AMD выбрала 14 нм от GlobalFoundries и Samsung для своих GPU Polaris и CPU Zen, что меньше, чем 16 нм от NVIDIA на TSMC. Более подробную информацию о технологиях этих компаний можно найти по соответствующим ссылкам.
Оглавление
- Введение
- NVIDIA, NVIDIA, NVIDIA, NVIDIA, NVIDIA, NVIDIA, NVIDIA, NVIDIA, NVIDIA.
- Технологические процессы
- Электро- и теплоэнергия
- Архитектура процессора и кодовые названия
- Многоуровневая кэш-память
- Встроенная графика
- Турбо режим
- Заключение
Любое вычислительное устройство, будь то ноутбук, настольный компьютер или планшет, состоит из нескольких важных компонентов, которые отвечают за его функциональность и общую производительность. Однако, возможно, самым важным из них является центральный процессор — устройство, отвечающее за все важные вычисления и выполнение машинных инструкций (программного кода). Не зря центральный процессор считается мозгом компьютера и главным компонентом его аппаратной части.
Как правило, при выборе компьютера мы в первую очередь обращаем внимание на тип процессора, лежащего в его основе, так как от его производительности будут напрямую зависеть возможности и функциональность вашего будущего компьютера. Таким образом, если вы владеете информацией о современных производителях процессоров и тенденциях на этом рынке, вы сможете не только грамотно оценить возможности вычислительного устройства, но и дальнейшие перспективы покупки нового компьютера или модернизации старого.
Очевидно, что процессоры, встроенные в различные компьютеры и электронные устройства, отличаются не только по производительности, но и по конструктивным особенностям и принципам работы. В этой серии мы познакомимся с процессорами на базе архитектуры x86, которые используются в большинстве современных настольных компьютеров, ноутбуков и нетбуков, а также в некоторых планшетах.
Я уверен, что многие читатели, особенно те, кто только начинает работать с компьютерами, имеют некоторое предубеждение, что понимание всей этой «процессорной премудрости» предназначено только для опытных пользователей, потому что это слишком сложно. Но действительно ли это так сложно?
С одной стороны, процессор — это, конечно, очень сложное устройство, и изучить все его характеристики непросто. Ситуация усугубляется тем, что количество моделей процессоров, представленных сегодня на рынке, очень велико, причем на рынке одновременно присутствует несколько поколений чипов. С другой стороны, центральные процессоры имеют всего несколько основных характеристик, разобравшись в которых, обычный пользователь сможет оценить возможности той или иной модели процессора и сделать правильный выбор, не потерявшись в многообразии моделей.
Основные характеристики процессоров
Архитектура x86 была впервые реализована на собственных процессорах компании Intel в конце 1970-х годов и была основана на вычислениях со сложным набором инструкций (CISC). Эта архитектура была названа в честь двух последних цифр, которые помнит любой компьютерный пользователь с профессиональным опытом по «персональным компьютерам» 286 (80286), 386 (80386) и 486 (80486) — это была мечта каждого компьютерщика в конце 1980-х и начале 1990-х годов.
На сегодняшний день архитектура x86 также используется в процессорах от AMD, VIA, SiS, Cyrix и многих других.
Основные характеристики, по которым процессоры принято классифицировать на современном рынке, следующие
- Производитель
- Серия
- Количество ядер процессора
- Тип розетки
- Тактовая частота.
Все процессоры для настольных компьютеров и ноутбуков сегодня разделены на два больших лагеря под брендами Intel и AMD, которые вместе занимают около 92 % всего мирового рынка микропроцессоров. Несмотря на то, что доля Intel составляет около 80%, эти две компании на протяжении многих лет с разной степенью успеха конкурируют друг с другом, пытаясь завоевать покупателей под своими собственными знаменами.
Массив — одна из важнейших характеристик центрального компьютера. Как правило, оба производителя делят свою продукцию на различные группы по производительности, ориентированные на разные категории пользователей и сегменты рынка. Каждая из этих групп образует семейство или серию со своим характерным названием, по которому можно узнать не только ценовой диапазон продукта, но и его функциональность в целом.
В настоящее время существует пять основных семейств продуктов Intel — Pentium (двухъядерный), Celeron (двухъядерный), Core i3, Core i5 и Core i7. Первые три предназначены для недорогих домашних и офисных приложений, а два последних являются основой для высокопроизводительных систем.
Процессор Intel Core i7
Семейство Atom несколько отличается от основных семейств и характеризуется низкой мощностью и ценой. Эти процессоры предназначены для установки в недорогие системы, где не требуется высокая производительность, но низкое энергопотребление. К ним относятся нетбуки, неттопы, планшеты и коммуникационные устройства.
Еще одно семейство процессоров от компании из Санта-Клары — Core 2. Хотя оно больше не выпускается и продается только на различных «блошиных рынках», это семейство очень популярно среди пользователей, и многие современные домашние компьютеры оснащены процессорами этой серии.
AMD предлагает своим клиентам процессоры Athlon II, Phenom II, A-серии и FX-серии. Путь первых двух семей подходит к концу, в то время как две последние семьи находятся на подъеме. Более экономичные процессоры Sempron еще можно встретить спорадически, но их дни почти сочтены.
Технологический процесс ( технология производства)
В промышленном производстве микросхем, в частности кристаллов микропроцессоров, используется фотолитография — процесс, в котором литографическое оборудование используется для нанесения проводников, изоляторов и полупроводников на тонкую кремниевую подложку, образующую ядро процессора. Используемое литографическое оборудование, в свою очередь, имеет определенную разрешающую способность, которая определяет название используемого технологического процесса.
Кремниевая плата с чипом процессора Intel
Почему так важен технологический процесс, по которому производятся процессоры? Постоянное совершенствование технологий позволяет пропорционально уменьшать размеры полупроводниковых структур, что способствует уменьшению размеров процессорных ядер и их энергопотребления, а также их стоимости. Снижение энергопотребления, в свою очередь, уменьшает тепловыделение процессора, что позволяет увеличить его тактовую частоту и, соответственно, вычислительную мощность. Более низкое тепловыделение также позволяет создавать более эффективные решения для портативных компьютеров (ноутбуков, нетбуков, планшетов).
Кремниевая плата с чипом процессора AMD
Первый процессор Intel x86, который до сих пор составляет основу всех современных процессоров, был изготовлен в конце 1970-х годов с использованием 3 мкм (микронного) технологического процесса. К началу 2000-х годов почти все ведущие производители чипов, включая AMD и Intel, перешли на технологический процесс 0,13 мкм или 130 нм. Большинство современных процессоров производится по 32 нм технологическому процессу, а до середины 2012 года — по 22 нм технологии.
Переход на более тонкие процессы всегда является важным событием для производителей микропроцессоров. Также, как уже упоминалось ранее, это приводит к снижению себестоимости производства чипов и улучшению их основных характеристик, что делает продукцию производителя более конкурентоспособной на рынке.
4. скачать обложку. Для того чтобы защитить полупроводниковый слой от последующего проникновения примесей, на этом этапе наносится специальный защитный слой. Это достигается путем окисления эпитаксиального слоя кремния, что становится возможным благодаря нагреву или кислороду.
Примеры техпроцессов графических и центральных процессоров
Теперь мы рассмотрим некоторые современные процессоры, используемые известными производителями GPU и CPU.
32-нм техпроцесс. К ним относятся Тринити, Бульдозер и Ллано. Процессор Bulldozer, например, имеет 1,2 миллиарда транзисторов на площади кристалла 315 мм2.
Технологический процесс составляет 45 нм. К ним относятся процессоры Phenom и Athlon. Примером может служить Phemom с 904 миллионами транзисторов и площадью кристалла 346 мм2.
Intel:
Технологический процесс составляет 22 нм. Процессоры Ivy Bridge (Intel Core ix — 3xxx) производятся по 22-нм нормам. Например, Core i7 — 3770K, имеет 1,4 млрд. транзисторов, при площади чипа 160 мм2, мы видим значительное увеличение плотности размещения.
32-нм технологический процесс. К ним можно отнести процессоры Intel Sandy Bridge (Intel Core ix — 2xxx). Здесь 1,16 миллиарда размещены на площади 216 мм2.
Здесь видно, что по этому показателю Intel значительно опережает своего главного конкурента.
AMD (ATI) (видеокарты):
Технологический процесс составляет 28 нм. Видеокарта Radeon HD 7970
28-нм техпроцесс, Geforce GTX 690
Поэтому мы рассмотрели концепцию технологического процесса CPU и GPU. Сегодня разработчики будут осваивать 14-нм техпроцесс, а затем 9-нм техпроцесс с использованием различных материалов и методов. И это еще не все!
Технологический процесс составляет 45 нм. К ним относятся процессоры Phenom и Athlon. Примером может служить Phemom с 904 миллионами транзисторов и площадью кристалла 346 мм2.
Какие бывают техпроцессы?
Ранние процессы, до стандартизации NTRS (National Technology Roadmap for Semiconductors) и ITRS, назывались «XX μm» (μm — микрометр), где XX обозначало техническое разрешение литографического оборудования. В 1970-х годах существовали различные технические методы, такие как 10, 8, 6, 4, 3, 2 мкм. В среднем каждые три года наблюдалось уменьшение шага в 0,7 раза.
За сорок лет развития технологий разрешение приборов достигло значений в диапазоне десяти нанометров: 32 нм, 28 нм, 22 нм, 20 нм, 16 нм, 14 нм. Что касается iPhone, то в нынешнем iPhone 8 используется процессор A11 Bionic, который основан на 10-нм технологическом процессе. Он был запущен в серийное производство в 2016 году тайваньской компанией TSMC, которая также производит процессоры для iPhone 11.
TSMC — тайваньская компания по производству микроэлектроники, которая поставляет Apple процессоры.
16 апреля 2019 года компания TSMC объявила о внедрении 6-нанометрового технологического процесса, который позволяет на 18% увеличить плотность ячеек чипов. Этот техпроцесс является более дешевой альтернативой 5-нм техпроцессу, а также позволяет легко модернизировать продукцию, разработанную для 7-нм техпроцесса.
В первой половине 2019 года та же компания TSMC начала пилотное производство чипов по 5-нм техпроцессу. Переход на эту технологию позволяет на 80% повысить плотность упаковки электронных компонентов по сравнению с 7-нм технологическим процессом и на 15% увеличить скорость работы. Ожидается, что IPhone 2020 года будет оснащен процессором на базе нового техпроцесса, а не 7-нм техпроцесса второго поколения.
В начале 2018 года исследовательский центр imec в Бельгии и компания Cadence Design Systems разработали технологию и выпустили первые прототипы микропроцессоров с использованием 3-нм технологии. Судя по обычным темпам внедрения новой технологической технологии в массовое производство, процессоры, изготовленные по 3-нм техпроцессу, ожидаются не ранее 2023 года. Однако Samsung планирует начать производство 3-нм продукции с использованием технологии GAAFET от IBM к 2021 году.
Читайте также: Процессоры для iPhone теперь будут производиться по новой технологии
Что даёт 7 нм техпроцесс?
И здесь мы подходим к очень интересному моменту. Что же дает пользователю уменьшение количества транзисторов в процессоре устройства?
Уменьшение размеров транзисторов имеет большое значение для энергосберегающих чипов в мобильных устройствах и ноутбуках. Если схематически сравнить одинаковые процессоры, но построенные на 14-нанометровых и 7-нанометровых процессорах, то последние на 25% эффективнее при одинаковом энергопотреблении. Или вы можете иметь ту же эффективность, но последний будет в два раза более энергоэффективным, так что вы сможете читать блог Hi-News.ru на Яндекс.Дзене еще дольше.
iPhone 11 с процессором A13 Bionic, созданным по 7-нм техпроцессу второго поколения.
Одним словом, внедрение более современных технологических процессов даст нам более длительное время автономной работы для iPhone и iPad при той же производительности (поэтому нам не придется увеличивать размеры устройств для более емких батарей), а также гораздо более мощные процессоры для MacBook. Мы уже видели, как чип A12X от Apple обошел в тестах некоторые старые чипы Intel, несмотря на то, что имеет только пассивное охлаждение и встроен в iPad Pro (2018).
Чтобы быть в курсе последних технологий, обязательно подпишитесь на Telegram-канал AppleInsider.ru.
