Почему процессоры становятся все меньше и меньше?

Известно, что с течением времени процессоры (или чипы) становятся все меньше и меньше. Intel и AMD находятся в гонке за самые маленькие стандарты (45 нм, 32 нм, 18 нм, ..). Но почему так важно иметь наименьшие элементы на самой маленькой области чипов?

Почему бы не сделать 90-нм 5x5 см процессор? Почему сжать 6 ядер в зону 216 мм2? Будет легче рассеять тепло от большей площади, производство потребует менее точной (и, следовательно, более дешевой) технологии.

Я могу думать о нескольких причинах:

  • меньше размера означает, что на одной пластине могут быть сделаны больше чипов (но вафли не очень дороги, правда?)
  • меньшие размеры важны для мобильных гаджетов (но повседневные ПК по-прежнему используют башни)
  • малый размер определяется пределом скорости света, чип не может быть больше, чем расстояние, на которое поле EM может перемещаться за 1 цикл (но это примерно на несколько см при 3GHz).

Итак, почему чипы должны стать меньше и меньше?

19 голосов | спросил Kromster 23 J0000006Europe/Moscow 2011, 15:55:53

3 ответа


32

Это как конфеты. Они продолжают делать их меньше по той же цене, чтобы увеличить прибыль.

Seriosly, хотя есть веские причины для небольших чипов. В первую очередь это то, что больше фишек можно поместить на пластину. Для крупных чипов стоимость всего зависит от того, какую долю пластины она использует. Стоимость обработки пластин в значительной степени фиксирована, независимо от того, сколько из них получается.

Использование менее дорогостоящей пластины - это только одна часть. Доходность другой. У всех пластин есть недостатки. Подумайте, что они маленькие, но беспорядочно разбросаны по пластине, и любой IC, который поражает одно из этих недостатков, - это мусор. Когда пластина покрыта множеством небольших микросхем, только небольшая часть общего количества является мусором. По мере увеличения размера ИС доля тех, кто поражает несовершенство, растет. В качестве нереального примера, который, тем не менее, указывает на проблему, рассмотрим случай, когда каждая пластина имеет одно несовершенство и покрывается одной ИС. Выход был бы равен 0. Если бы он был покрыт 100 ИС, выход составил бы 99%.

Есть намного больше возможностей, чем это, и это значительно упрощает проблему, но эти два эффекта нажимают на более мелкие чипы, которые являются более экономичными.

Для действительно простых микросхем доминирует стоимость упаковки и тестирования. В этих случаях размер функций не столько проблема вождения. Это также одна из причин того, что в последнее время мы наблюдаем взрыв небольших и дешевых упаковок. Обратите внимание, что экстремальные малые размеры элементов подталкиваются очень большими ИС, такими как основные процессоры и графические процессоры.

ответил Olin Lathrop 23 J0000006Europe/Moscow 2011, 16:14:18
19

По мере уменьшения размера процесса потребление энергии уменьшается.

Более мелкие транзисторные процессы позволяют использовать более низкие напряжения в сочетании с улучшениями в технике строительства, означают, что 45-нм процессор может использовать менее половины мощности, которую 90-нм процессор использует с аналогичными коэффициентами транзисторов.

Причиной этого является то, что по мере того, как транзисторные ворота становятся меньше, пороговое напряжение и емкость затвора (требуемый ток привода) снижаются.

Следует отметить, что, как отметил Олин, этот уровень улучшения не продолжает уменьшать размеры процесса, поскольку ток утечки становится очень важным.

Один из ваших других моментов - скорость, с которой сигналы могут перемещаться вокруг микросхемы:

В 3gz длина волны составляет 10 см, однако 1/10-я длина волны составляет 1 см, и вам нужно начать рассмотрение эффектов линии передачи для цифровых сигналов. Кроме того, помните, что в случае процессоров Intel некоторые части чипа работают с удвоенной тактовой частотой, поэтому 0,5 см становится важным расстоянием для эффектов линии передачи. ПРИМЕЧАНИЕ: в этом случае они могут работать на обоих краях тактовых импульсов, то есть часы не работают на частоте 6 ГГц, но некоторые процессы, которые происходят, быстро перемещают данные и должны учитывать эффекты.

Внешние эффекты линии передачи также должны учитывать синхронизацию часов. Я действительно не знаю, что скорость распространения находится внутри микропроцессора, для неэкранированной медной проволоки, равной 95% скорости света, но для коаксиального кабеля, как и 60% скорости света.

В 6 ГГц период синхронизации составляет всего 167 пикосекунд , так что время с высоким /низким временем составляет ~ 84 пикосекунды. В вакууме свет может перемещаться на 1 см в 33,3 пикоданных. Если скорость распространения составляла 50%, то скорость света тогда больше напоминала 66,6 пикосекунд, чтобы проехать 1 см. Это в сочетании с задержками распространения транзисторов и, возможно, с другими компонентами означает, что время, которое сигнал принимает для перемещения даже маленькой матрицы при 3-6 ГГц, имеет важное значение для поддержания правильной синхронизации часов.

ответил Mark 23 J0000006Europe/Moscow 2011, 18:32:28
4

Основная причина - первая, о которой вы упомянули. Вафли (то, что вы называете тарелками) very дорогие, поэтому вы хотите получить максимум от них. Раньше вафли были диаметром 3 дюйма, сегодня 12 дюймов, что не только дает вам в 16 раз больше недвижимости, очевидно, но вы получите еще больше от них. Поэтому понятно, что они будут использовать эту технологию также для процессоров, используемых в башенных ПК, даже если это не похоже на то, что это необходимо там. И не забывайте, что на ноутбуках также есть такие процессоры, и они находятся на бюджетном уровне. Скорость также вызывает беспокойство, когда сигналы 3 ГГц проходят менее 10 см на такт. Как правило, с 1/10 этого мы должны заботиться о эффектах линии передачи. И это меньше 1 см.

изменить
Меньший размер функции также означает меньшую емкость затвора, и это обеспечивает более высокую скорость. Более быстрое переключение означает меньшую потребляемую мощность, поскольку МОП-транзисторы будут проходить быстрее через свою активную область. На практике производители используют это быстрее, чтобы в итоге вы не увидели большую часть этого снижения мощности.

ответил stevenvh 23 J0000006Europe/Moscow 2011, 16:11:08

Похожие вопросы

Популярные теги

security × 330linux × 316macos × 2827 × 268performance × 244command-line × 241sql-server × 235joomla-3.x × 222java × 189c++ × 186windows × 180cisco × 168bash × 158c# × 142gmail × 139arduino-uno × 139javascript × 134ssh × 133seo × 132mysql × 132