чтобы узнать, какие приложения занимают больше всего ресурсов ЦП, откройте окно диспетчера задач , чтобы увидеть запущенные в данный момент процессы. Затем вы можете щелкнуть заголовок ЦП, чтобы упорядочить и упорядочить процессы на основе использования ЦП.

Вы можете обнаружить запущенное ненужное фоновое приложение или ошибочный процесс, потребляющий ресурсы вашего ЦП. Если это так, просто нажмите Завершить процесс , который закроет приложение.

Примечание: Если вы обнаружите, что ваш процессор загружается обычными приложениями, вероятно, вам нужен более быстрый компьютер или вы можете добавить больше оперативной памяти.

С помощью этих советов вы станете опытным пользователем компьютера, способным с полным мастерством контролировать использование ЦП и управлять им.

Об авторе

Мишель Уилсон является автором статьи для HP® Tech Takes.

Мишель — специалист по созданию контента, который пишет для различных отраслей, включая технические тенденции и новости СМИ.

Раскрытие информации: Наш сайт может получать часть дохода от продажи продуктов, представленных на этой странице.

IBM представляет первую в мире 2-нанометровую технологию чипов, открывающую новые горизонты для полупроводников анонсирована разработка первого в мире чипа 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 9.0194 и .

Потенциальные преимущества этих усовершенствованных 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-нанометровом чипе, важна 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 технологических процессов, одноячеечную DRAM, законы масштабирования Деннарда, фоторезисты с химическим усилением, медные межсоединения, технологию Silicon on Insulator, многоядерные микропроцессоры, High-k диэлектрики затвора, 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 чипе 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]
IBM Cognitive Systems

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

Характеристики процессора компьютера — iFixit

Вот важные характеристики процессоров:

Основной определяющей характеристикой процессора является его производитель AMD или Intel и его модель. Хотя конкурирующие модели двух компаний имеют схожие характеристики и производительность, вы не можете установить процессор AMD на материнскую плату, совместимую с Intel, и наоборот.

Еще одной определяющей характеристикой процессора является сокет, для которого он предназначен. Например, если вы заменяете процессор на материнской плате Socket 478, вы должны выбрать процессор для замены, который предназначен для этого разъема. В таблице 5-1 описаны проблемы с возможностью обновления в зависимости от сокета процессора.

Таблица 5-1: Возможность модернизации в зависимости от типа сокета процессора

Тактовая частота процессора, указанная в мегагерцах (МГц) или гигагерцах (ГГц), определяет его производительность, но тактовые частоты не имеют значения для процессорных линий. Например, процессор Pentium 4 с тактовой частотой 3,2 ГГц примерно на 6,7% быстрее, чем Pentium 4 с тактовой частотой 3,0 ГГц, как следует из относительных тактовых частот. Однако процессор Celeron с тактовой частотой 3,0 ГГц медленнее, чем Pentium 4 с тактовой частотой 2,8 ГГц, главным образом потому, что Celeron имеет меньший объем кэш-памяти второго уровня и использует более низкую скорость шины хоста. Точно так же, когда был представлен Pentium 4 с тактовой частотой 1,3 ГГц, его производительность была фактически ниже, чем у процессора Pentium III с тактовой частотой 1 ГГц, который он должен был заменить. Это было верно, потому что архитектура Pentium 4 менее эффективна, чем более ранняя архитектура Pentium III.

Тактовая частота бесполезна для сравнения процессоров AMD и Intel. Процессоры AMD работают на гораздо более низких тактовых частотах, чем процессоры Intel, но выполняют примерно на 50% больше работы за такт. Вообще говоря, AMD Athlon 64, работающий на частоте 2,0 ГГц, имеет примерно такую же общую производительность, как Intel Pentium 4, работающий на частоте 3,0 ГГц.

 '''НОМЕРА МОДЕЛЕЙ В ОТНОШЕНИИ ЧАСОВОЙ СКОРОСТИ'''
Поскольку AMD всегда находится в невыгодном положении по тактовой частоте по сравнению с Intel, AMD использует номера моделей, а не тактовые частоты для обозначения своих процессоров. Например, процессор AMD Athlon 64 с тактовой частотой 2,0 ГГц может иметь номер модели 3000+, что означает, что процессор имеет примерно такую же производительность, как и модель Intel с тактовой частотой 3,0 ГГц. (AMD яростно отрицает, что номера их моделей предназначены для сравнения с тактовыми частотами Intel, но знающие наблюдатели игнорируют эти опровержения.)
Раньше Intel использовала буквенные обозначения, чтобы различать процессоры, работающие с одинаковой скоростью, но с разной скоростью хост-шины, ядром или другими характеристиками. Например, процессоры Pentium 4 с тактовой частотой 2,8 ГГц с ядром Northwood производились в трех вариантах: Pentium 4/2.8 использовал FSB 400 МГц, Pentium 4/2.8B - FSB 533 МГц, а Pentium 4/2. 8C - FSB 800 МГц. . Когда Intel представила Pentium 4 с тактовой частотой 2,8 ГГц на основе своего нового ядра Prescott, они назвали его Pentium 4/2.8E.
Интересно, что Intel также отказалась от тактовой частоты в качестве обозначения. За исключением нескольких старых моделей, все процессоры Intel теперь также обозначаются номером модели. В отличие от AMD, чьи номера моделей содержат намек на тактовую частоту, номера моделей Intel совершенно не связаны с тактовой частотой. Например, Pentium 4 540 обозначает конкретную модель процессора, которая работает на частоте 3,2 ГГц. Модели этого процессора с тактовой частотой 3,4, 3,6 и 3,8 ГГц имеют обозначения 550, 560 и 570 соответственно.

Скорость хост-шины , также называемая скоростью внешней шины , скоростью FSB или просто FSB , определяет скорость передачи данных между процессором и набором микросхем. Более высокая скорость шины хоста способствует повышению производительности процессора, даже если процессоры работают с одинаковой тактовой частотой. AMD и Intel по-разному реализуют путь между памятью и кешем, но по сути FSB — это число, отражающее максимально возможное количество передач блока данных в секунду. Учитывая фактическую тактовую частоту хост-шины 100 МГц, если данные могут быть переданы четыре раза за такт (таким образом, «четырехкратная накачка»), эффективная частота FSB составляет 400 МГц.

Например, Intel выпустила процессоры Pentium 4, использующие частоты шины хоста 400, 533, 800 или 1066 МГц. Процессор Pentium 4 с тактовой частотой 2,8 ГГц и частотой главной шины 800 МГц немного быстрее, чем Pentium 4/2.8 с частотой главной шины 533 МГц, который, в свою очередь, немного быстрее, чем Pentium 4/2.8 с частотой главной шины 400 МГц. скорость автобуса. Одним из показателей, который Intel использует для дифференциации своих более дешевых процессоров Celeron, является более низкая скорость шины хоста по сравнению с текущими моделями Pentium 4. В моделях Celeron используются скорости шины хоста 400 МГц и 533 МГц.

Все процессоры AMD Socket 754 и Socket 939 используют скорость шины хоста 800 МГц. (На самом деле, как и Intel, AMD использует хост-шину на частоте 200 МГц, но удваивает ее до эффективных 800 МГц.) Процессоры Socket A Sempron используют хост-шину 166 МГц, дважды накачанную до эффективной скорости хост-шины 333 МГц. .

Процессоры используют два типа кэш-памяти для повышения производительности за счет буферизации передачи между процессором и относительно медленной основной памятью. Размер кэша уровня 1 (кэш L1 , также называемый Кэш-память уровня 1 ), является особенностью архитектуры процессора, которую нельзя изменить без перепроектирования процессора. Кэш уровня 2 (кэш уровня 2 или кэш L2 ) является внешним по отношению к ядру процессора, что означает, что производители процессоров могут производить один и тот же процессор с разными размерами кэша L2. Например, различные модели процессоров Pentium 4 доступны с 512 КБ, 1 МБ или 2 МБ кэш-памяти второго уровня, а различные модели AMD Sempron доступны с 128 КБ, 256 КБ или 512 КБ кэш-памяти второго уровня.

Для некоторых приложений, особенно тех, которые работают с небольшими наборами данных, увеличенный кэш L2 заметно увеличивает производительность процессора, особенно для моделей Intel. (Процессоры AMD имеют встроенный контроллер памяти, который до некоторой степени маскирует преимущества большего кэша L2.) Для приложений, работающих с большими наборами данных, больший кэш L2 дает лишь незначительное преимущество.

 '''Прескотт, печальное исключение'''
Это стало шоком для всех, не в последнюю очередь, Intel, узнав, когда она перевела свои процессоры Pentium 4 со старого 130-нм ядра Northwood на более новый 9.0-нм ядро Prescott, энергопотребление и тепловыделение которого резко возросли. Это произошло потому, что Прескотт не был простым психоаналитиком из Нортвуда. Вместо этого Intel полностью переработала ядро Northwood, добавив такие функции, как SSE3, и внеся огромные изменения в базовую архитектуру. (В то время мы думали, что этих изменений достаточно, чтобы назвать процессор с ядром Prescott Pentium 5, чего Intel не сделала. ) К сожалению, эти радикальные изменения в архитектуре привели к столь же резкому увеличению энергопотребления и тепловыделения, что сводит на нет все преимущества. ожидается от уменьшения размера процесса.

Размер процесса , также называемый производственным размером , указывается в нанометрах (нм) и определяет размер наименьших отдельных элементов на кристалле процессора. AMD и Intel постоянно пытаются уменьшить размер процесса (называемый сокращением кристалла ), чтобы получить больше процессоров от каждой кремниевой пластины, тем самым снижая свои затраты на производство каждого процессора. Pentium II и ранние процессоры Athlon использовали техпроцесс 350 или 250 нм. Pentium III и некоторые процессоры Athlon использовали техпроцесс 180 нм. Последние процессоры AMD и Intel используют 130 или 90 нм, а будущие процессоры будут использовать 65 нм процесс.

Размер процесса имеет значение, поскольку при прочих равных условиях процессор, использующий меньший размер процесса, может работать быстрее, использовать более низкое напряжение, потреблять меньше энергии и выделять меньше тепла. Процессоры, доступные в любой момент времени, часто используют разные размеры фабрик. Например, когда-то Intel продавала процессоры Pentium 4, использующие техпроцессы 180, 130 и 90 нм, а AMD одновременно продавала процессоры Athlon, использующие техпроцессы 250, 180 и 130 нм. При выборе процессора для обновления отдайте предпочтение процессору меньшего размера.

Различные модели процессоров поддерживают разные наборы функций, некоторые из которых могут быть важны для вас, а другие не иметь значения. Вот пять потенциально важных функций, доступных в некоторых, но не во всех современных процессорах. Все эти функции поддерживаются последними версиями Windows и Linux:

SSE3 (расширения 3 для потоковой передачи одной инструкции и нескольких данных (SIMD) 3) , разработанное Intel и теперь доступное для большинства процессоров Intel и некоторых процессоров AMD. представляет собой расширенный набор инструкций, предназначенный для ускорения обработки определенных типов данных, обычно встречающихся при обработке видео и других мультимедийных приложениях. Приложение, поддерживающее SSE3, может работать на 10–15–100 % быстрее на процессоре, который также поддерживает SSE3, чем на процессоре, который его не поддерживает.

До недавнего времени все процессоры ПК работали с 32-битными внутренними путями данных. В 2004 году AMD представила 64-битную поддержку со своими процессорами Athlon 64. Официально AMD называет эту функцию x86-64 , но большинство людей называют ее AMD64 . Важно отметить, что процессоры AMD64 обратно совместимы с 32-разрядным программным обеспечением и запускают это программное обеспечение так же эффективно, как и 64-разрядное. Intel, которая отстаивала свою собственную 64-битную архитектуру, имевшую лишь ограниченную 32-битную совместимость, была вынуждена представить собственную версию x86-64, которую она назвала 9.0204 EM64T (64-разрядная технология расширенной памяти) . На данный момент поддержка 64-бит для большинства людей не важна. Microsoft предлагает 64-разрядную версию Windows XP, и большинство дистрибутивов Linux поддерживают 64-разрядные процессоры, но до тех пор, пока 64-разрядные приложения не станут более распространенными, использование 64-разрядного процессора на настольном компьютере практически не принесет пользы. Это может измениться, когда Microsoft (наконец-то) выпустит Windows Vista, которая воспользуется преимуществами 64-битной поддержки и, вероятно, породит множество 64-битных приложений.

В Athlon 64 AMD представила технологию NX (No eXecute) , а Intel вскоре последовала за ней со своей технологией XDB (eXecute Disable Bit) . NX и XDB служат той же цели, позволяя процессору определять, какие диапазоны адресов памяти являются исполняемыми, а какие нет. Если код, например эксплойт с переполнением буфера, пытается запуститься в неисполняемом пространстве памяти, процессор возвращает операционной системе ошибку. NX и XDB обладают большим потенциалом для уменьшения ущерба, причиняемого вирусами, червями, троянскими программами и подобными эксплойтами, но требуют операционной системы, поддерживающей защищенное выполнение, такой как Windows XP с пакетом обновления 2.

AMD и Intel предлагают технологию снижения энергопотребления в некоторых моделях своих процессоров. В обоих случаях технология, используемая в мобильных процессорах, была перенесена на настольные процессоры, энергопотребление и тепловыделение которых стали проблематичными. По сути, эти технологии работают за счет снижения скорости процессора (и, следовательно, энергопотребления и выделения тепла), когда процессор простаивает или слегка загружен. Intel называет свою технологию снижения энергопотребления EIST (Enhanced Intel Speedstep Technology) 9.0205 . Версия AMD называется Cool’n’Quiet . Любой из них может обеспечить незначительное, но полезное снижение энергопотребления, тепловыделения и уровня шума системы.

К 2005 году и AMD, и Intel достигли практических пределов возможностей одного процессорного ядра. Очевидным решением было поместить два процессорных ядра в один процессорный корпус. Опять же, AMD лидирует со своими элегантными процессорами Athlon 64 X2 серии , которые имеют два тесно интегрированных ядра Athlon 64 на одном кристалле. В очередной раз вынужденная играть в догонялки, Intel стиснула зубы и слепила двухъядерный процессор, который она называет Пентиум Д . Разработанное AMD решение имеет ряд преимуществ, в том числе высокую производительность и совместимость практически со всеми старыми материнскими платами Socket 939. Небрежное решение Intel, которое сводилось к размещению двух ядер Pentium 4 на одном чипе без их интеграции, привело к двум компромиссам. Во-первых, двухъядерные процессоры Intel не имеют обратной совместимости с более ранними материнскими платами, поэтому для них требуется новый набор микросхем и новая серия материнских плат. Во-вторых, поскольку Intel более или менее просто приклеила два своих существующих ядра на один процессорный корпус, энергопотребление и тепловыделение чрезвычайно высоки, а это означает, что Intel пришлось снизить тактовую частоту процессоров Pentium D относительно самого быстрого одноядерного Pentium. 4 модели.

При всем при этом Athlon 64 X2 ни в коем случае не является бесспорным победителем, потому что Intel была достаточно умна, чтобы установить привлекательную цену для Pentium D. Самые дешевые процессоры Athlon X2 продаются более чем в два раза дороже, чем самые дешевые процессоры Pentium D. Хотя цены, несомненно, упадут, мы не ожидаем, что разница в ценах сильно изменится. У Intel есть запасные производственные мощности, в то время как AMD весьма ограничена в своих возможностях производить процессоры, поэтому вполне вероятно, что в обозримом будущем двухъядерные процессоры AMD будут стоить дороже. К сожалению, это означает, что двухъядерные процессоры не являются разумным вариантом обновления для большинства людей. Двухъядерные процессоры Intel имеют разумную цену, но требуют замены материнской платы. Двухъядерные процессоры AMD могут использовать существующий Socket 939, но сами процессоры слишком дороги, чтобы быть подходящими кандидатами для большинства обновлений.

 '''ГИПЕРПОТОЧНОСТЬ ПРОТИВ ДВОЙНОГО ЯДРА'''
Некоторые процессоры Intel поддерживают технологию Hyper-Threading (HTT), которая позволяет этим процессорам одновременно выполнять два потока программ. Программы, предназначенные для использования HTT, могут работать на 10-30% быстрее на процессоре с поддержкой HTT, чем на аналогичной модели без HTT.  (Правильно и то, что некоторые программы работают медленнее с включенным HTT, чем с отключенным.) Не путайте HTT с двухъядерным процессором. Процессор HTT имеет одно ядро, которое иногда может выполнять несколько потоков; двухъядерный процессор имеет два ядра, которые всегда могут выполнять несколько потоков.

Ядро процессора определяет базовую архитектуру процессора. Процессор, продаваемый под определенным именем, может использовать любое из нескольких ядер. Например, первые процессоры Intel Pentium 4 использовали ядро Willamette . В более поздних вариантах Pentium 4 использовались ядра Northwood, ядра Prescott, ядра Gallatin, ядра Prestonia и ядра Prescott 2M . Точно так же различные модели Athlon 64 были произведены с использованием ядра Clawhammer, ядра Sledgehammer, ядра Newcastle, ядра Winchester, ядра Venice, ядра San Diego, ядра Manchester 9.0205 и ядро Толедо .

Использование имени ядра является удобным сокращенным способом кратко указать многочисленные характеристики процессора. Например, ядро Clawhammer использует техпроцесс 130 нм, кэш L2 объемом 1024 КБ и поддерживает функции NX и X86-64, но не SSE3 или двухъядерный режим. И наоборот, ядро Manchester использует техпроцесс 90 нм, кэш L2 объемом 512 КБ и поддерживает функции SSE3, X86-64, NX и двухъядерные процессоры.

Название ядра процессора можно представить как аналог основного номера версии программы. Подобно тому, как компании-разработчики программного обеспечения часто выпускают второстепенные обновления без изменения основного номера версии, AMD и Intel часто выпускают второстепенные обновления для своих ядер без изменения названия ядра. Эти незначительные изменения называются шаг ядра . Важно понимать основы названий ядер, потому что ядро, используемое процессором, может определять его обратную совместимость с вашей материнской платой. Шаги обычно менее значительны, хотя на них тоже стоит обратить внимание. Например, конкретное ядро может быть доступно в степпингах B2 и C0. В более позднем степпинге C0 могут быть исправлены ошибки, работать с меньшим охлаждением или давать другие преимущества по сравнению с более ранним степпингом.

Решение для микро- и наноэлектроники

Лаборатория ЭЛЛ

Пример рекомендуемого оборудования:

Доморощенный кремний. Сможет ли Россия обойтись без импортных микрочипов

«Кровь глобальной экономики»

Отечественный потенциал

Две стратегии: догонять или углублять

План развития

Архитектура современных многоядерных процессоров

1. Общие понятия

1.1 Высокопроизводительные вычисления.

1.2 Симметрическая мультипроцессорность

1.3 Одновременная многопоточность

1.4 Многоядерность

Политехнический институт

11 лучших процессоров — Рейтинг 2022 года (Топ 11)

Как выбрать процессор

① Процессор AMD Ryzen 5 3600, сокет AM4, 3.6 ГГц шестиядерный

② Процессор AMD Ryzen 5 3500X, сокет AM4, 3.6 ГГц шестиядерный

③ Процессор Intel Xeon E5 2689, коннектор LGA 2011, 2.6 GHz 8 ядер

④ Процессор Intel i5 3570, коннектор LGA 1155, 3.4 GHz 4 ядра

⑤ Топ процессор AMD Ryzen 7 3700X, сокет AM4, 3.6 ГГц восьмиядерный

⑥ Процессор Intel Xeon E3 1230 V2, коннектор LGA 1155, 3.3 GHz 4 ядра

⑦ Процессор Intel Core i5-10600KF, разъем LGA 1200, 4.1 GHz 6 ядер

⑧ AMD Ryzen 5 3400G, сокет AM4, 3.7 ГГц четырехъядерный

⑨ Процессор Xeon E5450, коннектор LGA 775, 3.0 GHz 4 ядра

⑩ Процессор Intel Core i7 4790K, коннектор LGA 1150, 4.0 GHz 4 ядер

⑪

Искусственный интеллект — Что это такое и почему это так важно

Что это такое и почему это так важно

Клиенты обсуждают технологии искусственного интеллекта и машинного обучения

История развития искусственного интеллекта

В чем заключается важность искусственного интеллекта?

WildTrack and SAS: Saving endangered species one footprint at a time.

Flagship species like the cheetah are disappearing. And with them, the biodiversity that supports us all. WildTrack is exploring the value of artificial intelligence in conservation – to analyze footprints the way indigenous trackers do and protect these endangered animals from extinction.

Искусственный интеллект в настоящее время

ИИ в каждой отрасли

Усовершенствование маркетинговой аналитики

Интеграция ИИ в вашу программу аналитики

Как отличить рекламную шумиху от реальности?

Как используется искусственный интеллект?

Здравоохранение

Ритейл

Промышленность

Спорт

Каковы проблемы в сфере применения искусственного интеллекта?

SAS

Принцип работы искусственного интеллекта

Другие материалы по теме

Что такое процессор? Вот все, что вам нужно знать

Что делает ЦП ЦП?

Что на самом деле делает ЦП?

Ядра, тактовые частоты и стоимость

Насколько важен процессор?

Рекомендации редакции

Что такое микропроцессор и как он работает?

Что такое микропроцессор и что вам нужно знать

Что такое микропроцессор?

Как работает микропроцессор?

Преимущества микропроцессора

Общие используемые термины

Длина слова

Набор инструкций

Кэш-память

Тактовая частота

Шина

Категории микропроцессоров

На основе длины слова

Компьютер с сокращенным набором команд (RISC)

Комплексный набор команд Компьютер

Процессоры специального назначения

Микропроцессор стал поворотным моментом в современной вычислительной технике

Центральный процессор (ЦП): его компоненты и функции

Центральный процессор (ЦП)

Как работает ЦП

Арифметико-логическое устройство

Регистр инструкций и указатель

Кэш

Блок управления памятью

Часы ЦП и блок управления