Технология производства процессоров: Производство процессоров — от песка до компьютера

Содержание

Производство процессоров — от песка до компьютера

Процессор это сердце любого современного компьютера. Любой микропроцессор по сути является большой интегральной схемой, на которой расположены транзисторы. Пропуская электрический ток транзисторы позволяют создавать двоичную логику (вкл. – выкл.) вычислений. Современные процессоры выполняются на базе 45 нм технологии. 45нм (нанометра) это размер одного транзистора, расположенного на процессорной пластине. Еще недавно в основном использовали 90 нм технологию.

Пластины делаются из кремния, который занимает 2 место по размеру залежей в земной коре.

Кремний получают химической обработкой, очищая его от примесей. После этого его начинают выплавлять, формируя кремниевый цилиндр диаметром 300 миллиметров. Этот цилиндр, в дальнейшем разрезают на пластины алмазной нитью. Толщина каждой пластины около 1 мм. Чтобы пластина имела идеальную поверхность, после реза нитью, ее шлифуют специальной шлифовальной машиной.

После этого поверхность кремниевой пластины получается идеально ровной. Кстати многие производственные компании уже заявили о возможности работы с 450 мм пластинами. Чем больше поверхность – тем большее количество транзисторов для размещения, и тем более высокая производительность процессора.

Процессор состоит из кремниевой пластины, на поверхности которой располагается до девяти уровней транзисторов, разделенные слоями оксида, для изоляции.

Развитие технологии производства процессоров

Гордон Мур, один из основателей компании Intel, одного из лидеров производства процессоров в мире, в 1965 году на основе своих наблюдений открыл закон, по которому новые модели процессоров и микросхем появлялись через равные отрезки времени. Рост количества транзисторов в процессорах растет примерно в 2 раза за 2 года. Вот уже в течение 40 лет закон Гордона Мура работает без искажений.

 

 

Освоение будущих технологий не за горами – уже есть рабочие прототипы на основе 32 нм и 22нм технологии производства процессоров. До середины 2004 года мощность процессора зависела в первую очередь от частоты процессора, но, начиная с 2005 года, частота процессоров практически перестала расти. Появилась новая технология многоядерности процессора. То есть создается несколько ядер процессора с равной тактовой частотой, и при работе мощность ядер суммируется. За счет этого повышается общая мощность процессора.

Ниже вы можете посмотреть видео о производстве процессоров.

Производство процессоров

Производство процессоров — технология


Показан процесс производства кремниевых пластин для создания процессоров

В производстве процессоров нанореволюция. TSMC вот-вот запустит 1-нанометровый техпроцесс

| Поделиться

TSMC добилась невероятных успехов в усовершенствовании технологий производства чипов. Она сделала большой шаг на пути к 1 нанометру, тогда как многие ее конкуренты пока не перешли и на 7 нм. Но сейчас у компании запуск 2-нанометровой линии – он назначен на 2023 г.

1 нанометр все ближе

Компания TSMC совершила прорыв в создании 1-нанометровых микросхем, разработав технологию, упрощающую этот процесс. TSMC работала над этой технологией вместе со специалистами Национального университета Тайваня (НУТ, National Taiwan University) и Массачусетского технологического института (МТИ, Massachusetts Institute of Technology, США). Статью о новом достижении они опубликовали в британском научном журнале Nature.

Исследователи Массачусетского технологического института установили, что применение полуметаллического висмута в качестве контактного электрода двумерного материала дает возможность существенно снизить сопротивление и увеличить ток. TSMC подключилась только на следующем этапе, когда оригинальное открытие потребовало доработки.

Специалисты TSMC оптимизировали предложенный МТИ процесс осаждения. После этого в дело вступил Национальный институт Тайваня, ученые которого придумали способ сокращения компонентного канала посредством системы литографии пучка ионов гелия.

Технология почти готова

По заявлениям разработчиков, переход на 1-нанометровый техпроцесс в итоге позволит повысить производительность чипов, что приведет к росту быстродействия вычислительных систем в целом. Авторы утверждают также, что 1-нанометровые нормы обеспечивают энергоэффективность почти на грани физических пределов наноразмерных кремниевых полупроводников. С нынешними техпроцессами они эти показатели пока не сравнивают.

До перехода на 1 нм осталось всего несколько лет

При всех преимуществах новой технологии она на момент публикации статьи о ней в Nature еще требовала доработки. Авторы не уточняют, как много времени потребуется прежде, чем в мире заработает первый в мире конвейер, выпускающий 1-нанометровые микросхемы.

В то же время, нет точных данных о том, когда именно TSMC начала работать над этой технологией. Для примера, к освоению 2 нм она приступила летом 2019 г., масштабных успехов в этом она добилась год спустя, а запустить производство по этим нормам компания собирается в 2023 г. Таким образом, 1-нанометровая топология тоже может увидеть свет в самом ближайшем будущем.

Актуальное положение дел

На 20 мая 2021 г. самым современным техпроцессом в мире был 5 нм. Процессоры с такими нормами TSMC научилась выпускать еще летом 2020 г. До такого же уровня выпуск микросхем на собственных фабриках развила и корейская Samsung. Другие производители отстают от них – к примеру, Intel застряла на 10 и 14 нанометрах.

5-нанометровые процессоры сейчас есть в арсенале лишь нескольких компаний. В их числе Apple со своим M1, Qualcomm с Snapdragon 888 и Samsung с Exynos 1080.

Планы на будущее

Сейчас TSMC ведет разработку 2-нанометрового техпроцесса. В этом направлении, как сообщал CNews, она работает с лета 2019 г., не забывая при этом про промежуточные 4 и 3 нанометра.

Как цифровые технологии в промышленности дополняют бизнес

Бизнес

Сроки запуска 4-нанометрового производства компания не раскрывает. Выпуск микросхем по 3-нанометровым нормам предварительно запланирован на 2022 г.

И все же, основной упор TSMC делает именно на 2 нм. В июле 2020 г. она совершила прорыв в его создании и заявила, что за счет него можно ожидать появления первых соответствующих чипов не позднее 2024 г. Новой топологией открыто интересуется Apple – в марте 2021 г. она присоединилась к ее разработке, желая в дальнейшем стать основным заказчиком 2-нанометровой продукции TSMC. Благодаря помощи Apple TSMC сместила сроки запуска новой линии с 2024 г. на 2023 г.

За пару недель до заявления TSMC об открытии в создании 1-нанометровой микросхемы американская IBM заявила об изобретении первого в мире процессора с топологией 2 нм. Она смогла уместить 50 млрд транзисторов на кристалле размером с ноготь.

На тот момент у IBM было готово несколько тестовых образцов чипа. Она сравнила их с распространенными сейчас 7-нанометровыми процессорами и заверила, что ее новинка обладает на 75% более высокой производительностью при том же уровне потребления энергии. При этом если снизить производительность до уровня 7 нм, то потребление энергии упадет на 45%.

Цифровая трансформация вносит большой вклад в эффективность бизнеса, но не терпит спешки

ИТ в банках

Как делают процессоры и что такое техпроцесс

Самый первый коммерческий микропроцессор в истории, Intel 4004, был представлен в 1971 году. Тогда это была революция — на его площади размещалось целых 2250 транзисторов. Всего через 7 лет, в 1978-ом, был представлен Intel 8086 с 29 тысячами транзисторов. И ровно через 42 года, в 2020-м, у нас есть Apple M1 — без прикрас революционный чип с 16 миллиардами транзисторов. А всё благодаря техпроцессу.

Сегодня такие производители, как TSMC освоили производство чипов, а вернее сказать транзисторов, по 5-нанометровой технологии. Чтобы вы наглядно понимали, насколько малы такие транзисторы — волос человека имеет толщину 80 тысяч нанометров — выходит, на его разрезе в теории можно разместить 16 тысяч транзисторов. Вирус COVID-19 имеет размер 110 нм и на нём можно разместить целых 22 транзистора от Apple M1.

Однако есть теории, что производители нам немного врут и за этими значениями нанометров, как правило, скрываются другие цифры. В этом материале мы разберём с вами в том, как вообще устроен техпроцесс, что в нём измеряют, затронем производство чипов, поймём преимущества уменьшения размеров транзисторов и заглянем в будущее.

Что делают транзисторы в процессорах

Любое вычислительное устройство, будь то компьютер, смартфон или ваши AirPods, работает в двоичной системе счисления. То есть все операции записываются, просчитываются и выводятся в последовательности нулей и единиц.

Транзистор в процессоре можно представить в роли своеобразного переключателя. Если ток через него проходит — это 1, если нет — то это 0. И таких переключателей в современных процессорах миллиарды. Разная последовательность нулей и единиц образует информацию — программы, музыку, картинки, видео и даже этот текст. Раньше роль транзисторов в первых ЭВМ выполняли вакуумные лампы.

Например, в ENIAC (это первый компьютер общего назначения) использовалось 17,5 тысяч вакуумных ламп. На этом компьютере производили вычисления для создания водородной бомбы, а ещё составляли прогнозы погоды и решали задачи из математики и физики. Суммарное энергопотребление этих 17 с половиной тысяч вакуумных ламп составляло целых 150 кВт, а сама ЭВМ требовала площадь для её сборки в 167 квадратных метров при весе в 27 тонн.

Само собой, всё это очень ограничивало технические возможности таких компьютеров, благо в январе 1959 года Роберт Нойс, по совместительству один из восьми основателей легендарной компании Fairсhild Semiconductor Company в Кремниевой долине, изобрёл интегральную схему на основе кремния, принципы которой легли в основу производства всех микропроцессоров.

Почему кремний?

Все чипы, которые производятся для массового рынка, делаются на кремниевой основе. Если не углубляться совсем в какие-то страшные и непонятные цифры с формулами, то причина кроется в атомной структуре кремния, которая идеально подходит для того, чтобы делать микросхемы и процессоры практически любой конфигурации.

Получают кремний, к слову, из песка. Да, самого обычного, который у вас есть на ближайшем берегу. Но вот в чём подвох — его чистота, если говорить в цифрах, составляет 99,5% (0,5% в таком кремнии составляют разные примеси). Может показаться, что это уже суперблизко к идеальной чистоте, но нет, для процессора необходимо, чтобы кремний имел чистоту 99,9999999%. Для этого материал проводят через цепочку определённых химических реакций. После этого кремний плавят и наращивают в один большой кристалл. Весит он под сотню килограмм и выглядит следующим образом:

После этот кристалл нарезается на пластины с диаметром около 30-сантиметров, которые тщательно шлифуются, чтобы не было никаких зазубрин. Дополнительно применяется ещё химическая шлифовка. Если хотя бы на одной пластине будут шероховатости — её забракуют. А вот готовые пластины кремния отправляют на дальнейшее производство.

Как создаются транзисторы процессора?

На отполированный кремниевый диск наносится специальный фоточувствительный слой, на который затем поступает поток света — он реагирует с молекулами слоя и изменяет свойства кремниевого диска. Этот процесс называется фотолитографией. В отдельных его частях после этого ток начинает проходить иначе — где-то сильнее, где-то слабее.

Затем этот слой покрывается изолирующим веществом (диэлектриком). После на него снова наносится специальный фоточувствительный слой и данный процесс повторяется несколько раз, чтобы на площади появились миллиарды мельчайших транзисторов. Которые потом ещё соединяют между собой, тестируют, разрезают на ядра, соединяют с контактами и упаковывают в корпус процессора.

Благодаря фотолитографии у инженеров есть возможность создания мельчайших нанометровых транзисторов. Однако, как оказывается, техпроцессом в разное время называли разные вещи.

«Он вам не техпроцесс»

Изначально техпроцессом производители обозначали длину затвора у транзистора. Затвор — это один из элементов транзистора, которым контролируется поток движения электронов. То есть, он решает — будет 0 или 1.

В соответствии с законом Гордона Мура (одного из основателей Intel), количество транзисторов в чипах удваивается в два раза каждые два года. Этот закон был им выведен в 1975 году сугубо на основе личных наблюдений, но они оказались в итоге верны.

За последние годы процессоры прибавили в количестве транзисторов, производительности, но не в размерах. Когда индустрия перешла с техпроцесса 1000 нм на 700 нм, производители обратили внимание, что другие элементы транзистора не так податливы уменьшению, в отличие от затворов. Однако и уменьшать затвор тоже уже было нельзя — потому что в таком случае электроны смогли бы проходить сквозь него и вызывать нестабильную работу чипа. 

В 2012 году с переходом на 22-нанометровый техпроцесс инженеры придумали новый формат проектирование транзисторов — FinFET (от «fin» — рус. «Плавник»). Потому что он действительно стал похож на плавник рыбы.

Принцип заключается в увеличении длины канала, через который проходят электроны. За счёт этого в целом увеличивается площадь поверхности канала, что даёт возможность прохождения через него большему количеству электронов. С увеличением длины производители также получили возможность упаковки транзисторов с большей плотностью на один квадратный миллиметр.

Это, кстати, повысило производительность чипов за последние несколько лет, особенно в мобильных процессорах. Однако, из-за того что транзисторы перестали быть плоскими, став трёхмерными — это усложнило измерения их размера. Простите за тавтологию.

Разные производители, как правило, по-своему производят измерения. Например, Intel берут среднее значение двух размеров от наиболее распространённых ячеек. Кто-то делает иначе, однако в целом всё равно — нанометры, о которых говорят в графе «техпроцесс» являются чем-то усреднённым, но в целом значение практически полностью соответствует размеру одного транзистора. Но ещё, что важно в процессоре — это плотность размещения транзисторов.

Что важнее — нанометры или плотность

Многие ругают Intel за то, что они ещё не смогли выпустить свой коммерческий процессор на архитектуре 5 или 7 нм, как это делают Apple и Qualcomm. Но вот по плотности размещения транзисторов — Intel безусловный лидер. На один квадратный миллиметр 10 нм процессора Intel помещается на целых 5% больше транзисторов, чем в чипах от Apple, Qualcomm или AMD. Кстати, последние поколения процессоров от этих трёх брендов производит TSMC. 

В интернете я наткнулся на сравнительную табличку процессоров Intel и TSMC:

Обратите внимание на 10- и 7-нанометровые чипы у Intel и TSMC соответственно. Размеры составляющих у них почти идентичны, поэтому 10-нанометров Intel не сильно-то и уступают 7 нм у TSMC. А вот по производительности, за счёт повышенной плотности транзисторов, как я уже сказал выше, даже выигрывают.

Однако, чем больше плотность — тем больше нагрев, поэтому чипы Intel не подойдут для использования в мобильной технике. Зато TSMC выигрывает в плане меньшего энергопотребления и тепловыделения.

А вот тут вы можете сказать — «стоп, но как Intel выдаёт больше производительности, если Apple M1, который производит TSMC разносит старые десктопные процессоры в пух и прах». Да, это действительно так, на деле Apple M1 действительно превосходит в вычислениях Intel, но причина тут не сколько в количестве транзисторов или техпроцессе, сколько в том, насколько эффективно процессор работает с этими транзисторами. В Intel x86 есть много лишних блоков команд, которые TSMC в некоторых производимых чипах, не использует. Об этом более подробно мы писали в отдельном материале с разбором x86 и Apple M1.

Так что дают нанометры

В действительности, уменьшение техпроцесса и правда положительно влияет на такие показатели, как энергопотребление и производительность. Однако многие нюансы в производстве чипов компании не раскрывают, и найти в интернете их невозможно. А из того, что есть — создаётся впечатление о множестве противоречий.

В целом я бы советовал воспринимать цифры, которые говорят нам производители чипов, как среднее значение от всех составляющих. Так что заявлять, что производители нам врут — нельзя, но и что нанометры полностью соответствуют действительности тоже нельзя. Влияет также то, по какому формату производятся эти чипы и какие применяются материалы. В любом случае — чем меньше техпроцесс, тем лучше.

Новая структура транзистора

Вполне возможно, что вместо уменьшения техпроцесса начнётся работа по изменению структуры создание транзисторов. К примеру, Samsung недавно анонсировали технологию Gate-All-Around FET (GAAFET) для технормы в 5 нм. Подобная структура транзистора обеспечивает вхождение электронов со всех сторон, что более эффективно.

На картинке выше вы можете увидеть, что гребень затвора не сплошной, а разделён на несколько нитей. Если подобное будет реализовано и в других чипах, тогда можно рассчитывать на повышение производительности в процессорах и понижение энергопотребления не уменьшением техпроцесса, а доведением до ума того, что есть сейчас.

Что ждать в будущем?

Летающие автомобили, киборги, путешествие со скоростью света и перемещение во времени — это всё фантастика. Но вот 3 нм или 1,4 нм чипы, вполне возможно, нет.

На сегодня известно, что Intel к 2029 году планируют освоить 1,4 нм техпроцесс, а TSMC уже начали исследование 2 нм. Для этого компании должны разработать новое оборудование для производства, обучить персонал и сделать многое другое.

Другой вопрос, что транзистор 1,4 нм по размерам сопоставим примерно с 10 атомами и это может плохо отразиться на производительности. Случайные электроны могут менять биты по несколько раз в секунду и тогда о стабильных вычислениях может не идти и речи. Может быть закон Мура уже не актуален и его эпоха просто подходит к концу, а мы ещё этого не понимаем?

переименовать техпроцессы и перегнать TSMC за четыре года

На прошедшем сегодня мероприятии Intel Accelerated компания Intel объявила о масштабном переименовании разрабатываемых техпроцессов, а также представила форсированный план по возвращению себе лидерства в сфере полупроводникового производства. Среди прочего в плане фигурируют производственные нормы с размерностью узлов, которые впервые в отрасли заданы в ангстремах, а не нанометрах.

Сделанный на мероприятии Intel Accelerated анонс включает в себя три составляющих. Во-первых, Intel заявила об отказе от традиционного числового определения производственных норм в нанометрах. Во-вторых, компания объявила о скором завершении нанометровой эры и наметила переход к полупроводниковым технологиям уровня ангстремов. В-третьих, Intel обозначила сроки, в которые она вернёт себе производственное лидерство  — к 2025 году.

Наиболее значительный анонс касается перехода Intel на употребление новой номенклатуры собственных техпроцессов. Так, начиная с сегодняшнего дня, технология 10 нм Enhanced SuperFIN переименовывается в Intel 7, что фактически ставит третью итерацию 10-нм техпроцесса компании на одну ступень с 7-нм техпроцессом TSMC. Таким образом Intel хочет показать, что её 10-нм техпроцесс не уступает по параметрам той технологии, которая используется, например, для выпуска современных процессоров AMD Ryzen.

Переименование во многом сделано по маркетинговым причинам, но оно имеет под собой и технические основания. Традиционно то, что называется нормами техпроцесса, характеризовало длину затвора транзистора. Однако по мере усложнения полупроводниковых технологий, что зачастую было связано с изменением структуры самих транзисторов, производители стали оперировать понятием «эквивалентного разрешения затвора»  — величиной, которая не имеет связи ни с какой измеримой характеристикой. Именно поэтому Intel переходит к новой терминологии и заменяет абстрактные нанометры новой базовой характеристикой, которая будет напрямую связана с соотношением производительности и энергопотребления.

Производственные технологии Intel теперь будут получать названия Intel 7, Intel 4, Intel 3, и затем — Intel 20A. Как было сказано на мероприятии, каждый шаг будет происходить при улучшении ключевого параметра  — производительности на ватт. При этом каждый раз это всё равно будет сопряжено с геометрическим уменьшением норм, но компания перестанет указывать какое-либо количественное разрешение техпроцесса.

Технология Intel 10 нм SuperFIN, используемая в настоящее время для производства процессоров Tiger Lake, сохранит своё устоявшееся название. Но все последующие техпроцессы будут называться иначе:

  • Intel 7 (бывшая технология Intel 10 нм Enhanced SuperFIN)  — обеспечит увеличение производительности на ватт примерно на 10-15 % по сравнению с Intel 10nm SuperFin за счёт оптимизации структуры транзисторов FinFET. Технология будет применяться в производстве процессоров Alder Lake, которые выйдут в этом году, и серверных чипов Sapphire Rapids, которые начнут поставляться в первом квартале 2022 года.
  • Intel 4 (бывшая Intel 7 нм)  — обеспечит улучшение производительности на ватт примерно на 20 % наряду с дальнейшим увеличением плотности транзисторов и внедрением EUV-литографии. Intel 4 дебютирует во второй половине 2022 года и будет применяться в клиентских процессорах Meteor Lake и серверных процессорах Granite Rapids, которые выйдут в 2023 году.
  • Intel 3  — обеспечит прирост производительности на ватт примерно на 18 % по сравнению с Intel 4, используя дальнейшие оптимизации структуры FinFET и расширенное применение EUV-литографии. Готовность Intel 3 к массовому производству ожидается во второй половине 2023 года.
  • Intel 20A  — станет первым техпроцессом Intel с размерностью транзисторов в ангстремах. Запуск Intel 20A ожидается в 2024 году.
  • Intel 18A  — намечен на начало 2025 года. На этом этапе Intel собирается внедрить EUV-литографию с высокой числовой апертурой (High NA EUV), для чего компания сотрудничает с ASML.

Стоит отметить, что хотя в наименовании Intel 20A и Intel 18A сделана отсылка к ангстремам — десятым долям нанометров, в смысле размеров транзисторов это фактически не значит ничего конкретного. Важно другое: эти два техпроцесса будут значительно отличаться от предшествующих технологий тем, что в них начнут использоваться транзисторы RibbonFET с новой внутренней структурой — Gate All Around (GAA) — с каналами, полностью окружёнными затворами. Такие транзисторы обеспечивают более высокую скорость переключения при меньшей занимаемой площади благодаря структуре с несколькими наноканалами.

Помимо RibbonFET в техпроцессах Intel 20A и Intel 18A будет применена технология PowerVia  — подведение питания с обратной стороны кремниевого кристалла, что должно упростить трассировку сигналов за счёт избавления от необходимости маршрутизации цепей питания на фронтальной стороне кремниевого кристалла.

Попутно Intel раскрыла планы в части совершенствования технологий многоуровневой компоновки микросхем. Представленная в 2017 году технология 2,5D-монтажа EMIB (Embedded Multi-die Interconnect Bridge), обеспечивающая соединение кристаллов в единое целое полупроводниковыми мостиками, найдёт новое применение в серверных процессорах Sapphire Rapids. Они будут собираться из нескольких кристаллов, но предложат уровень производительности, свойственный монолитным решениям. Технология же «многоэтажного» 3D-монтажа нескольких кристаллов Foveros станет ключевым элементом процессоров Meteor Lake.

После 2023 года обе компоновочные схемы будут совершенствоваться. В EMIB увеличится плотность контактов, что позволит реализовывать более сложные межчиповые соединения. Foveros же эволюционирует в Foveros Omni — технологию, которая позволит соединять кристаллы между собой сразу в нескольких слоях проводников. Параллельно обещана и другая технология, Foveros Direct, где межкристальные соединения будут осуществляться напрямую — на уровне «медь с медью», без промежуточных контактов с зазором не более 10 нм. Такая компоновка уменьшит сопротивления и увеличит производительность межчиповых соединений, а значит, фактически уничтожит грань между полупроводниковыми кристаллами в сплотке. Совместное применение Foveros Omni и Foveros Direct должно открыть путь к созданию практически монолитных кремниевых 3D-решений. Обе эти технологии должны стать доступны в 2023 году и смогут применяться с техпроцессом Intel 20A.

Представленный масштабный план обозначает желание Intel значительно интенсифицировать внедрение инноваций в области полупроводникового производства, догнать TSMC в 2024 году и вернуть себе лидерство в отрасли к 2025 году. «Мы уже работаем над 18А, но я не буду вдаваться в технические подробности, — сказал доктор Санджай Натараджан ( Sanjay Natarajan), старший вице-президент Intel и главный менеджер по разработке техпроцессов.  — Главное: мы считаем, что к 2025 году Intel займёт лидирующие позиции в области полупроводникового производства с технологией 18А». Очевидно, что во многом этот план полагается на внедрение High NA EUV-оборудования, способного обеспечивать лучшее разрешение литографии, чем сегодняшние EUV-сканеры. И Intel заявляет, что ей удастся получить от ASML необходимые агрегаты первой в отрасли.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

7. Технология изготовления процессоров

7.1. История развития процессоров

История развития технологии производства процессоров полностью соответствует истории развияия технологии производства элементной базы.

Первым этапом затронувшим период с сороковых по конец пятидесятых годов, было создание процессоров с использованием электромеханических реле, ферритовых сердечников (устройств памяти) и вакуумных ламп. Они устанавливались в специальные разъёмы на модулях, собранных в стойки. Большое количество таких стоек, соединённых проводниками, в сумме представляли процессор. Отличительной особенностью была низкая надёжность, низкое быстродействие и большое тепловыделение.

Вторым этапом, с середины пятидесятых до середины шестидесятых, стало внедрение транзисторов. Транзисторы монтировались уже на близкие к современным по виду платам, устанавливаемым в стойки. Как и ранее, в среднем процессор состоял из нескольких таких стоек. Возросло быстродействие, повысилась надёжность, уменьшилось энергопотребление.

Третьим этапом, наступившим в середине шестидесятых годов, стало использование микросхем. Первоначально использовались микросхемы низкой степени интеграции, содержащие простые транзисторные и резисторные сборки, затем по мере развития технологии стали использоваться микросхемы, реализующие отдельные элементы цифровой схемотехники (сначала элементарные ключи и логические элементы, затем более сложные элементы — элементарные регистры, счётчики, сумматоры), позднее появились микросхемы, содержащие функциональные блоки процессора — микропрограммное устройство, арифметико-логическое устройство, регистры, устройства работы с шинами данных и команд.

Четвёртым этапом стало создание микропроцессора, при котором на одной микросхеме физически были расположены все основные элементы и блоки процессора. Фирма Intel в 1971 году создала первый в мире 4-х разрядный микропроцессор 4004, предназначенный для использования в микрокалькуляторах. Постепенно практически все процессоры стали выпускаться в формате микропроцессоров. Исключением долгое время оставались только малосерийные процессоры, аппаратно оптимизированные для решения специальных задач (например суперкомпьютеры или процессоры для решения ряда военных задач), либо процессоры, к которым предъявлялись особые требования по надёжности, быстродействию или защите от электромагнитных импульсов и ионизирующей радиации. Постепенно, с удешевлением и распространением современных технологий, эти процессоры также начинают изготавливаться в формате микропроцессора.

Первым общедоступным микропроцессором был 4-разрядный Intel 4004. Его сменили 8-разрядный Intel 8080 и 16-разрядный 8086, заложившие основы архитектуры всех современных настольных процессоров. Но из-за распространённости 8-разрядных модулей памяти был выпущен 8088, клон 8086 с 8-разрядной шиной памяти. Затем проследовала его модификация 80186. В процессоре 80286 появился защищённый режим с 24-битной адресацией, позволявший использовать до 16 Мб памяти. Процессор Intel 80386 появился в 1985 году и привнёс улучшенный защищённый режим, 32-битную адресацию, позволившую использовать до 4 Гб оперативной памяти и поддержку механизма виртуальной памяти. Эта линейка процессоров построена на регистровой вычислительной модели.

Параллельно развиваются микропроцессоры, взявшие за основу стековую вычислительную модель.

Переход на 2 нм и тонкости техпроцесса

Иан Катрис с AnandTech написал интересную заметку о новом первом в мире 2 нм процессоре от IBM. Вещь интересная, так что считаю полезным поделиться. 

По материалам AnandTech

Каждое новое десятилетие проверяет на прочность пределы закона Мура, и это десятилетие ничем не отличается. Благодаря Extreme Ultra Violet (EUV) и другим технологическим улучшениям появилась возможность ещё больше уменьшить размер транзисторов.

Тут следует пояснить, что несмотря на то, что новость озаглавлена как «переход на технологический процесс производства 2 нм», это переход не в классическом понимании. Дело в том, что раньше уменьшение техпроцесса было эквивалентной метрикой для размера элемента на кристалле в 2D (в смысле, в двух измерениях, то есть на плоскости), например, так было с 90 нм, 65 нм и 40 нм. Однако с распространением технологии производства FinFETs и 3D-дизайна транзисторов произошло изменение, и теперь для простоты по-прежнему говорят «5-нанометровые транзисторы», но понимают как «пятинанометровые транзисторы в эквиваленте 2D-дизайна». По факту некоторые вспомогательные части транзисторов (например, ребра с изоляцией) могут быть «толще», чем 5 нм. Однако тут нанометровая метрика используется в контексте повышения плотности расположения транзисторов на плате.  То есть транзисторы могут быть толще, но на плоскости их разместили так, что это количество соответствует заявленному техпроцессу. 

В пресс-релизе говорится, что разработка IBM 2-нм техпроцессов улучшит производительность на 45% при той же мощности или приведет к 75% энергоэффективности при той же производительности по сравнению с современными 7-нм процессорами. IBM также подчеркивает, что компания была первой как при разработке 7 нм техпроцесса в 2015 году, так и 5 нм в 2017 году. При этом с 5 нм произошел переход с FinFET на технологии нанолистов, которые позволяют более точно настраивать характеристики напряжения отдельных транзисторов.

Таким образом, IBM заявляет, что, во-первых, она по-прежнему великая и инновационная компания, а, во-вторых, с помощью этой технологии можно разместить «50 миллиардов транзисторов на микросхеме размером с ноготь». Журналисты Anandtech первым делом обратились к IBM с просьбой разъяснить, что в компании понимают под размером ногтя, и получили ответ, что речь о площади 150 квадратных миллиметров. Таким образом, плотность транзисторов IBM составляет 333 миллиона транзисторов на квадратный миллиметр.

Пиковая плотность транзисторов в миллионах транзисторов на квадратный миллиметр

РазмерыIBMTSMCIntelSamsung
22нм  16,5 
16нм/14нм 28,8844,6733,32
10нм 52,51100,7651,82
7нм 91,2237,1895,08
5нм 171,3  
3нм 292,21  
2нм333,33   
Данные собраны из доступных открытых источников. У разных производителей понимание техпроцесса и плотности может отличаться.

Как видите, у разных производителей официальные названия техпроцессов обладают разной плотностью. Стоит отметить, что значения плотности часто указываются как пиковая плотность для компоновки транзисторов. Однако, например, самые быстрые части процессора могут обладать даже в 2 раза меньшей плотностью расположения транзисторов. Обычно это связано с вопросами температуры (то есть, по сути, им дают больше пространства, чтобы они в кучке не перегревались и не выходили из строя).

Судя по картинкам, IBM использует трехступенчатую технологию посадки транзисторов (Gate-All-Around — GAA). Samsung планирует использовать GAA при переходе на 3 нм, а TSMC хочет подождать до перехода на 2 нм. В свою очередь, Intel по ожиданиям аналитиков перейдет на GAA при производстве процессоров по техпроцессу 5 нм. 

GAA в разрезе. То есть башенки транзисторов всё выше, но в 2D это рост количества транзисторов на одной площади.

Трехступенчатая GAA башенка от IBM обладает высотой 75 нм и шириной 40 нм. Расстояние между блоками — 5 нм.

Если вас интересует, почему вообще IBM является первой компанией, разработавшей 2-нм техпроцесс, то ответ прост. Сегодня IBM обладает одним из ведущих мировых R&D (исследовательским центром) по полупроводниковым технологиям. Несмотря на отсутствие портфеля привычных коммерческих решений на продажу (как у Samsung или Qualcomm), IBM вместе с другими компаниями занята разработкой.  

Также тут можно отметить, что IBM продала свое производство GlobalFoundries (это американская компания, занимающаяся производством полупроводниковых интегральных схем) с 10-летним партнерским соглашением еще в 2014 году. Ещё IBM в настоящее время работает с Samsung и недавно объявила о партнерстве с Intel. Несомненно, Intel и Samsung будут сотрудничать с IBM, так как обе компании разрабатывают собственные коммерческие чипсеты. 

Кроме пресс-релиза, фотографию «вафли» (wafer – полупроводниковая пластина, на поверхности которой производится массив полупроводников и интегральных схем) и заявления, что продукт создали в исследовательской лаборатории в Олбани, пока что никакой подробной информации IBM не представила, так что можно предположить, что на текущий момент собрали лишь демо-образец с базовой логикой, демонстрирующий, что в целом всё работает. 

Заключение

2 нм чипсеты или процессоры – это вещь, безусловно, интересная. Например, учитывая, что и текущую мощность чипсетов в смартфонах некуда девать, возможно, будут представлены новые энергоэффективные решения, которые при сохранении текущих показателей производительности будут на 75% экономичнее. А вот процессорам в ноутбуках больше пригодится прирост производительности. 

Интересно, что получается, что IBM значительно обходит по времени остальных игроков рынка. Впрочем, TSMC говорит, что уже в следующем году перейдет на производство чипсетов и процессоров по технологии 4 нм и 3 нм. 

Так как IBM в основном разрабатывает решения для собственных нужд, непонятно, когда будут представлены конкретные продукты. Хотя, учитывая сотрудничество с Intel и Samsung, наработки IBM могут опосредованно попасть на рынок. Ну и для полноты картины стоит отметить, что в этом году IBM планирует представить свой собственный 7-нм процессор, который будет использоваться в Power Systems (Power Systems – это линейка серверов от IBM, работающая на архитектуре POWER (RISC)).

Очевидно, что порядок вещей релиз IBM не изменит и на рынок 2 нм чипсеты раньше времени не попадут. Однако хорошо знать, что технологии развиваются, а нам как пользователям электроники есть чему радоваться и удивляться.

Технология производства процессоров.

Производство Технология производства процессоров.

просмотров — 82

AMD Athlon MP.

AMD Athlon ХР

Intel Хеоn.

Intel Itanium.

11. Основные технологии корпорации AMD.

14. 64-х разрядные процессоры AMD.

15. AMD Opteron (SledgeHammer) и AMD Athlon 64 (ClawHammer)

16. Понятие многоядерности.

17. Двухядерные процессоры

18. Последующие разработки Intel.

19. Двухядерные процессоры Opteron и Athlon 64.

20. Двухъядерный процессор Athlon 64 Х2.

21. Последующие разработки AMD

При производстве процессоров используются так называемые технологические нормы, означающие допустимое расстояние между цепями на кристалле и минимально возможный размер логических и других элементов. Чем меньше это расстояние, тем больше элементов можно разместить на единице площади кристалла или при неизменном числе элементов сделать больше кристаллов из исходной кремниевой пластины. Уменьшение размеров приводит и к уменьшению рассеиваемой мощности, что позволяет поднять рабочую частоту, на которой надежно функционируют элементы процессора.

По этой причине всœе производители постоянно ужесточают технологические нормы для повышения производительности процессоров. Сравнительно недавно стандартом считался показатель 0,25 микрон (250 нанометров), затем процессоры изготавливали большей частью по норме 0,18 или 0,13 микрон.

Переход в 2003 году на технологический процесс с нормами 90 нм (0,09 мкм) дал возможность построения более сложных микросхем, снижения себестоимости продукции, увеличения выхода чипов с одной пластины. Одним из первых серийных компонентов, производимых по этой технологии, являлся процессор Pentium 4 с ядром Prescott. Он имел транзисторы с длиной затвора около 50 нм, что позволило преодолеть барьер 4 ГГц рабочей частоты при умень­шении размера кристалла.

Большинство современных процессоров выпускается с соблюдением 45-нанометрового техпроцесса. В перспективе планируется переход к так называемой «террагерцовой» технологии изготовления транзисторов процессора с длиной затвора менее 20 нм, способных переключаться с частотой более одного триллиона раз в секунду.

2. AMD и Intelдва различных подхода к проектированию архитектуры процессоров.

Противостояние на рынке процессоров корпорации Intel и компании Advanced Micro Devices (AMD) определяется двумя прин­ципиально различными подходами к проектированию архитектуры массовых процессоров.

Подход Intelтехнологиче­ский — делается всœе возможное для повышения частоты работы ядра процессора. Подход AMDинтеллектуальный — тенденция обеспечения выполнения максимально возможного числа инструкций за один такт.

На практике, в конкретном воплощении архитектуры про­цессора принципиальное различие в технической идеологии несколько нивелируется за счет различных решений

КомпанияAMD последовательно совершенствует механизмы распараллеливания инструкций, вводит глубокую, многоступенчатую предвыборку, оснащает процессор другими интеллектуальными механизмами, позволяющими извлекать из кода большие куски, пригодные для одновременного исполнения. Вместе с тем AMD использует новые технологические процессы, помогающие поднять и рабочую частоту процессоров.

Относительное лидерство корпорации Intel можно объяснять меньшими финансовыми возможностями AMD, трудностями с внедрением новых технологий, ошибками в маркетинговой политике, но нельзя не заме­тить главной причины: задачи оптимизации архитектуры процессора и структуры кода для эффективного распараллеливания и опережа­ющего исполнения пока не решены даже на теоретическом уровне. По этой причине на равной тактовой частоте процессоры AMD в общем случае превосходят изделия Intel, а по абсолютно большему значению частоты корпо­рация Intel впереди.

3. Процессор Intel Pentium 4 (Willamette).

В ноябре 2000 ᴦ. компания Intel приступила к производству 32-раз­рядного процессора седьмого поколения Pentium 4 с ядром Willamette. Разработку пришлось фор­сировать в связи с началом поставок в августе 1999 года процессора седьмого поколения Athlon фирмы AMD. Отставание во внедрении но­вой архитектуры более чем на год в истории Intel случилось впервые.

ПроцессорPentium 4 с ядром Willamette содержал около 42 миллионов транзис­торов, что в сочетании с высокими рабочими частотами подразумевало большую тепловую мощность (до 75 Вт). Предусмотрен блок управления терморежимом процес­сора. В случае превышения заданного критического значения темпе­ратуры (к примеру, для Pentium 4 с ядром Willamette и частотой 2 ГГц71 градус), происходило снижение рабочей частоты вплоть до останова процессора с выдачей предупреждения пользователю.

В архитектуре Pentium 4 видно влияние техно­логического подхода к проектированию процессоров. Сред­нее число выполняемых за такт операций не только не возросло, но даже упало по сравнению с процессором предыдущего поколения Pentium III. В итоге при равных рабочих частотах Pentium 4 проигрывал в производительности своему предшественнику.

Основой процессоров Pentium 4 стала архитектура NetBurst, в которой использовался ряд новых для того времени технологий.


Читайте также


  • — Технология производства процессоров.

    AMD Athlon MP. AMD Athlon ХР Intel Хеоn. Intel Itanium. 11. Основные технологии корпорации AMD.14. 64-х разрядные процессоры AMD. 15. AMD Opteron (SledgeHammer) и AMD Athlon 64 (ClawHammer) 16. Понятие многоядерности. 17. Двухядерные процессоры 18. Последующие разработки Intel. 19. Двухядерные процессоры Opteron и Athlon… [читать подробенее]


  • — Технология производства процессоров.

    AMD Athlon MP. AMD Athlon ХР Intel Хеоn. Intel Itanium. 11. Основные технологии корпорации AMD.14. 64-х разрядные процессоры AMD. 15. AMD Opteron (SledgeHammer) и AMD Athlon 64 (ClawHammer) 16. Понятие многоядерности. 17. Двухядерные процессоры 18. Последующие разработки Intel. 19. Двухядерные процессоры Opteron и Athlon… [читать подробенее]


  • Что такое процессор (ЦП)? Определение с сайта WhatIs.com

    Процессор (ЦП) — это логическая схема, которая реагирует на основные инструкции, управляющие компьютером, и обрабатывает их. ЦП считается основным и наиболее важным чипом интегральной схемы (ИС) в компьютере, поскольку он отвечает за интерпретацию большинства команд компьютера. ЦП будут выполнять большинство основных арифметических, логических операций и операций ввода-вывода, а также распределять команды для других микросхем и компонентов, работающих на компьютере.

    Термин процессор используется взаимозаменяемо с термином центральный процессор (ЦП), хотя, строго говоря, ЦП — не единственный процессор в компьютере.Графический процессор (графический процессор) является наиболее ярким примером, но жесткий диск и другие устройства в компьютере также выполняют некоторую обработку независимо. Тем не менее, термин процессор обычно понимается как ЦП.

    Процессоры

    можно найти в ПК, смартфонах, планшетах и ​​других компьютерах. Двумя основными конкурентами на рынке процессоров являются Intel и AMD.

    Основные элементы процессора

    В состав базовых элементов процессора входят:

    • Арифметико-логический блок (АЛУ), который выполняет арифметические и логические операции над операндами в командах.
    • Блок с плавающей запятой (FPU), также известный как математический сопроцессор или числовой сопроцессор, специализированный сопроцессор, который манипулирует числами быстрее, чем это может сделать базовая схема микропроцессора.
    • Регистры, в которых хранятся инструкции и другие данные. Регистры поставляют операнды в ALU и сохраняют результаты операций.
    • кэш-память L1 и L2. Их включение в ЦП экономит время по сравнению с необходимостью получать данные из оперативной памяти (ОЗУ).

    Операции ЦП

    Четыре основные функции процессора — выборка, декодирование, выполнение и обратная запись.

    • Fetch — это операция, которая получает инструкции из памяти программ из ОЗУ системы.
    • Decode — это место, где инструкция преобразуется, чтобы понять, какие другие части ЦП необходимы для продолжения операции. Это выполняется декодером команд
    • .
    • Execute — это место, где выполняется операция. Каждая необходимая часть ЦП активируется для выполнения инструкций.

    Компоненты и принцип работы ЦП

    Основными компонентами ЦП являются АЛУ, регистры и блок управления.Основные функции ALU и регистра обозначены в приведенных выше «основных элементах процессорной секции». Блок управления — это то, что выполняет выборку и выполнение инструкций.

    Процессор персонального компьютера или встроенный в небольшие устройства часто называют микропроцессором. Этот термин означает, что элементы процессора содержатся в одной микросхеме IC. Некоторые компьютеры будут работать с многоядерным процессором — микросхемой, содержащей более одного процессора. ЦП обычно представляет собой небольшое устройство с контактами вниз на материнской плате.ЦП также можно прикрепить к материнской плате с радиатором и вентилятором для отвода тепла.

    Типы

    Большинство современных процессоров являются многоядерными, что означает, что ИС содержит два или более процессора для повышения производительности, снижения энергопотребления и более эффективной одновременной обработки нескольких задач (s ee: параллельная обработка). Многоядерные конфигурации аналогичны установке нескольких отдельных процессоров на одном компьютере, но поскольку процессоры фактически подключены к одному и тому же разъему, соединение между ними происходит быстрее.

    Большинство компьютеров могут иметь от двух до четырех ядер; однако это число может увеличиться, например, до 12 ядер. Если ЦП может обрабатывать только один набор инструкций одновременно, то он считается одноядерным процессором. Если ЦП может обрабатывать два набора инструкций одновременно, он называется двухъядерным процессором; четыре набора будут считаться четырехъядерным процессором. Чем больше ядер, тем больше инструкций может обрабатывать компьютер за раз.

    Некоторые процессоры используют многопоточность, при которой используются виртуализированные ядра процессора.Виртуализированные ядра процессора называются vCPU. Они не так мощны, как физические ядра, но могут использоваться для повышения производительности виртуальных машин (ВМ). Однако добавление ненужных виртуальных ЦП может снизить коэффициенты консолидации, поэтому на физическое ядро ​​должно приходиться от четырех до шести виртуальных ЦП.

    Что такое процессор и для чего он нужен?

    Аббревиатуры — излюбленный способ в мире высоких технологий придать захватывающим технологиям невероятно запутанный вид. При поиске нового ПК или ноутбука в спецификациях будет указан тип процессора, который вы можете ожидать от нового блестящего устройства.К сожалению, они почти всегда не могут сказать вам, почему это так важно.

    Столкнувшись с выбором между AMD и Intel, двух- или четырехъядерным процессором, i3 и i7, может быть трудно определить разницу и почему это важно. Может быть сложно определить, что лучше для вас, но мы здесь, чтобы помочь вам.

    Что такое процессор?

    Rost9 / Shutterstock

    Основной процессор (ЦП) часто называют мозгом компьютера.Это один из нескольких процессоров, но, возможно, самый важный. ЦП выполняет вычисления, действия и запускает программы.

    В старых компьютерах эти функции были разделены между несколькими процессорами. Но улучшения в производстве и дизайне означают, что весь ЦП может уместиться на одном кристалле. Вот почему иногда можно услышать, что процессоры также называют микропроцессорами.

    Эти меньшие размеры означают, что мы можем уменьшить размер компьютеров до моноблоков и иметь более тонкие и легкие ноутбуки.Эти мощные процессоры также играют ключевую роль в производительности вашего смартфона.

    Что делает процессор?

    За годы, прошедшие с тех пор, как появились первые процессоры, было внесено множество улучшений. Несмотря на это, основная функция ЦП осталась прежней и состоит из трех шагов; получить, декодировать и выполнить.

    Fetch

    Как и следовало ожидать, выборка включает получение инструкции. Команда представлена ​​в виде ряда чисел и передается в ЦП из ОЗУ.Каждая инструкция — это лишь небольшая часть любой операции, поэтому ЦП должен знать, какая инструкция будет следующей.

    Текущий адрес инструкции хранится программным счетчиком (ПК). Затем ПК и инструкции помещаются в регистр инструкций (IR). Впоследствии длина ПК увеличивается для ссылки на адрес следующей инструкции.

    Декодировать

    После того, как команда выбрана и сохранена в IR, ЦП передает ее в схему, называемую декодером команд.Это преобразует инструкцию в сигналы, которые будут переданы другим частям ЦП для выполнения действий.

    Выполнить

    На последнем этапе декодированные инструкции отправляются в соответствующие части ЦП для выполнения. Результаты обычно записываются в регистр ЦП, где на них могут ссылаться более поздние инструкции. Думайте об этом как о функции памяти на вашем калькуляторе.

    Что такое многоядерные процессоры?

    Ранние компьютеры имели только одно ядро ​​процессора, поэтому ЦП был ограничен обработкой одного набора инструкций за раз.Вот почему эти старые компьютеры были относительно медленными, а обработка данных требовала много времени.

    С годами производители довели одноядерные процессоры до предела своих возможностей, поэтому они начали искать другие способы улучшить возможности процессора. Вот почему теперь у нас есть многоядерные процессоры, и такие фразы, как двухъядерный, четырехъядерный и восьмиядерный, часто украшают маркетинговые материалы для ПК.

    Однако они не такие сложные, как кажется на первый взгляд.Например, двухъядерный процессор — это всего лишь два отдельных процессора на одном кристалле. Вместо того, чтобы полностью переделывать ЦП, компании внесли улучшения в производственный процесс для повышения производительности.

    Совсем недавно разработчики процессоров нашли способ еще больше повысить производительность, заставив одноядерный процессор работать так, как если бы он имел два ядра. Это называется гиперпоточностью и распространено в большинстве процессоров Intel Core.

    Понимание спецификаций ЦП

    Понимание того, как работает ЦП, имеет решающее значение, особенно если вы объедините это с осознанием ведущих брендов и диапазонов.Однако есть много вариантов с похожими высокоуровневыми спецификациями.

    Чтобы помочь вам эффективно сравнивать модели, вы можете принять во внимание некоторые дополнительные более подробные спецификации. Это поможет вам выбрать между процессорами, когда придет время инвестировать в новый современный процессор для вашего компьютера.

    Сравнение мобильных ЦП и настольных ПК

    Традиционно компьютеры были большими, статичными, настольными электронными устройствами, постоянно питаемыми от электросети.Однако теперь у нас есть ноутбуки, смартфоны, планшеты и устройства для умного дома с процессорами, более мощными, чем у старых компьютеров.

    Для перехода к более портативному образу жизни в устройствах используются специально разработанные мобильные процессоры. Эти процессоры оптимизированы с точки зрения энергопотребления и эффективности, чтобы максимально продлить срок службы батареи. К сожалению, многие производители называют свои процессоры для мобильных и настольных ПК одинаково, но с разными номерами диапазонов и суффиксами.

    Несмотря на отсутствие стандарта, обычно мобильные процессоры обозначаются буквами «U» для сверхнизкого энергопотребления, «HQ» для высокопроизводительной графики и «HK» для высокопроизводительной графики и разгона. Точно так же к настольным процессорам добавляется буква «K» для разгона и «T» для оптимизации энергопотребления.

    32 против 64-битных ЦП

    Ваш процессор не получает постоянного потока данных. Вместо этого он получает данные более мелкими фрагментами, известными как слово.Производительность процессора ограничена количеством бит в слове. Хотя 32-разрядные процессоры были впервые разработаны в 1940-х годах, они стали применяться гораздо позже.

    К 1990-м годам они были достаточно доступны, чтобы их можно было использовать в бытовой электронике, и все считали, что 32 бита будут относительно перспективными. Однако, как и предсказывалось законом Мура, технологии продолжали совершенствоваться, и вскоре 32-битные процессоры стали ограничивающим фактором для аппаратного и программного обеспечения.В результате от них постепенно отказались в пользу 64-битных процессоров, являющихся текущим мировым стандартом.

    Расчетная мощность процессора

    Расчет тепловой мощности — это мера максимальной мощности в ваттах, которую потребляет ваш процессор. Хотя более низкое энергопотребление, безусловно, положительно сказывается на счетах за электроэнергию, оно может иметь еще одно удивительное преимущество; меньше тепла.

    Тип разъема ЦП

    ЦП должен быть подключен к другим компонентам через материнскую плату, чтобы составить полностью работающий компьютер.При выборе ЦП необходимо убедиться, что типы сокетов ЦП и материнской платы совпадают.

    Кэш L2 / L3

    Кэш L2 и L3 — это встроенная оперативная память, которую ЦП может использовать во время обработки. Чем больше у вас его, тем быстрее будет работать ваш процессор.

    Частота

    Частота относится к рабочей скорости процессора. До появления многоядерных процессоров частота была наиболее важным показателем производительности отдельных процессоров.Несмотря на добавление функций, это по-прежнему жизненно важная спецификация, которую необходимо учитывать. Примечательно, что, например, очень быстрый двухъядерный ЦП может превзойти более медленный четырехъядерный ЦП.

    Мозги в процессе работы

    Центральный процессор, возможно, является наиболее важным компонентом вашего компьютера. Он выполняет все задачи, которые вы ассоциируете с компьютерами, а остальные части в основном существуют для поддержки ЦП. Несмотря на соблюдение одних и тех же руководящих принципов на протяжении многих десятилетий, произошли заметные улучшения, такие как добавление нескольких ядер и использование гиперпоточности.

    В совокупности они делают наши компьютеры, ноутбуки, планшеты, смартфоны и подключенное оборудование более мощными и, в конечном итоге, более ценными. Однако существует множество обновлений, которые вы можете сделать на своем текущем ПК, чтобы модернизировать его и повысить производительность.

    Какие обновления больше всего повысят производительность вашего ПК?

    Нужен более быстрый компьютер, но не уверены, что следует обновить на своем ПК? Следуйте нашему контрольному списку обновления ПК, чтобы узнать.

    Читать далее

    Об авторе Джеймс Фрю (Опубликовано 297 статей)

    Джеймс — опытный технологический журналист, ранее он работал редактором Руководства покупателя MakeUseOf.Его цель — сделать технологии доступными и безопасными для всех. Получив степень бакалавра в области машиностроения, он также увлечен психическим здоровьем, устойчивым развитием и музыкой.

    Более От Джеймса Фрю
    Подпишитесь на нашу рассылку новостей

    Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы получать технические советы, обзоры, бесплатные электронные книги и эксклюзивные предложения!

    Нажмите здесь, чтобы подписаться

    технологий для процессоров |

    драмов РА Расположение / Регион — Выберите -Единый StatesCanadaAfghanistanAland IslandsAlbaniaAlgeriaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBolivia, многонациональное государство ofBonaire, Синт-Эстатиус и SabaBosnia и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Индийский океан TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral африканских RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Килинг) IslandsColombiaComorosCongoCongo, Демократическая Республика theCook IslandsCosta RicaCote d’IvoireCroatiaCubaCuraçaoCyprusCzech RepublicDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEstoniaEthiopiaFalkland острова (Мальвинские) Фарерские островаФиджиФинляндияФранцияФранцузская ГвианаФранцузская ПолинезияФранцузские Южные территорииГабонГамбияГрузияГерманияГанаГибралтарГрецияГренландияГренадаГваделупаГватемалаГернсиГвинеяГвинея-БисауГайанаХайт Остров iHeard и McDonald IslandsHoly Престол (Ватикан) HondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIran, Исламская Республика ofIraqIrelandIsle из ManIsraelItalyJamaicaJapanJerseyJordanKazakhstanKenyaKiribatiKorea, Корейская Народно-Демократическая Республика ofKorea, Республика ofKuwaitKyrgyzstanLao Народная Демократическая RepublicLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyan Arab JamahiriyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacaoMacedonia, бывшая югославская Республика ofMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesia, Федеративные Штаты OfMoldova, Республика ofMonacoMongoliaMontenegroMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNepalNetherlandsNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorwayOmanPakistanPalestinian край, ОккупированнаяПанамаПапуа-Новая ГвинеяПарагвайПеруФилиппиныПиткэрнПольшаПортугалияКатарВоссоединениеРумынияРоссийская ФедерацияРуандаСент-БартелемиСвятая Елена, Вознесение и Тристан-да-КуньяСент-Китс и НевисСент-ЛюсияСент-Мартен (французский часть) Сен-Пьер и MiquelonSaint Винсент и GrenadinesSamoaSan MarinoSao Том и PrincipeSaudi ArabiaSenegalSerbiaSeychellesSierra LeoneSingaporeSint Маартны (Голландская часть) SlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSouth Джорджия и Южные Сандвичевы IslandsSouth SudanSpainSri LankaSudanSurinameSvalbard и Ян MayenSwazilandSwedenSwitzerlandSyrian Arab RepublicTaiwanTajikistanTanzania, Объединенная Республика ofThailandTimor-LesteTogoTokelauTongaTrinidad и TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks и Кайкос IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited арабского EmiratesUnited Королевство УругвайУзбекистан Вануату Венесуэла, Боливарианская Республика Вьетнам Виргинские острова, Британские Уоллис и Футуна Западная Сахара Йемен Замбия Зимбабве

    Что такое процессор? Вот все, что вам нужно знать

    Если вы только изучаете мир компьютеров и электроники, терминология, используемая для обозначения различных частей, может сбивать с толку.Один компонентный термин, с которым вы, возможно, столкнулись, — это «ЦП», что означает «центральный процессор».

    Процессоры

    установлены практически на всех ваших устройствах, будь то умные часы, компьютер или термостат. Они несут ответственность 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 — это основной компонент, определяющий вычислительное устройство, и, хотя он имеет решающее значение, ЦП может работать только вместе с другим оборудованием.Силиконовый чип находится в специальном гнезде, расположенном на главной плате (материнской плате или материнской плате) внутри устройства. Он отделен от памяти, в которой временно хранится информация. Он также отделен от видеокарты или графического чипа, который отображает видео и трехмерную графику, отображаемую на вашем экране.

    Процессоры

    построены путем размещения миллиардов микроскопических транзисторов на одном компьютерном чипе. Эти транзисторы позволяют ему производить вычисления, необходимые для запуска программ, хранящихся в памяти вашей системы.По сути, они представляют собой миниатюрные ворота, которые включаются или выключаются, тем самым передавая единицы или нули, которые означают все, что вы делаете с устройством, будь то просмотр видео или написание электронного письма.

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

    В контексте современных устройств настольный или портативный компьютер имеет выделенный ЦП, который выполняет множество функций обработки для системы.В мобильных устройствах и некоторых планшетах вместо этого используется система на кристалле (SoC), которая представляет собой микросхему, которая объединяет ЦП вместе с другими компонентами. Intel и AMD предлагают процессоры с графическими чипами и памятью, хранящейся на них, что означает, что они могут делать больше, чем просто стандартные функции процессора.

    Что на самом деле делает процессор?

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

    Выполняемая инструкция или вычисление может включать в себя основную арифметику, сравнение чисел, выполнение функции или перемещение чисел в памяти. Поскольку все в вычислительном устройстве представлено числами, вы можете думать о ЦП как о калькуляторе, который работает невероятно быстро. В результате рабочая нагрузка может запускать Windows, отображать видео на YouTube или вычислять сложные проценты в электронной таблице.

    В современных системах центральный процессор играет роль начальника манежа в цирке, передавая данные специализированному оборудованию по мере необходимости. Например, ЦП должен сообщить видеокарте о взрыве, потому что вы выстрелили в топливную бочку или приказали твердотельному накопителю передать документ Office в ОЗУ системы для более быстрого доступа.

    Ядра, тактовая частота и стоимость

    Изначально процессоры имели одно ядро ​​обработки. Современный ЦП состоит из нескольких ядер, что позволяет ему выполнять несколько инструкций одновременно, эффективно заполняя 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 варьируются от восьми до 64 ядер.

    Многие процессоры также используют технологию, называемую многопоточностью. Представьте себе одно физическое ядро ​​ЦП, которое может выполнять две линии выполнения (потоков) одновременно, тем самым проявляя себя как два «логических» ядра на стороне операционной системы. Эти виртуальные ядра не так мощны, как физические ядра, потому что они используют одни и те же ресурсы, но в целом они могут помочь повысить производительность многозадачности ЦП при запуске совместимого программного обеспечения.

    Тактовая частота заметно рекламируется, когда вы смотрите на процессоры. Это число в «гигагерцах» (ГГц), которое фактически обозначает, сколько инструкций процессор может обработать в секунду, но это еще не вся картина, касающаяся производительности. Тактовая частота в основном играет важную роль при сравнении процессоров одного семейства или одного поколения. Когда все остальное одинаково, более высокая тактовая частота означает более быстрый процессор. Однако процессор с тактовой частотой 3 ГГц с 2010 года будет выполнять меньше работы, чем процессор с тактовой частотой 2 ГГц с 2020 года.

    Итак, сколько вы должны платить за процессор? У нас есть несколько руководств, чтобы дать вам несколько советов по лучшим процессорам, которые вы можете купить. В общем, если вы не заядлый геймер или кто-то хочет редактировать видео, вам не нужно тратить больше 250 долларов. Вы можете снизить стоимость, отказавшись от новейшего оборудования и вместо этого остановившись на процессоре последнего поколения.

    Для процессоров Intel это 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 как линейка микросхем для ноутбуков и в форме APU с очень ограниченной доступностью на настольных компьютерах через сборщиков систем. Имея это в виду, остается спорным, является ли Ryzen 5000 четвертым или пятым поколением процессоров AMD Ryzen, но это последнее, и совсем недавно AMD объединила свои ноутбуки, APU и настольные платформы под знаменем Ryzen 5000.

    Насколько важен ЦП?

    В наши дни ваш процессор не так важен для общей производительности системы, как раньше, но он по-прежнему играет важную роль в отклике и скорости вашего вычислительного устройства. Геймеры, как правило, получат выгоду от более высоких тактовых частот, в то время как более серьезная работа, такая как CAD и редактирование видео, получит улучшение от большего количества ядер ЦП.

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

    Теперь, когда вы понимаете роль ЦП, вы в лучшем положении, чтобы сделать осознанный выбор в отношении вашего вычислительного оборудования. Используйте это руководство, чтобы узнать больше о лучших чипах AMD и Intel.

    Рекомендации редакции

    CPU Technology

    Ни одна область персональных компьютеров не изменилась быстрее, чем портативные технологии.Поскольку программное обеспечение постоянно увеличивается, а портативные ПК используются для более широкого круга приложений, производителям пришлось сократить свою работу, пытаясь соответствовать уровню функциональности настольного ПК в пакете, который можно использовать на ПК. Дорога. Это привело к ряду быстрых улучшений как в размере, так и в мощности, и к середине 1998 года различные мобильные вычислительные технологии достигли уровня, при котором можно было купить портативный компьютер, который был таким же быстрым, как настольный компьютер, но при этом мог работать. используется при отсутствии электроснабжения более пяти часов.

    В 2003 году технология мобильных процессоров сделала огромный шаг вперед, выпустив чип Intel Pentium M, ранее известный под кодовым названием Banias. Это принципиально отличалось от предыдущих процессоров Intel для ноутбуков, которые до сих пор основывались на архитектуре микросхем, разработанной для настольных ПК. Чипы Pentium M были специально разработаны для снижения энергопотребления, а не для чистой производительности. Их успех был настолько велик, что в начале 2006 года на смену платформе NetBurst пришла микроархитектура, основанная непосредственно на Pentium M, которую Intel планировала развернуть во всех секторах рынка — мобильных, настольных и серверных — в будущем.

    В середине 1995 года Intel для ноутбуков выбрала процессор с тактовой частотой 75 МГц. Он был доступен в специальном тонкопленочном корпусе — Tape Carrier Package (TCP) — предназначенном для облегчения рассеивания тепла в тесных помещениях ноутбука. Он также включал технологию снижения напряжения, которая позволяла процессору «общаться» со стандартными для отрасли компонентами на 3,3 В, в то время как его внутреннее ядро, работающее при 2,9 В, потребляло меньше энергии, чтобы продлить срок службы батареи. Сочетание этих функций позволило производителям систем предлагать высокопроизводительные многофункциональные ноутбуки с увеличенным сроком службы батарей.Скорость постепенно увеличивалась, пока летом 1996 года не достигла 150 МГц.

    Компоненты ПК | Процессоры (ЦП) | Хранение данных ПК | Мультимедиа на ПК | Ввод / вывод ПК | Связь | Мобильные вычисления

    Технология динамически реконфигурируемого процессора (DRP)

    Технология динамически реконфигурируемого процессора (DRP) от Renesas — это аппаратное обеспечение специального назначения, встроенное в отдельные микропроцессорные блоки (MPU) семейства RZ, которое значительно ускоряет алгоритмы обработки изображений в 10 раз и более.Он сочетает в себе высокую производительность аппаратных решений с гибкостью и возможностями расширения ЦП.

    Дополнительная информация DRP

    MPU RZ / A2M с решениями DRP
    e-AI от Renesas

    Приложения DRP

    Технология

    DRP идеально подходит для ускорения обработки изображений, где она может значительно сократить время обработки за счет предварительной обработки изображений для уменьшения нагрузки на ЦП. Примеры такого ускорения обработки изображений включают сканирование двухмерного штрих-кода и обнаружение и извлечение радужной оболочки.

    Технологические преимущества DRP

    Гибкость

    • DRP может ускорить несколько алгоритмов в одном приложении и разгрузить главный процессор для специализированных задач
    • Новые конфигурации могут быть динамически загружены в DRP всего за 1 мс

    Программирование

    • Renesas создает элементы библиотеки DRP, создавая загружаемый код конфигурации для оборудования программируемого пути данных и контроллера перехода состояний (STC)
    • Сложные алгоритмы разбиты на более мелкие «контексты», реализованные в аппаратном обеспечении программируемого тракта данных
    • STC переключает отдельные контексты в аппаратное обеспечение по мере обработки и изменяет следующий требуемый контекст за один тактовый цикл (наносекунды)
    • В результате получается виртуально расширяемое конфигурируемое оборудование обработки тракта данных для реализации сложных алгоритмов (временное и пространственное мультиплексирование).

    Высочайшая эффективность

    • Мультиплексирование по времени и пространству обеспечивает более высокую производительность и меньшее энергопотребление, чем CPU, GPU или DSP

    Использование технологии DRP

    Динамическая реконфигурация и загрузка для поддержки нескольких сложных алгоритмов

    Динамическая реконфигурация

    • DRP может переключаться между несколькими путями данных (контекстами) в каждом тактовом цикле DRP
    • Переключение контекста управляется контроллером перехода состояний, а загрузка контекста осуществляется интегрированным DMAC.
    • Временное и пространственное мультиплексирование позволяет выполнять сложные алгоритмы с фиксированной областью DRP без расширения области аппаратного обеспечения.

    Динамическая нагрузка

    • DRP может ускорить несколько различных алгоритмов в вашем приложении
    • Совершенно новые конфигурации могут быть загружены в DRP всего за 1 миллисекунду
    • Динамическая загрузка позволяет реализовать дополнительные функции без доработки оборудования во время работы

    DRP ускоряет встроенное машинное зрение

    • DRP ускоряет предварительную обработку изображений и уменьшает размер данных для дальнейшей обработки
    • MPU RZ / A2M обеспечивает высокоскоростные и маломощные решения машинного зрения, обеспечивая гибридную обработку изображений с DRP и CPU

    Связанная информация

    Список докладов международных конференций

    Технология

    AMD 3D Chiplet: встречайте процессор будущего

    AMD сделала несколько новостей вчера вечером во время своего основного выступления на Computex 2021, когда генеральный директор AMD Др.Лиза Су продемонстрировала новую технологию 3D-чиплетов, разработанную в сотрудничестве с TSMC.

    Короче говоря, это то, что вместо того, чтобы распределяться по более широкому кристаллу, компоненты ЦП, такие как логический блок и кэш-память, располагаются друг над другом, используя вертикальное пространство, а не увеличивая общую площадь поверхности кристалла. в плоской вафле.

    Хотя технология в первую очередь разрабатывается TSMC, AMD выглядит первым производителем микросхем, который воспользуется преимуществами нового процесса, введя новый «вертикальный кэш L3» в свои процессоры серии Ryzen.

    Не слишком увязая в архитектуре компьютерной системы, кэш-память — это часть процессора, которая хранит наиболее важные данные и программные инструкции для процессора в любой момент времени. Чем больше кэш, тем больше данных может храниться в нем, поэтому процессору не нужно извлекать новые данные из ОЗУ, что занимает больше времени и снижает производительность.

    По словам Су, путем наложения узла SRAM объемом 64 МБ на CCD (часть процессора, которая содержит набор процессорных ядер) AMD может утроить доступный кэш L3 на 16-ядерном процессоре с максимальных 64 МБ. до 192 МБ.

    Одно только это изменение дало прототипу AMD, процессору Ryzen 9 5900X, использующему новую технологию 3D v-cache, прирост производительности примерно на 12% во время демонстрации Gear of War 5. Такое повышение производительности обычно наблюдается между процессорами. поколения, поэтому повышение производительности существующего процессора на 12% с помощью всего лишь трехмерного чиплета — это довольно впечатляюще.

    И хотя эта технология еще не вошла в потребительские процессоры, AMD заявляет, что «готовится начать производство будущих высокопроизводительных вычислительных продуктов с 3D-чиплетами к концу этого года.«

    Являются ли 3D-чиплеты AMD будущим процессоров?

    Не углубляясь в сорняки закона Мура, можно сказать, что уже более десяти лет мы говорим о том, что наши компьютеры будут становиться все быстрее и быстрее. Мы больше не можем полагаться на грубую инженерию все меньших и меньших транзисторов, чтобы сделать наши компьютеры все более и более мощными. Мы приближаемся к буквальному физическому пределу того, насколько маленькими могут быть эти транзисторы, прежде чем отдельные атомы кремния начнут становиться ненадежными средами для электрического тока.

    Итак, хотя мы практически подошли к концу простого способа изготовления все более мощных компьютеров, это не означает конца прогресса в том виде, в каком мы его знаем. Мы продолжим сокращать размеры транзисторов в течение многих лет, но следующий этап — это не только транзисторы, но и инновации в новых процессорных технологиях, которые мы еще даже не рассматривали, и очевидным следующим шагом является изготовление в 3D.

    Мы давно поняли, что, когда у вас заканчивается физическое пространство и вам нужно втиснуть что-то еще, будь то транзисторы, инвентарь или даже люди, начните двигаться вверх, а не наружу.Все, что вам нужно сделать, это посмотреть на городской пейзаж или склад IKEA, чтобы увидеть это на практике.

    Новый 3D V-Cache от AMD — лишь первая реализация из многих, которая буквально двинулась в этом направлении. Расширение кеша, доступного для существующей процессорной архитектуры, уже дает серьезный прирост производительности, но нет причин, по которым мы не можем просто начать складывать ядра.

    Для этого потребуются всевозможные новые инженерные решения для управления теплом, физической целостности, энергопотребления и т. Если вы работаете с атомами, с этими последними проблемами гораздо легче справиться и они обещают гораздо больше, чем попытки каким-то образом изготовить кристаллы с размером менее 1 нм.

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *