Техпроцесс 14 нм: Что такое техпроцесс? — Обзор

Сравнение техпроцессов 10 и 14 нм Intel, TSMC и Samsung

Производители чипов любят хвастаться новыми рекордами миниатюризации техпроцессов — независимо от того, используют ли они свои мощности или контрактных производителей. Intel, Samsung, GlobalFoundries и TSMC постоянно соревнуются друг с другом. Однако заявляемые характеристики 16, 14, 10 или 7 нм уже не являются определяющими, то есть их нельзя использовать для сравнения техпроцессов. Следует оценивать и другие характеристики техпроцесса (Fin Pitch, Min Metal Pitch, Cell Height и Gate Pitch).

В прошлом году Intel акцентировала отличия техпроцессов 14 и 10 нм. AMD и Intel конкурируют друг с другом по миниатюризации, хотя подходы двух компаний фундаментально отличаются. AMD для старших процессоров предпочитает модули Multi-Chip, содержащие до четырех кристаллов Zeppelin, Intel предпочитает монолитный дизайн кристаллов.

Банг-Хао Хуан (Bang-Hao Huang) и Ших-Хсин Чан (Shih-Hsin Chang) из тайваньской компании MSSCORPS CO.

, LTD провели анализ чипа Samsung Exynos 8895, сравнив его с Apple A11 Bionic, производимым TSMC. Также они добавили опубликованные спецификации Intel. Результаты оказались весьма любопытными.

Сравнение техпроцессов

	Intel 14 нм	Intel 10 нм	TSMC 10 нм	Samsung 10 нм
Fin Pitch	42/45 нм	34 нм	35,1 нм	46,8 нм
Min Metal Pitch	52 нм	36 нм	44 нм	48 нм
Cell Height	399 нм	272 нм	330 нм	360 нм
Gate Pitch	70 нм	54 нм	44 нм	48 нм
Fin Height	42/46 нм	53 нм	42,1 нм	48,6 нм
Fin Width	8/7 нм	7 нм	5,4 нм	5,9 нм
6T-SRAM	69,167/70,158 нм²	—	40,233 нм²	49,648 нм²

Перед тем, как мы перейдем к анализу спецификаций, позвольте пояснить некоторые:

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

У Intel мы получили несколько итераций 14-нм техпроцесса с небольшими улучшениями, но 10-нм техпроцесс должен знаменовать существенный прогресс.

Впрочем, Intel — далеко не единственная компания с достаточной компетенцией для производства чипов по современным техпроцессам. Возможно, Intel начинает сдавать позиции: задержки с выходом процессоров, изготавливаемых по новому техпроцессу, указывают на технические проблемы. Intel причины задержек не комментирует.

В источнике проводится сравнение 10-нм техпроцессов Samsung и TSMC, по итогам вывод следующий: техпроцесс Samsung Exynos 8895 выделяется большей высотой и шириной ребер, в случае TSMC мы получаем меньшее расстояние между ребрами и меньшую толщину интерконнектов. И TSMC, и Samsung подошли к технически возможным пределам для массового производства.

Сравнение со спецификациями Intel для 10-нм техпроцесса показывает, что бывший технологический лидер пропустил вперед конкурентов. Конечно, производство мобильных SoC отличается от производства настольных процессоров, но некоторые характеристики техпроцессов вполне сравнимы, независимо от размера или сложности чипа.

TSMC и Samsung за последние годы сражались за клиента. Поэтому они прилагали значительные усилия, чтобы технически выйти вперед. К этой битве скоро присоединится Intel с массовым производством 10-нм процессоров, а также GlobalFoundries, которая будет производить процессоры AMD. Конечно, насчет выполнения закона Мура можно долго спорить. Но миллиардные инвестиции в новые технологические линии, вложения в исследования и разработки себя оправдывают.

Что такое техпроцесс в микрочипах и как он влияет на производство полупроводников | Технологии | Блог

Одна из главных характеристик процессоров и других микрочипов — техпроцесс. Что означает этот термин и насколько он влияет на производительность — разберемся в этом блоге.

Что такое техпроцесс

Ключевым элементом практически каждой вычислительной схемы является транзистор. Это полупроводниковый элемент, который служит для управления токами. Из транзисторов собираются основные логические элементы, а на их основе создаются различные комбинационные схемы и уже непосредственно процессоры.

Чем больше транзисторов в процессоре — тем выше его производительность, ведь можно поместить на кристалл большее количество логических элементов для выполнения разных операций.

В 1971 году вышел первый микропроцессор — Intel 4004. В нем было всего 2250 транзисторов. В 1978 мир увидел Intel 8086 и в нем помещались целых 29 000 транзисторов. Легендарный Pentium 4 уже включал 42 миллиона. Сегодня эти числа дошли до миллиардов, например, в AMD Epyc Rome поместилось 39,54 миллиарда транзисторов.

Модель	Год выпуска	Кол-во транзисторов
Xeon Broadwell-E5	2016	7 200 000 000
Ryzen 5 1600 X	2017	4 800 000 000
Apple A12 Bionic (шестиядерный ARM64)	2018	6 900 000 000
Qualcomm Snapdragon 8cx	2018	8 500 000 000
AMD Ryzen 7 3700X	2019	5 990 000 000
AMD Ryzen 9 3900X	2019	9 890 000 000
Apple M1 ARM	2020	16 000 000 000

Много это или мало? На 2020 год на нашей планете приблизительно 7,8 миллиардов человек. Если представить, что каждый из них это один транзистор, то полтора населения планеты
с легкостью поместилась бы в процессоре Apple A14 Bionic.

В 1975 году Гордон Мур, основатель Intel, вывел скорректированный закон, согласно которому число транзисторов на схеме удваивается каждые 24 месяца.

Нетрудно посчитать, что с момента выхода первого процессора до сего дня, а это всего-то 50 лет, число транзисторов увеличилось в 10 000 000 раз!

Казалось бы, поскольку транзисторов так много, то и схемы должны вырасти в размерах на несколько порядков. Площадь кристалла у первого процессора Intel 4004 — 12 мм², а у современных процессоров AMD Epyc — 717 мм² (33,5 млрд. транзисторов). Получается, по площади кристалла процессоры выросли всего в 60 раз. 

Как же инженерам удается втискивать такое огромное количество транзисторов в столь маленькие площади? Ответ очевиден — размер транзисторов также уменьшается. Так
и появился термин, который дал обозначение размеру используемых

полупроводниковых элементов.

Упрощенно говоря, техпроцесс — это толщина транзисторного слоя, который применяется в процессорах. 

Чем мельче транзисторы, тем меньше они потребляют энергии, но при этом сохраняют текущую производительность. Именно поэтому новые процессоры имеют большую вычислительную мощность, но при этом практически не увеличиваются в размерах
и не потребляют киловатты энергии.

Какие существуют техпроцессы: вчера и сегодня

Первые микросхемы до 1990-х выпускались по технологическому процессу 3,5 микрометра. Эти показатели означали непосредственно линейное разрешение литографического оборудования. Если вам трудно представить, насколько небольшая величина в 3 микрометра, то давайте узнаем, сколько транзисторов может поместиться в ширине человечного волоса.

Уже тогда транзисторы были настолько маленькими, что пару десятков с легкостью помещались в толщине человеческого волоса.

Сейчас техпроцесс принято соотносить с длиной затвора транзисторов, которые используются в микросхеме. Нынешние транзисторы вышли на размеры в несколько нанометров.  

Для Intel актуальный техпроцесс — 14 нм. Насколько это мало? Посмотрите в сравнении
с вирусом:

Однако по факту текущие числа — это частично коммерческие наименования. Это означает, что в продуктах по техпроцессу 5 нм на самом деле размер транзисторов не ровно столько, а лишь приближенно. Например, в недавнем исследовании эксперты сравнили транзисторы от Intel по усовершенствованному техпроцессу 14 нм и транзисторы от компании TSMC на 7 нм. Оказалось, что фактические размеры на самом деле отличаются не на много, поэтому величины на самом деле относительные.

Рекордсменом сегодня является компания Samsung, которая уже освоила техпроцесс 5 нм. По нему производятся чипы Apple A14 для мобильной техники. Одна из последних новинок Apple M1 — первый ARM процессор, который будет установлен в ноутбуках от Apple.

Продукцию по техпроцессу в 3 нм Samsung планирует выпускать уже к 2021 году. Если разработчикам действительно удастся приблизиться к таким размерам, то один транзистор можно будет сравнить уже с некоторыми молекулами.

Насколько маленьким может быть техпроцесс

Уменьшение размеров транзисторов позволяет делать более энергоэффективные и мощные процессоры, но какой предел? На самом деле ответа никто не знает.

Проблема кроется в самой конструкции транзистора. Уменьшение прослойки между эмиттером и коллектором приводит к тому, что электроны начинают самостоятельно просачиваться, а это делает транзистор неуправляемым. Ток утечки становится слишком большим, что также повышает потребление энергии.

Не стоит забывать, что каждый транзистор выделяет тепло. Уже сейчас процессоры Intel Core i9-10ХХХ нагреваются до 95 градусов Цельсия, и это вполне нормальный показатель. Однако при увеличении плотности транзисторов температуры дойдут до таких пределов, когда даже водяное охлаждение окажется полностью бесполезным.

Самые смелые предсказания — это техпроцесс в 1,4 нм к 2029 году. Разработка еще меньших транзисторов, по словам ученых, будет нерентабельной, поэтому инженерам придется искать другие способы решения проблемы. Среди возможных альтернатив — использование передовых материалов вместо кремния, например, графена.

Что значит техпроцесс 14 нм. Что это дает

Обзор Intel Kaby Lake | Введение

Первые процессоры на базе архитектуры Intel Core седьмого поколения (известные под кодовым название Intel Kaby Lake ) с оптимизированным техпроцессом 14 нм+ начнут поставляться уже в сентябре. Модели с потребляемой мощностью 4,5 Вт (Y-серия) и 15 Вт (U-серия) дебютируют более чем в 100 OEM-системах, в основном это будут мобильные платформы, такие как устройства 2 в 1 и тонкие/лёгкие ноутбуки.

Новые процессоры Core имеют повышенную тактовую частоту и более агрессивный режим работы Turbo Boost. Кроме того, Intel внесла ряд улучшений в графическое ядро.

Поколение Intel Kaby Lake знаменует конец стратегии развития «тик-так», которой Intel придерживалась почти десять лет. Компания по-прежнему планирует выпускать новые решения каждый год, но вызовы Закона Мура подтолкнули Intel перейти к стратегии процесс-архитектура-оптимизация (PAO). Intel уже расширила свой традиционный двухлетний цикл: мы получили техпроцесс 32 нм в 2009 году и 22 нм в 2011 году, но переход на 14 нм состоялся только в конце 2014 года. Переход к техпроцессу 14 нм уже намекает на более длительный интервал между новой архитектурой и сокращение времени внедрения техпроцесса, так что новый цикл Intel PAO просто подтвердил наши подозрения, что Закон Мура требует существенной корректировки.

Перед нами третий процессорный дизайн Intel, основанный на техпроцессе 14 нм (Broadwell/Skylake/Intel Kaby Lake ), то есть это фаза оптимизации, которая подразумевает тонкую настройку базовой архитектуры Skylake. Основные элементы архитектуры, такие как конвейер обработки команд (выборка, декодирование, исполнение) останутся неизменными. Это означает, что показатель IPC (количество инструкции на тактовый цикл) должен остаться прежним. Однако Intel утверждает, что улучшенные транзисторы и межсоединения с техпроцессом 14 нм+ (об этом чуть позже) на 12% быстрее, чем в предыдущем поколении, а тактовая частота по сравнению с Skylake увеличена на 300-400 МГц.

Intel также поработала над повышением производительности ключевых компонентов блока, отвечающие за обработку задач мультимедиа. В Intel утверждают, что реализованные здесь улучшения в большинстве случаев существенно повышают скорость мобильных платформ, которые являются целевым сегментом новых процессоров и обещают компании хорошие перспективы роста.

Архитектура Core седьмого поколения (Kaby Lake)

Цикл обновления настольных ПК постепенно удлиняется с 3-4 лет до 5-6 лет. И хотя сегмент массовых ПК сужается (Intel отметила, что возраст большинства ПК уже составляет пять лет и более), сегмент решений для энтузиастов показывает здоровый рост. В прошлом году продажи процессоров серии K с разблокированным множителем для настольных ПК и ноутбуков выросли на 20% в годовом исчислении.

Конвертируемые решения формата 2 в 1 стали ещё большим катализатором роста, поскольку их цикл обновления составляет приблизительно восемь месяцев. В прошлом году объём продаж систем 2 в 1 вырос на 40% и, по прогнозам Intel, в следующем году он продолжит активный рост. На рынке уже сейчас представлено более ста продуктов 2 в 1 на базе чипов Skylake, от решений с низким энергопотреблением до высокопроизводительных систем. В Intel ожидают, что с появлением Intel Kaby Lake предлагаемый ассортимент ещё больше расширится.

Быстрый рост продаж демонстрирует сегмент ультратонких и лёгкие ноутбуков. В Intel отмечают, что по некоторым ключевым моментам продажи Chromebook опережают продажи планшетов. Сегмент мини-ПК, включая системы NUC, в прошлом году вырос на 60% — частично это связано с тем, что пониженный TDP позволяет производителям устанавливать больше вычислительной мощности в меньшее пространство.

Процессоры серии Y и U предназначены для большинства сегментов с высоким ростом. По прогнозам Intel, к концу года появится более 100 решений на базе Intel Kaby Lake . Как заявляют в компании, в различных задачах эти процессоры до 1,7 – 15 раз быстрее своих предшественников. Отмечаются также существенные усовершенствования в архитектуре обработки мультимедийных задач, которые увеличивают время работы устройства от батареи при воспроизведении видео в 4K.

У Intel весьма амбициозные цели. По плану компании, в первой половине следующего года должно выйти ещё 350 новый решений. Наиболее широко будут представлены системы 2 в 1 и сверхлёгкие устройства. В них будут реализованы новые функций, такие как сенсорный ввод, стилус, ИК-камеры для сканирования лица и другие биометрические датчики. По словам представителей Intel, появится более 120 устройств на базе Intel Kaby Lake с интерфейсом Thunderbolt 3, обладающим скоростью передачи 40 Гбит/с и мощностью до 100 Вт для зарядки. Также, по прогнозам Intel, более 100 систем будут оснащаться функцией Windows Hello (биометрический вход в систему), а также появятся более 50 решений с поддержкой UHD и более 25 устройств, оборудованных стилусом.

Самые тонкие конвертируемые устройства будут иметь толщину 10 миллиметров, а системы без крышки станут ещё тоньше. Некоторые конвертирующие модели без вентилятора будут иметь толщину 7 мм и определённо понравятся тем, кто гонится за тонкостью устройства.

Процессоры Intel Kaby Lake будут охватывать несколько сегментов, но самые быстрые чипы серии H, которые Intel разрабатывала для мобильных платформ, ориентированных на энтузиастов (ноутбуки для игр), ЦП серии S (массовые десктопы), а также процессоры для HEDT (high-end desktop), рабочих станций и корпоративных систем появятся только в следующем году.

Intel по-прежнему уделяет много внимания энергоэффективности. В компании отмечают, что нижний порог потребляемой мощности архитектуры Core первого поколения (2010 год) составлял 18 ВТ, а к выходу Skylake удалось снизить этот показатель до 4,5 Вт. Intel Kaby Lake сохраняет это значение. Однако в Intel заявляют, что увеличили потолок эффективности (производительность на ватт) Intel Kaby Lake в два раза по сравнению со Skylake — получается, что по сравнению с продуктами первого поколения, совокупный скачок эффективности достигает десяти раз.

Обзор Intel Kaby Lake | Обзор технологий 14nm+, Tri-Gate и Speed Shift

Согласно Закону Мура, плотность транзисторов удваивается каждые 18 месяцев. К сожалению, Закон Мура часто пересекается с законами экономики, в частности с законом Рока, который утверждает, что стоимость основных фондов, используемых в производстве полупроводников, удваивается каждые четыре года. Для типичного производства требуются капиталовложения в размере примерно $14 млрд, поэтому для уменьшения техпроцесса нужно повышать розничную цену продукта, либо увеличивать период амортизации, который компенсирует возросшие инвестиции. Главное, найти правильный баланс между транзисторной плотностью и стоимостью производства. Intel уверена, что сможет и дальше успешно бороться с физикой, уменьшая размеры микросхем. Однако за удлинением традиционного цикла «тик-так» наверняка стоят увеличенные расходы на производство, разработку и исследования.

В основу Intel Kaby Lake положена микроархитектура Skylake, то есть конвейер (и пропускная способность IPC) остался неизменным. Оптимизации техпроцесса Intel 14нм+ направлены на создание более быстрых транзисторов, обеспечивающие рост тактовой частоты. Повышение тактовой частоты важно для однопоточных приложений, и в мобильной среде оно позволяет быстрее выполнить задачу и вернуться в режим простоя. В итоге, кроме частоты растёт и время автономной работы.

Косметический ремонт технологии Tri-Gate

Intel начала использовать технологию 3D tri-gate (аналогично FinFET) с переходо на 22-нм техпроцесс, позволивший увеличить производительность, оставаясь в пределах прежнего теплового пакета. К сожалению, 3D-транзисторы увеличили стоимость и сложность и без того дорогих архитектуры и техпроцесса.

По данным Intel, её процессоры на сегодня обладают самой высокой транзисторной плотностью, и, учитывая, что техпроцесс 14 нм+ не подразумевает уменьшение литографии, этот показатель остался неизменным. Вместо этого Intel оптимизирует свои транзисторы путем улучшения профиля затвора с более высокими плавниками и более широким шагом затвора. Также улучшена область диффузии транзистора.

В Intel не делятся точными размерами нового профиля плавника и шага затвора, но презентация на IDF 2014 года иллюстрирует предыдущие усовершенствования компании и масштаб проблемы. Хотя официально Intel не называет этот процесс технологией tri-gate следующего поколения, можно с уверенностью предположить, что это так.

С уменьшением литографии становится всё труднее прокладывать межсоединения — маленькие нити, соединяющие транзисторы. Транзисторы становятся быстрее и меньше, но медные межсоединения с уменьшением размеров становятся медленнее, поскольку могут нести меньше тока. Последние усовершенствования технологии межсоединений основаны на улучшении их изоляторов, но Intel отмечает, что добилась увеличения скорости межсоединений в технологии 14 нм+ за счёт оптимизации шага затвора и форматного соотношения.

По данным компании, в результате оптимизации техпроцесса 14 нм+ и межсоединений производительность выросла на 12%.

Повышенная тактовая частота – более быстрая технология Speed Shift

Одним из важнейших методов снижения энергопотребления является эффективное переключение различных режимов питания. Раньше о смене режима питания процессору сообщала операционная система, используя технологию EIST (Enhanced Intel SpeedStep). Однако задержка сигнала ограничивала её эффективность, и одновременно с архитектурой Skylake была представлена технология Speed Shift. Новая технология позволяет процессору управлять режимом питания самостоятельно, сокращая время задержки в 30 раз.

С появлением поколения Intel Kaby Lake технология Speed Shift не изменилась, и на графике выше можно увидеть, как она влияет на тактовые частоты. Ось X отвечает за время, а каждый график показывает время завершения одной и то же задачи с разными настройками. Вертикальная ось отображает изменение тактовой частоты во время теста.

Оранжевая линия показывает время выполнения теста на процессоре Core-i7-6500U (Skylake) с технологией EIST. Переключение на технологию Speed Shift (зелёная линия) снижает задержку перехода к более высоким частотам и сокращает время выполнения теста более чем в два раза.

Сочетание технологии Speed Shift и повышенных частот Turbo Boost у процессора Core-i7-7500U (Intel Kaby Lake , жёлтая линия) еще больше сокращает время выполнения задачи. Более высокая частота позволяет процессору быстрее возвращаться в режим бездействия, как следствие увеличивается время работы от батареи.

Кроме того, Intel предлагает уникальные функции для мобильных устройств, например технологию Intel Adaptive Performance (APT). Данная функция использует датчики, которые отправляют информацию в систему, чтобы улучшить управление электропитанием на аппаратном уровне. В Intel признались, что вендоры уже используют некоторые функции APT в существующих устройствах, но в компании утверждают, что устройства на базе Intel Kaby Lake имеют более тесную интеграцию с данной технологией. Вероятно, сам ЦП сможет использовать данные с датчика для управления Turbo Boost и Speed Shift, но пока мы ждём более подробной информации.

Компания продемонстрировала систему 2 в 1 Asus Transformer 3 толщиной 7 мм, которая адаптирует частоту и производительность, исходя из информации с датчика. Датчики температуры «поверхности» позволяют устройству определять и корректировать частоты. Если позволит тепловой режим, устройство сможет дольше оставаться в состоянии Turbo Boost. Акселерометры помогут корректировать производительность с учётом ориентации устройства. Например, компьютер переключится в режим более высокого энергопотребления, когда будет статично находится под углом 45 градусов (то есть, в док-станции). Если устройство находится под углом 90 градусов, значит пользователь держит его в руках, и потребляемая мощность будет понижена.

Обзор Intel Kaby Lake | Блок мультимедиа

Развитие 4K

Для оценки важности оптимизаций блока мультимедиа Intel ссылается на широкий диапазон данных. Компания также провела опрос 2400 пользователей, чтобы подкрепить свои заявления о том, что оптимизация работы с мультимедиа обеспечит среднему пользователи улучшения в производительности по многим направлениям.

В Intel заявляют, что во время выпуска чипов поколения Intel Kaby Lake на рынке появится более 50 моделей ноутбуков с панелями 4K. Кроме того, более широкое распространение получат новые способы трансляции контента, например видео с обзором 360 градусов и многопоточная передача. Разрешение 4K быстро набирает популярность. По прогнозам аналитиков, на рынке ПК к концу 2020 года будет представлено более 100 миллионов устройств с разрешением UHD.

Существующие кодеки VP8 и AVC не слишком эффективно работают с видео высокой чёткости, поэтому всё большее распространение получают новые кодеки, которые снижают необходимый уровень пропускной способности для передачи видео в HD и 4K (с помощью удвоенного сжатия). Высокопроизводительные новые кодеки требуют больше вычислительной мощности. Наиболее популярным кодеком становится VP9, который транслирует видео в потоке без буферизации. YouTube уже передал более 25 миллиардов часов потокового HD-видео (730p) с VP9. Успехи делает и кодек HEVC. Внедрение аппаратное ускорения HEVC и кодирование/декодирование с VP9 – это основной элемент стратегии Intel на рынке мобильных устройств.

Intel утверждает, что внедрение 10-разрядного аппаратного ускорения HEVC увеличивает время работы устройства от батареи при передаче видео 4K в потоке на 75% (до 9,5 часов). Также указывается, что на одной зарядке пользователи могут просматривать 4K-видео с углом обзора 360 градусов в течение семи часов.

Медиа архитектура Gen9

Intel усовершенствовала блок работы с мультимедиа, чтобы повысить производительность потоковой передачи и других ресурсоёмких многозадачных рабочих нагрузок, которые часто называют . Intel относит к типичным операциям мегазадачности трансляцию игры на Twitch, для которой требуется захват геймплея с одновременным кодированием и декодированием.

Для увеличения производительности в тяжёлых задачах необходимо выделить некоторые процессы из основного конвейера визуализации, например кодирование и декодирование. Компания использует ту же базовую архитектуру графического ядра Gen9, которую она применяла в платформе Skylake, но с некоторыми доработками. Три подсекции в центре содержат исполнительные блоки EU, кэш, блоки выборки 3D (3D sampler) и медиа данных (media sampler). Эти компоненты делят между собой ресурсы слева, выполняя большую часть операций рендеринга.

Инженеры Intel сосредоточились на целевых оптимизациях блоков MFX (декодирование/кодирование) и VQE, которые на схеме выделены зеленым цветом. Эти блоки находятся за пределами конвейера рендеринга и работают независимо от подсекций, расширяя параллелизм. Например, во время игр подсекции выполняют задачи рендеринга, а блок MFX занимается операциями кодирования/декодирования. Каждый набор из трёх подсекций функционирует как одна большая подсекция и Intel может менять их количество, чтобы настраивать производительность разных моделей процессоров.

Multi-format Codec (MFX) выполняет несколько функций, включая поддержку старых кодеков AVC и VP8. Intel также добавила полную аппаратную поддержку 10-битного кодирования/декодирования HEVC, декодирования VP9 8/10-бит и 8-битного кодирования VP9. В Skylake использовалось гибридное решение, которое для работы некоторых кодеков задействовало ЦП и GPU, но в Intel Kaby Lake реализована обработка с полным аппаратным ускорением, что снижает нагрузку на ЦП при воспроизведении видео и, как следствие, потребление энергии.

Intel также добавила в блок VQE поддержку HDR (Расширенный динамический диапазон), который может обрабатывать видео и располагает такими функциями улучшения контента, как коррекция цвета, усиление цвета, усиление тона кожи и шумоподавление.

Показатели чистой производительности впечатляют: так называемое графическое ядро Gen9+ (улучшенное по сравнению с Gen9 архитектуры Skylake) поддерживает до восьми одновременных потоков 4Kp30 AVC и HEVC. Кроме того, оно выполняет больше ресурсоемких операций декодирования HEVC 4Kp60 в реальном времени на скорости 120 Мбит/с.

Обзор Intel Kaby Lake | Производительность блока мультимедиа

Скорость работы HEVC и VP9

Intel продемонстрировала два реальных примера прироста производительности с внедрением аппаратного ускорения, и связанное с ним снижение нагрузки на ЦП Intel Kaby Lake (по сравнению со Skylake).

Первый пример показывает совокупное энергопотребление ЦП и GPU во время локального воспроизведения видео в 4K с декодированием HEVC. Система на базе Skylake показала загрузку центрального процессора на 50% и потребляемую мощность 10,2 Вт, а система с чипом Intel Kaby Lake использует ресурсы ЦП только на 5 %, а энергопотребление снижено до 0,5 Вт. Энергопотребление уменьшилось приблизительно в 20 раз, а время автономной работы выросло в 2,6 раза.

Демонстрация декодирования VP9 включает потоковую передачу контента из YouTube в браузере Chrome. Хотя разница не такая впечатляющая, как в предыдущем тесте, всё же заметен существенный рост эффективности. Система с процессором Intel Kaby Lake загружает ЦП на ~15% и потребляет 0,8 Вт, в то время как система с чипом Skylake, выполняя ту же задачу, использовала почти 75% ресурсов ЦП и 5,8 Вт мощности.

Теперь посмотрим на чистый прирост скорости. Intel разделила производительность на три сегмента: работа (work), создание контента (create) и игры (game), и сравнила Intel Kaby Lake с ПК пятилетнего возраста. Многие возразят, что для сравнения взята слишком старая система, однако в Intel утверждают, что показатели актуальны, поскольку именно пользователи таких компьютеров составят большинство обновляющихся до Intel Kaby Lake .

В любом случае компания заявляет 1,7-кратный прирост скорости работы в таких задачах, как конвертация документов Word в PDF, использование PowerPoint и макросы Excel. Раздел «Создание контента» включает создание, редактирование и обмен видео в 4K. В нём скорость выросла в 8,6 раза. В игре Overwatch платформа Intel Kaby Lake даёт трёхкратный прирост производительности.

Intel также представила результаты Skylake и Intel Kaby Lake в тестах, адресованных энтузиастам ПК. По измерениям Intel, увеличение производительности в SYSmark 2014 достигает 12%. Напомним, что SYSmark – это бенчмарк, использующий в основе офисные приложения, задачи создания медиаконтента, анализ данных. Бенчмарк WebXPRT 2015 определяет производительность в задачах, использующих HTML5 и JavaScript. Здесь прирост скорости во время просмотра веб-страниц, по данным Intel, составил 19%, по сравнению со Skylake.

Важно отметить, что на представленных выше слайдах Intel показывает только совокупные показатели производительности. Более подробную информацию по тестам можно найти на изображениях ниже.

Обзор Intel Kaby Lake | Модели

Серия Y

Процессоры серии Y и U имеют конфигурацию 2+2, то есть они используют два ядра ЦП и графическое ядро HD Graphics 615 Gen9 +. Более мощные варианты процессоров с улучшенным графическим ядром появятся в начале следующего года. Intel разработала серию Y с номинальной мощностью 4,5 Вт специально для рынка тонких и лёгких компьютеров.

Процессоры серии Y	Core i7 7-го gen.	Core m7 6-го gen.	Core i5 7-го gen.	Core m5 6-го gen.	Core m3 7-го gen.	Core m3 6-го gen.
Модель	i7-7Y75	m7-6Y75	i5-7Y54	m5-6Y54	m3-7Y30	m3-6Y30
Сокет	FCBGA 1515	FCBGA 1515	FCBGA 1515	FCBGA 1515	FCBGA 1515	FCBGA 1515
Ядра/ потоки	2/4	2/4	2/4	2/4	2/4	2/4
Номинальная мощность, Вт	4,5	4,5	4,5	4,5	4,5	4,5
Базовая частота(ГГц)	1,3	1,2	1,2	1,1	1	0,9
Макс. частота ядра (ГГц)	3,6	3,1	3,2	2,7	2,6	2,2
	3,4	2,9	2,8	2,4	2,4	2
Графическое ядро	HD Graphics 615	HD Graphics 515	HD Graphics 615	HD Graphics 515	HD Graphics 615	HD Graphics 515
	300	300	300	300	300	300
	1050	1000	950	850	900	900
Двухканальная память	LPDDR3 /DDR3L 1866/1600	LPDDR3 /DDR3L 1866/1600	LPDDR3 /DDR3L 1866/1600	LPDDR3 /DDR3L 1866/1600	LPDDR3 /DDR3L 1866/1600	LPDDR3 /DDR3L 1866/1600
Hyper-Threading	да	да	да	да	да	да
Smart Cache	да	да	да	да	да	да
Intel HD Graphics	да	да	да	да	да	да
Intel Active Management	да		да		нет
TSX-NI	да	да	да	нет	нет	нет
Цена за 1000 шт.	$393	$393	$281	$281	$281	$281

Судя по техническим характеристикам, разница между процессорами Skylake и Intel Kaby Lake в основном заключается в таковой частоте, но есть ряд других улучшений, например переход с HD Graphics 515 на 615, который обеспечивает хороший прирост максимальной графической частоты процессоров m3-7Y30 и i5-7Y54.

Относительно низкая базовая частота ЦП может ввести в заблуждение, но процессоры для мобильных устройств часто имеют более низкую базовую тактовую частоту, чтобы сохранить заряд батареи, но предлагают более высокие частоты Turbo Boost, чтобы быстро реагировать на высокие нагрузки. Эта тенденция проявляется и в продуктах седьмого поколения, хотя, по сравнению с предыдущим, Intel подняла базовую частоту на 100 МГц у всех процессоров.

Большое повышение производительности связано с высокой скоростью ядра процессора в режиме Turbo Boost, частота которого возросла на 400-500 МГц. Скорость в Turbo – это очень важный фактор для мобильных платформ, поскольку они постоянно сталкиваются с мгновенными запросами, а затем возвращаются к более низкому энергопотреблению. Intel также увеличила тактовые частоты Turbo Boost для многопоточного режима работы.

Вся процессоры серии Y и U поддерживают технологию Hyper-Threading, а технология Turbo Boost 2.0 позволяют ЦП и GPU изменять тактовые частоты в зависимости от интенсивности рабочей нагрузки.

Кроме того Intel немного пересмотрела маркировку: модели Core m7 и Core m5 теперь называются i5 и i7.

Серия U

Процессоры серии Intel U с тепловым пакетом 15 Вт ориентированы на мобильные системы и используют конфигурацию 2+2 с графическим процессором HD Graphics 620.

Процессоры серии Y	Core i7 7-го gen.	Core i7 6-го gen.	Core i5 7-го gen.	Core i5 6-го gen.	Core i3 7-го gen.	Core i3 6-го gen.
Модель	i7-7500U	i7-6500U	i5-7200U	i5-6200U	i3-7100U	i3-6100U
Сокет	FCBGA 1356	FCBGA 1356	FCBGA 1356	FCBGA 1356	FCBGA 1356	FCBGA 1356
Ядра/ потоки	2/4	2/4	2/4	2/4	2/4	2/4
Номинальная мощность, Вт	15	15	15	15	15	15
Базовая частота(ГГц)	2. 7	2.5	2.5	2.3	2.4	2.3
Макс. частота ядра (ГГц)	3,5	3,1	3,1	2,8	н/д	н/д
Макс. частота в многопоточном режиме (ГГц)	3,5	2,6	3,1	2,4	н/д	н/д
Графическое ядро	HD Graphics 620	HD Graphics 520	HD Graphics 620	HD Graphics 520	HD Graphics 620	HD Graphics 520
Базовая частота граф. Ядра (МГц)	300	300	300	300	300	300
Макс. частота граф. Ядра (МГц)	1050	1050	1000	1000	1000	1000
Двухканальная память	DDR3L /DDR4 1866/2133	DDR3L /DDR4 1160/2133	DDR3L /DDR4 1866/2133	DDR3L /DDR4 1160/2133	DDR3L /DDR4 1866/2133	DDR3L /DDR4 1160/2133
Hyper-Threading	да	да	да	да	да	да
Smart Cache	да	да	да	да	да	да
Intel HD Graphics	да	да	да	да	да	да
Intel Active Management	да		да		нет
TSX-NI	да	да	да	нет	нет	нет
Цена за 1000 шт.	$393	$393	$281	$281	$281	$281

Седьмое поколение процессоров серии U получило повышенную на 100-200 МГц базовую частоту, а также увеличенную на 300-400 МГц частоту Turbo Boost. Новая платформа отказывается от поддержки памяти LPDDR3. Intel также перешла с Graphics 520 на 620, хотя тактовые частоты графического ядра остались прежними.

Цены чипов Intel Kaby Lake не изменились, по сравнению с процессорами Skylake. В Intel заявляют, что поставки процессоров с поддержкой технологий vPro и графическим ядром Iris Pro (2+3 и 4+4) начнутся в январе 2017 года.

Платформа

Intel внедрила большинство функций ввода-вывода в платформу, чтобы снизить стоимость, сложность и энергопотребление на уровне системы. И учитывая, что все процессоры используют корпус BGA, различий между ними немного. Естественно модели в исполнении BGA не подходят для замену существующих устройств.

Базовые модели серии U не поддерживают RAID или Intel Smart Response Technology, но в них представлены прочие функции премиальных линеек, хотя и урезанном варианте. Премиальные продукты поддерживают до 10 или 12 линий PCIe 3.0, а базовые — 10 линий PCIe 2.0. Сейчас всё больше устройств использует интерфейс PCIe, включая быстрые SSD формата M.2 с подключением PCIe 3.0 x4, поэтому дополнительные линии в большинстве случаев найдут своё применение. Модели премиум-класса также поддерживают четыре порта SATA 6 Гбит/с, в то время как базовые модели ограничены двумя.

Обзор Intel Kaby Lake | PAO

Иногда в погоне за соответствием Закону Мура упускаются многообещающие технологии и оптимизации. С точки зрения возможностей, быстрый цикл развития подразумевает много компромиссов (не хватает времени на реализацию всех функций), и это не позволяет производителям полностью использовать опыт и знания, полученные во время первого этапа развития структуры микроархитектуры.

Дополнительный этап развития техпроцесса Intel 14 нм является этапом «оптимизации» в новой тактике PAO (процесс-архитектура-оптимизация), что даёт возможность вносить многообещающие корректировки в существующую архитектуру Skylake. Intel отрегулировала транзисторы, чтобы обеспечить больше производительности на том же ядре, но освободивший запас мощности отдала под увеличение частоты Turbo Boost, а не базовой тактовой частоты.

Новая тактика хорошо работает с мобильными процессорами. Но пока трудно понять, как Intel применит более быстрые транзисторы в ЦП для настольных ПК. Чипы с более высоким TDP обычно не использутся в системах с питанием от батареи, так что мы можем получить более существенное увеличение базовой частоты. Мы также ожидаем более широкой реализацию программной версии Turbo Boost 3.0, которую мы впервые увидели в Broadwell-E. Пока Intel не даёт комментариев, но возможно, что дополнительная информация появится ближе к концу года.

Конструкторы Intel внесли относительно небольшие изменения в блоках кодирования/декодирования графического ядра Gen9+. Целевые корректировки в определённых задачах должны привести к существенному ускорению. Отделение процессов кодирования/процесс от ЦП во время операций со стандартами HEVC и VP9 должно оказать ощутимое влияние на производительность во время создания и потребления контента, не говоря уже о времени автономной работы.

Во время брифингов Intel провела несколько впечатляющих демонстраций, включая игру Overwatch на платформе мощностью 15 Вт с частотой кадров 32 FPS при максимальном поле обзора и разрешении HD. Это, конечно, предвещает успех более мощных чипов для мобильных систем, которые появятся в следующем году.

Видимое замедление пошагового развития может некоторых встревожить. Но экономика проектирования полупроводников и технологического процесса диктует свои условия и подразумевает компромиссы на разных этапах. Intel отложила выпуск архитектуры Cannonlake с техпроцесса 10 нм, когда переключилась на стратегию PAO, а некоторые фабрики вообще отказались от процесса FinFET 10 нм. GlobalFoundries недавно объявила, что переходит с 14 нм сразу на 7 нм, в связи с тем, что продукты на 10 нм обещают слишком несущественное увеличение производительности.

AMD утверждает, что её архитектура Zen способна соперничать с процессорами Skylake текущего поколения, а относительно небольшой прирост производительности новых чипов Intel (по крайней мере, в случае с мобильными ЦП Intel Kaby Lake ) может обеспечить AMD более конкурентоспособную позицию. Однако развитие производства полупроводников не стоит на месте, и переход к 10 нм может обеспечить Intel небольшую передышку. Конечно, всё зависит от того, как быстро обе компании смогут выпустить на рынок новые продукты.

Intel повышает производительность постепенно и улучшения не кажутся внушительными, но первые продукты с техпроцессом 14 нм+ подойдут для большинства задач, актуальных для пользователей мобильных систем. В целом, эти усовершенствования подтолкнут пользователей старых систем к обновлению, но вряд ли заставят технических энтузиастов поменять свои мобильные устройства на базе Skylake в пользу решений с Intel Kaby Lake . В Intel этого и не планировали. Основная цель выпуска Intel Kaby Lake – дать «отстающим» в техническом плане пользователям причину для обновления своих платформ, и реализованные в ней оптимизации вполне могут послужить хорошим стимулом.

Все современные вычислительные технологии базируются на основе полупроводниковой электронной техники. Для ее производства используются кристаллы кремния – одного из самых распространенных минералов в составе нашей планеты. С момента ухода в прошлое громоздких ламповых систем и с развитием транзисторных технологий этот материал занял важное место в производстве вычислительной техники.

Центральные и графические процессоры, чипы памяти, различные контроллеры – все это производится на основе кремниевых кристаллов. Уже полвека основной принцип не меняется, совершенствуются только технологии создания чипов. Они становятся более тонкими и миниатюрными, энергоэффективными и производительными. Главным параметром, который при этом усовершенствуется, является техпроцесс.

Практически все современные чипы состоят из кристаллов кремния, которые обрабатываются методом литографии, с целью формирования отдельных транзисторов. Транзистор – ключевой элемент любой интегральной микросхемы. В зависимости от состояния электрического поля, он может передавать значение, эквивалентное логической единице (пропускает ток) или нулю (выступает изолятором). В чипах памяти с помощью комбинаций нулей и единиц (положений транзистора) записываются данные, а в процессорах – при переключении производятся вычисления.

В 14-нм технологии (по сравнению с 22-нм) сокращено количество барьеров, увеличена их высота, уменьшено расстояние между диэлектрическими ребрами

Технологический процесс – это процедура и порядок изготовления какой-либо продукции. В электронной промышленности, в общепринятом значении, это величина, которая указывает на разрешающую способность оборудования, применяемого при производстве чипов. От нее также напрямую зависит размер функциональных элементов, получаемых после обработки кремния (то есть, транзисторов). Чем чувствительнее и точнее оборудование используется для обработки кристаллов под заготовки процессоров – тем тоньше будет техпроцесс.

Что значит числовая величина техпроцесса

В современном полупроводниковом производстве наиболее распространена фотолитография – вытравливание элементов на кристалле, покрытом диэлектрической пленкой, с помощью воздействия света. Именно разрешающая способность оптического оборудования, излучающего свет для вытравливания, и является техпроцессом в общепринятом толковании этого слова. Это число указывает, насколько тонким может быть элемент на кристалле.

На что влияет техпроцесс

Техпроцесс напрямую сказывается на количестве активных элементов полупроводниковой микросхемы. Чем тоньше техпроцесс – тем больше транзисторов поместится на определенной площади кристалла. В первую очередь это значит увеличение количества продукции из одной заготовки. Во вторую – снижение потребления энергии: чем тоньше транзистор – тем меньше он расходует энергии. Как итог, при равном количестве и структуре размещения транзисторов (а значит, и увеличения производительности) процессор будет меньше расходовать энергию.

Минусом перехода на тонкий техпроцесс является удорожание оборудования. Новые промышленные агрегаты позволяют делать процессоры лучше и дешевле, но сами набирают в цене. Как следствие, лишь крупные корпорации могут вкладывать миллиарды долларов в новое оборудование. Даже такие известные компании, как AMD, Nvidia, Mediatek, Qualcomm или Apple самостоятельно процессоров не делают, доверяя это задание гигантам вроде TSMC.

Что дает уменьшение техпроцесса

При уменьшении технологического процесса производитель получает возможность поднять быстродействие, сохранив прежние размеры чипа. К примеру, переход с 32 нм на 22 нм позволил вдвое увеличить плотность транзисторов. Как следствие, на том же кристалле, что раньше, стало возможным размещение не 4, а уже 8 ядер процессора.

Для пользователей главное преимущество заключается в снижении энергопотребления. Чипы на более тонком техпроцессе требуют меньше энергии, выделяют меньше тепла. Благодаря этому можно упростить систему питания, уменьшить кулер, меньше внимания уделить обдуву компонентов.

Техпроцесс процессоров на смартфонах

Смартфоны требовательны к аппаратным ресурсам и быстро расходуют заряд аккумулятора. Поэтому, для замедления расхода разряда, разработчики процессоров для мобильных устройств стараются внедрять в производство самые новые техпроцессы. К примеру, некогда популярные двухъядерники MediaTek MT6577 производились по техпроцессу 40 нм, а Qualcomm Snapdragon 200 ранних серий изготавливались по 45-нанометровой технологии.

В 2013-2015 годах основным техпроцессом для чипов, используемых в смартфонах, стал 28 нм. MediaTek (вплоть до Helio X10 включительно), Qualcomm Snapdragon серий S4, 400, а также модели 600, 602, 610, 615, 616 и 617 – это все 28 нм. Он же использовался и при изготовлении Snapdragon 650, 652, 800, 801, 805. «Горячий» Snapdragon 810, что интересно, был выполнен по более тонкому техпроцессу 20 нм, но это ему не сильно помогло.

Apple в своем A7 (iPhone 5S) тоже обходилась 20-нанометровой технологией. В Apple A8 для шестого Айфона применили 20 нм, а в модели A9 (для 6s и SE) уже используется новый 16 нм технологический процесс. В 2013-2014 годах Intel делали свои Atom Z3xxx по 22-нанометровой технологии. С 2015 года в производство запустили чипы с 14 нм.

Следующим шагом в развитии процессоров для смартфонов является повсеместное освоение техпроцессов 14 и 16 нм, а дальше стоит ожидать 10 нм. Первыми экземплярами на нем могут стать Qualcomm Snapdragon 825, 828 и 830.

Долгие годы компания Intel шла впереди планеты всей по темпам внедрения передовых техпроцессов для выпуска сложных микросхем (читай — процессоров). На внедрении 14-нм техпроцесса она забуксовала. Проблемы с внедрением 14-нм техпроцесса усугубились тем, что рынок ПК перестал показывать положительную динамику. Вот уже несколько лет вместо ежегодного прироста мы наблюдаем сокращение объёмов продаж. Снижение выручки автоматически ведёт к сокращению финансирования разработок и модернизации производства, что вызывает у производителя неодолимое желание эксплуатировать уже созданное и не спешить с инновациями.

Отсутствие взрослой конкуренции также не способствует движению вперёд, за что мы можем сказать «спасибо» сами знаете кому. Всё вместе взятое на данном этапе подводит нас к тому, что 14-нм техпроцесс для Intel — это рабочая лошадка на года. Ожидаемый 10-нм техпроцесс и, в частности, процессоры Cannonlake не сделают погоды на рынке. Обжёгшись на непростом внедрении 14-нм технологических норм, компания Intel будет долго «дуть на воду» — медленно и ограниченно переходить на выпуск 10-нм решений. Мы огорчались, что Intel не смогла приступить к выпуску 10-нм процессоров в середине этого года, как предписывала стратегия «тик-так» и ранние планы компании. Теперь нам, похоже, придётся привыкать к мысли, что 10-нм CPU Intel не будет в 2017 году (что уже решено) и даже в 2018.

Японские источники со ссылкой на OEM-производителей поделились новостью , согласно которой Intel ведёт разработку ещё одних 14-нм процессоров. Как известно, в четвёртом квартале нынешнего года компания выведет на рынок второе поколение 14-нм процессоров Skylake — процессоры Kaby Lake (третье 14-нм после Broadwell). Процессоры Kaby Lake заменят Skylake во всех категориях продуктов. В четвёртом квартале 2017 года ожидается выход первых 10-нм процессоров компании — решений на архитектуре Cannonlake. Но эти процессоры, если верить свежим утечкам, массовыми решениями станут не скоро. Скорее всего это произойдёт не раньше 2019 года. Потому что в 2018 году на смену Kaby Lake обещают прийти 14-нм процессоры Coffee Lake.

Впервые о процессорах Coffee Lake мы услышали в апреле этого года по информации из профиля одного из сотрудников Intel в одной из социальных сетей для поиска вакансий. Тогда возникло предположение, что это имя одного из 10-нм или даже 7-нм процессоров Intel. Сегодня с некоторой долей уверенности можно сказать, что это будут очередные «оптимизированные» 14-нм процессоры компании.

Процессоры Coffee Lake будут находиться на рынке одновременно с 10-нм процессорами Cannonlake. Последние будут выпускаться для тонких ноутбуков и планшетоподобных систем в младшей конфигурации в сериях U и Y с TDP от 15 Вт до 4,5 Вт. Всё что выше — о U до H — будут процессоры на архитектуре Coffee Lake. Это массовые и производительные системы с числом ядер от двух до шести. Встроенное графическое ядро процессоров Coffee Lake также будет классом выше, чем у Cannonlake: GT3e вместо GT2 у Cannonlake. Данная информация заставляет представить, что 14-нм техпроцесс для Intel — это надолго. Впрочем, мы повторяемся. Как и Intel…

Samsung разработала новую технологию создания радиочастотных модулей 5G на базе 8-нм техпроцесса

Новая архитектура 8-нм радиочастотного модуля повышает энергоэффективность на 35% и сокращает занимаемую площадь на 35% по сравнению с 14-нм решением.

 

Samsung Electronics представила новейшую радиочастотную технологию на базе 8-нанометрового (нм) техпроцесса.

 

Новая технология производства подойдет для создания «однокристальных решений», в частности, чипов 5G с поддержкой многоканальных и многоантенных микросхем. Благодаря этому Samsung расширяет лидирующие позиции на рынке как на 5G-полупроводниковые решения для диапазона Sub-6, так и миллиметрового диапазона (mmWave).

 

8-нанометровый технологический техпроцесс для радиомодулей, представленный Samsung — последнее пополнение обширного портфолио радиочастотных решений компании, которое также включает 28-нм и 14-нм разработки. Компания Samsung удерживает лидерство в этой области, благодаря поставкам более 500 миллионов радиочастных микросхем для премиальных смартфонов начиная с 2017 года.

 

Новая архитектура Samsung RFeFET™

 

Благодаря продолжающемуся масштабированию и расширению цифровых узлов производительность, энергопотребление и площадь (PPA) цифровых схем значительно улучшились, тогда как в случае с аналоговыми / радиочастотными микросхемами этого не произошло по таким причинам, как негативное взаимное влияние побочного излучения элементов при уменьшении размеров радиоэлектронных модулей. В результате, у большинства чипов связи ухудшаются радиохарактеристики, в частности, уменьшается чувствительность, способность принимать слабые по интенсивности радиосигналы и повышается энергопотребление.

 

Для решения этой проблемы Samsung разработала уникальную архитектуру для 8-нм радиочипов, под названием RFextremeFET (RFeFET™). Она позволяет существенно улучшить показатели и снизить потребление энергии. По сравнению с предыдущими 14-нм решениями, RFeFET™ сочетает цифровое PPA-масштабирование с повышением качества аналогового/RF-масштабирования, благодаря чему растет производительность 5G-платформ.

 

Разработанный компанией процесс повышает параметры каждого из поддерживаемых частотных диапазонов (для многоканальных и многоантенных решений), при этом сокращая негативное взаимное побочное влияние. Поскольку архитектура RFeFET™ значительно повышает производительность решения, то суммарное количество радиотранзисторов и площадь аналоговых радиоблоков могут быть уменьшены.

 

По сравнению с 14-нм техпроцессом, благодаря инновационной разработке RFeFET™ 8-нм решение Samsung повышает энергоэффективность на 35% и сокращает площадь радиочастотного модуля на 35%.

 

Техпроцесс видеокарты что это такое и на что он влияет?

Опубликовано 1.10.2018 автор Андрей Андреев — 0 комментариев

Привет, друзья! Возможно, погружаясь в тематику компьютерного железа, вы встречали такое понятие как техпроцесс видеокарты, что это такое, на что влияет и какой из них лучший, расскажу в сегодняшней публикации. Все готово, поехали.)

Где там транзисторы

Любой процессор состоит из огромного количества микроскопических транзисторов – что ЦП, что графический чип. Однако транзисторы здесь не совсем привычные – например, не такие, как в радиоприемнике. Реализованы они на куске кремния, из которого состоит процессор.

Сегодня размеры этих компонентов измеряются уже в нанометрах – одной миллиардной части метра – например, 40 нм, 22 нм или 16 нм. Чем меньше цифра, тем тоньше техпроцесс и тем больше транзисторов умещается на той же площади кристалла.

Вообще, техпроцессом называется совокупность действий оборудования по изготовления какой-либо детали, в нашем случае микросхемы. Однако применительно к процессорам и графическим чипам такое обозначение – разрешение печатного оборудования, которое создает компоненты на поверхности кристалла.

Как узнать техпроцесс конкретной детали? Он всегда указан в сопроводительной документации.

Однако учитывайте, что во многих интернет-магазинах, в характеристиках товара этого параметра нет, поэтому при заказе комплектующих, необходимо уточнять детали у консультанта. Как вариант, можно узнать эту информацию на официальном сайте производителя.

Влияние техпроцесса

Технологии делаются все совершеннее, позволяя уменьшить техпроцесс, увеличив тем самым количество транзисторов на одной и той же площади. Что значит это в практическом плане?Увеличение количества транзисторов позволяет увеличить количество логических блоков и тем самым производительность процессора при тех же физических размерах. Как вариант, можно не изменять количество транзисторов, но уменьшить размеры компонента.

При уменьшении размеров транзисторов, снижается тепловыделение и энергопотребление. Благодаря этому, можно увеличить количество ядер процессора без риска перегрева, что негативно сказывается на производительности. Особенно это актуально для лэптопов и планшетов – да, в крутых моделях тоже установлены видеокарты, созданные по тому же принципу.

Переход на новый, более совершенный техпроцесс, требует от производителя железа проведения фундаментальных исследований, разработки нового оборудования, его создания и обкатки.

По этой причине новые модели центральных и графических процессоров стоят чрезвычайно дорого. Но за то, чтобы быть на гребне волны прогресса, никаких денег не жалко, не правда ли?

Также хочу акцентировать внимание на том, что обкатка нового техпроцесса происходит не сразу, и поэтому первые партии новых комплектующих могут получиться откровенно неудачными.

При увеличении площади кристалла, сложность только возрастает. Увы, лепить многоядерные процессоры по новой технологии вот так «с лету», не получится – никто не хочет работать себе в убыток и разбираться потом с возмущенными покупателями.

Дальнейшие перспективы

Некоторые из вас, вероятно, подумали, что развитие технологий – дело времени, и техпроцесс можно уменьшать до бесконечности. Увы, это не совсем верно. Физические свойства материи имеют определенные рамки, и со временем настанет тот предел, меньше которого создавать транзисторы, попросту не получится.Вот только каким будет их размер и когда это будет – пока не совсем понятно. Вполне вероятно, что к тому времени изобретут какую-нибудь принципиально иную технологию, а процессоры на основе кремниевого кристалла канут в Лету, как это случилось с ламповой электроникой.

Надеюсь, исходя из вышеизложенного, вам уже понятен ответ на вопрос: 14 нм или 28 нм — что лучше. Если я не вполне понятно излагал свои мысли, то лучше 14 нм, однако стоят, созданные по такому техпроцессу компоненты, дороже.

А вообще, чтобы разобраться, какой девайс вам лучше купить при сборке или апгрейде компа, советую ознакомиться с публикациями «Из чего состоит современная видеокарта для ПК» и «Правильный выбор видеокарты по параметрам для компьютера». О том, где лучше покупать комплектующие для системного блока, вы можете почитать здесь.

В качестве возможного варианта, советую обратить внимание на видеокарты серии 1060 – например, ASUS GeForce GTX 1060 DUAL OC [DUAL-GTX1060-O3G]. За приемлемую цену вы сможете с комфортом обрабатывать видеоролики и запускать новые игры (правда, некоторые из них не на максимальных, а на средних настройках качества графики). На ближайшие несколько лет такого девайса, вам хватит с головой, я это гарантирую.

На этом я с вами прощаюсь. Не забудьте поставить лайк репосту этой статьи в социальных сетях. Также подпишитесь на новостную рассылку, чтобы быть в курсе последних обновлений моего чрезвычайно полезного блога.

 

С уважением, Андрей Андреев

Друзья, поддержите блог! Поделитесь статьёй в социальных сетях:

название, серия, поколение, номер, версия

Статья обновлена: 26.07.2021

Intel работает с 1968 года и считается одним из лучших создателей процессоров. Поскольку модификаций ЦП за долгую службу у Интел скопилось немало, порой, трудно выбрать подходящий «камень». Статья поможет со всем этим разобраться.

Что собой представляют процессоры компании Интел: характеристики процессоров Intel

На CPU от Интел используют обозначения, которые состоят из букв и цифр. Первая цифра — определение поколения, а следующие три — код. Буквы означают линейку ЦПУ и маркировку. Все эти символы тесно связаны с характеристиками устройств.

Маркировка процессоров Intel: версии процессора

В ЦП этого производителя используется 9 букв, которые обозначают маркировку.

• M — мобильный процессор. От классических ЦП отличается чуть урезанной частотой и более низкими показателями тепловыделения. Потому они не требуют мощного охлаждения. Часто их устанавливают в лэптопы, чтобы увеличить автономность.
• U — ультрамобильный процессор. Модели с таким индексом используются в планшетах, смартфонах и недорогих ультрабуках. Но есть и довольно мощные варианты. Показатель тепловыделения таких ЦП — всего лишь на уровне 15 Вт.

Примечание: буквенные обозначения T или S в маркировке ЦП свидетельствует о том, что модификация имеет более низкий показатель TDP. 

Производительность ЦПУ в этом случае немного ниже. 

• Y — процессор с экстремально низким потреблением: в среднем, 11,5 Ватт, но это не предел. «Космических» показателей производительности от устройств ожидать не стоит.
• Q — четырёхъядерный процессор. Модификаций подобного рода огромное количество. Хороший пример — i5-7440: 4 ядерный, с приличной частотой и не слишком дорогой.
• X — экстремальный процессор. Представляет собой топовое решение, на базе которого можно собрать крутую рабочую станцию для монтажа видео, работы с графическими программами и звуком. Подойдет для игр с запасом на будущее: с ультрапресетом графики и высоким стабильным FPS. Например, у i9-9820X — 10 ядер, которые трудятся на 4,2 ГГц, да еще и 20 потоков.
• H — процессор под упаковку. Маркировка ЦП такой буквой говорит об улучшении интегрированного графического чипа. Подобные варианты не заменят полноценную дискретную видеокарту, и уж тем более не претендуют на звание игровых, но качество «встройки» в таких устройствах выше, чем у аналогов.
• K — процессор может разгонять свою тактовую частоту. Это позволяет чипсету не «гонять из пустого в порожнее» при базовых нагрузках.
• T — проц обладает сниженной тактовой частотой и уменьшенными конструктивными требованиями к теплоотводу ПК. Такие процессоры установит даже новичок в свой базовый комп.
• F — в таких чипсетах нет встроенного графического процессора. Чтобы рендерить крутое 3D или играть в современные игры на хороших настройках — придется искать классную видеокарту. Тогда он точно не просядет даже на максимальных нагрузках. Пример: свежайший Intel Core i5-10400F с тактовой частотой до 4,3 ГГц, но отсутствующей интегрированной графикой.

В тему: Как правильно выбрать процессор для ПК: 5 обязательных деталей

Серия процессора

Обозначается номером. Чем выше числовое значение, тем мощнее девайс. Первая цифра номера говорит о том, к какому поколению принадлежит модель. Следующие цифры означают модификацию устройства: чем выше их значение, тем мощнее характеристики у девайса. 

Совет: при выборе устройства будет не лишним сравнить номера CPU. Это поможет убедиться в том, что модификация девайса соответствует по показателям и функциональным возможностям конкретным задачам.

Интересная статья: 5 лучших процессоров от Intel для NVidia GeForce GTX 1060

Поколение процессора

Чтобы понять, какое поколение лучше, стоит рассмотреть все варианты. Они представлены в таблице:

Смотрите: 5 лучших процессоров Intel для NVidia GeForce GTX 1050 и GTX 1050 TI — рейтинг

Основные линейки

Основных линеек — три. Они отличаются параметрами и назначением.

Atom

МикроЦП на архитектуре x86 и x86-64. Изначально их создавали по 45 нм техпроцессу, но с 2014 года — по 14 нм. Устанавливают Атомы в планшеты, нетбуки, а также неттопы. Подходят модели только для работы с документами и интернет-серфинга, но выигрывают в плане автономности из-за энергоэффективности девайса.

Y/ Core m

Еще один вариант мобильной версии ЦП. Чаще можно встретить в бескулерном тонком лэптопе. Для набора текста и веб-серфинга — хороший вариант. Стоит отметить, что эти модели почти не греются, поэтому в большинстве случаев им и кулер никакой не нужен.

Следует ознакомиться: 5 способов предотвратить троттлинг процессора

Celeron/Pentium

Celeron — самые доступные двухъядерные процессоры. Для игр не пойдут, но для офисных задач и веб-серфинга вариант вроде G4900 очень даже неплох.

Pentium — те же 2 ядра, но с гораздо более высокими показателями производительности. Хороший вариант для домашнего и офисного использования. На сборке с G5400, приличным запасом оперативы и средней дискреткой типа GTX 1050 можно даже поиграть в современные игры, но без высоких настроек графики.

Core i

• Core i3. Универсальный вариант с поддержкой мультипоточности. Вплоть до 8-го поколения были двухъядерными и работали только на стоковых частотах. Потом количество ядер увеличилось в 2 раза. По сути, ЦП превратился в аналог i5 младшего поколения, но с улучшенной графикой.
• Core i5. Полноценные рабочие лошадки, на которых можно собрать довольно мощный компьютер. Все ЦП, начиная со Skylake, как минимум четырехъядерные. А i5-9600K, к примеру, вообще с шестью ядрами.
• Core i7. Монстры, способные справиться практически с любой задачей. Это по-прежнему одно из лучших решений для сборки профессионального и игрового назначения. Ядер и потоков в количестве 4/8 соответственно — не предел. К примеру, Intel Core i7-9700K — шестиядерный и 12-потоковый.
• Core i9. Самый мощный вариант ЦП от Интел с приличным запасом. Самый простой в линейке вариант — i9-9900K — восьмиядерный, шестнадцати потоковый. Топовая версия — i9-7980 XE — получила 18 ядер и 36 потоков. Сверхсложных задач для сборки на базе такого реактивного процессора просто не существует и ближайшие несколько лет ситуация вряд ли изменится.

Ликбез: Как протестировать процессор: 3 популярные утилиты

Xeon

Линейка Интел Зион на рынке с 1998 года, но в самостоятельную единицу начала отделятся только несколько лет назад. Раньше название чипсета с этой линейки выглядело так: название одного из настольных процессоров + Xeon. Так фанаты ПК знали, что они покупают улучшенную версию любимого чипсета. Сейчас же Xeon считается отдельной премиальной линейкой.

К примеру, тот же Intel Xeon Gold 5220 благодаря технологии Deep Learning Boost послужит идеальной основой для современных разработок на базе искусственного интеллекта. Также он оснащен технологией Турбо Буст 2.0, которая поможет повысить тактовую частоту и сама «научится» понимать когда именно пользователю понадобится такая «поддержка». Здесь пользователь получит в распоряжение 18 ядер, 6 каналов оперативки и 25,75 Мб кэша второго уровня. Настоящая махина для серьезных задач!

X-series

В конце 2019 появилась совершенно новая серия процессоров Intel — X. И она действительно экстраординарна! Здесь присутствует разблокированный множитель, что еще больше увеличивает границы производительности и позволяет работать с самыми сложными программами: вплоть до создания спецэффектов в кино в 4К-качестве. Также такие процессоры отлично подойдут для разработчиков игр. X-series легко выдержат даже максимальные настройки и трассировку лучей.

Состоянием на 2021 год считаются самыми мощными процессорами этого производителя, так как они имеют до 18 ядер и 36 потоков. А технология Turbo Boost Max 3.0 поможет системе преодолеть сложнейшие нагрузки, максимизируя производительность однопоточных задач.

Узнайте: Какой процессор лучше для игр, AMD или INTEL — выбираем из 2 производителей

Выводы и рекомендации при покупке процессоров Intel

Рекомендации:

• Для интернет-серфинга, набора текста и нетребовательных игр, включая онлайн проекты типа CS GO или WoT — подойдут базовые Pentium Gold G5420 или Intel Core i3-9100F. Для монтажа сложных роликов в 4К с 3D-эффектами они не подойдут, но создать милое домашнее видео им под силу.
• Бюджетный, но более производительный — i5-9400F. Такой малыш легко вытянет ГТА 5 или Ведьмак 3 на стандартных настройках с консольным ФПС.
• Для более серьезных задач — i7-8700 Box. В комбинации с дискреткой уровня 1050 Ti можно собрать хороший игровой ПК или графическую станцию.
• Если бюджет значения не имеет, а высокая производительность — главное требование, подойдет Intel Core i7-9700F. Есть варианты и под разгон. Рабочая станция на базе такого мощного процессора может многое и не боится серьезных нагрузок. 
• Если же необходимо самое новое и самое лучшее, да так чтоб с хорошим запасом, подойдут последние модели.

Разобравшись в том, за что отвечает то или иное обозначение, выбирать ЦПУ пользователю станет легче. Да и процесс подбора наверняка ускорится.

Инструкция: Установка процессора на материнскую плату: 3 шага

Чьи нанометры лучше: под электронным микроскопом сравнили 14-нм техпроцесс Intel с 7-нм техпроцессом TSMC

Компания Intel на несколько лет выбилась из графика освоения передовых технологических процессов производства чипов. На текущий момент многие её настольные процессоры производятся по нормам несколько раз улучшенного 14-нанометрового технологического процесса (14-нм+++). В то же время основной конкурент в лице AMD заказывает производство своих чипов Ryzen 3000 на базе архитектуры Zen 2 у компании TSMC, которая выпускает продукцию по нормам уже 7-нанометрового техпроцесса.

С точки зрения цифр, преимущество явно на стороне AMD. Но немецкий оверклокер der8auer решил проверить, как на практике обстоят дела с разными значениями нанометров в чипах. Для этого он вооружился электронным микроскопом и сравнил процессоры Intel Core i9-10900K и AMD Ryzen 9 3950X. После подготовительного этапа der8auer смог рассмотреть под микроскопом одинаковые компоненты обоих чипов – кэш-память L2. Он выбрал именно этот компонент, так как логические блоки могут сильно отличаться, в зависимости от архитектуры, а дизайн кэш-памяти гораздо более стандартизован.

В результате удалось обнаружить, что у процессора Intel, изготавливаемого по нормам 14-нанометрового технологического процесса, ширина затвора транзисторов составляет 24 нм. В то же время у чипа AMD/TSMC, который производится по 7-нанометровой технологии, ширина затвора составляет 22 нм. Высота затвора также довольно похожа. Хотя отличия нельзя назвать существенными, техпроцесс TSMC является более плотным. TSMC производит чипы по 7-нм техпроцессу с плотностью размещения транзисторов около 90 МТ/мм² (миллион транзисторов на квадратный миллиметр), что сопоставимо по плотности 10-нанометровым техпроцессом, используемом Intel при производстве её новых мобильных процессоров.

Ещё нужно отметить, что ширина затвора явно не соответствует схеме наименования технологических процессов, как кто-то мог ожидать. Наименование техпроцесса фактические размеры стали различаться уже давно, и теперь название техпроцесса носит скорее маркетинговый характер. Это актуально для всех производителей чипов. Потому для оценки эффективности технологического процесса производства чипов всё чаще начинают использовать другие показатели плотности полупроводниковой технологии.

Более детально ознакомиться с результатами исследования der8auer можно в следующем видео.

Источник: ITC.ua

14-нм технология Intel в деталях

За последний год много было сказано о 14-нм техпроцессе Intel, и надо признать, что это в той же мере, что и Intel, и общественность. Как один из последних производителей интегрированных устройств и ведущий производитель полупроводников в мире, Intel задавала и продолжает задавать темп развития полупроводниковой промышленности. Это означает, что усилия Intel по нарушению законов физики примерно каждые 2 года знаменуют собой важную веху в продолжающемся развитии полупроводниковой технологии и предлагают своего рода дорожную карту того, чего могут ожидать другие производители полупроводников.

С этой целью в то время, когда наращивание количества новых технологических узлов является более сложным и дорогостоящим, чем когда-либо, 14-нм техпроцесс Intel особенно важен. Хотя опасения по поводу немедленного прекращения действия закона Мура остаются преувеличенными и сенсационными, нельзя отрицать, что продолжать следовать закону Мура стало еще труднее. И если кто-то и увидит уменьшение отдачи от закона Мура в первую очередь, так это Intel, которая находится в авангарде производства полупроводников.

Сегодня Intel хочет развеять эти опасения. Совпадая с сегодняшним эмбарго на 14-нм технологию Intel и предварительным просмотром будущего процессора Intel Core M на базе архитектуры Broadwell, в 2014 году Intel проведет презентацию, названную «Продвигая закон Мура». Intel, со своей стороны, не что иное, как чрезвычайно гордится своими достижениями. За последние несколько лет, чтобы сделать их 14-нм техпроцесс реальностью, и теперь, когда этот процесс находится в массовом производстве на их 14-нанометровом заводе в Орегоне и тиражируется для других по всему миру, Intel, наконец, готова поделиться дополнительной информацией о 14-нанометровом процессе.

Мы начнем рассмотрение 14-нм техпроцесса Intel с показателей доходности Intel. Урожайность важна по ряду причин, и в случае 14-нм техпроцесса Intel она говорит сама за себя.

14-нанометровый процесс Intel был для них самым сложным процессом в разработке, и Intel очень откровенно заявляет об этом факте. На протяжении всего периода существования 14-нм техпроцесса до сих пор его выходы отставали от 22-нм в эквивалентные моменты времени, и, хотя выходы сейчас достаточно высоки для массового производства, Intel все еще предстоит проделать дополнительную работу, чтобы улучшить процесс, чтобы догнать 22-нм.Фактически, в настоящее время 22-нм техпроцесс Intel является самым продуктивным (с наименьшей плотностью дефектов) процессом компании из когда-либо существовавших, что говорит о том, насколько большой набор обуви должен заполнить новый 14-нм техпроцесс, чтобы полностью соответствовать своему предшественнику.

Обеспокоенность по поводу такой доходности, несомненно, сыграла определенную роль в решении Intel продолжить сегодняшнюю презентацию, поскольку им как минимум нужно продемонстрировать свой прогресс инвесторам и оправдать крупные инвестиции компании в 14-нм и другие проекты НИОКР.Хотя 14-нм техпроцесс был запущен в производство в 2014 году, а первые 14-нм продукты поступят в розницу к концу года, эти проблемы с выходом продукции привели к тому, что Intel запоздала с 14-нм техпроцессом. Первоначальные планы Intel, которые предполагали, что большая часть их линейки Broadwell будет запущена в 2014 году, были сокращены до единственного SKU Broadwell-Y в этом году, а остальная часть линейки Broadwell будет запущена в 2015 году.

В конечном итоге, хотя 14 нм все еще догоняет 22 нм, Intel все больше уверена, что сможет наверстать упущенное, прогнозируя, что 14 нм достигнет паритета с 22 нм с корректировкой по времени в первом квартале 2015 года, или примерно через 6 месяцев. .Intel уже находится в процессе репликации своих 14-нм технологий на другие свои фабрики, и ожидается, что фабрики в Аризоне и Ирландии будут запущены позже в этом году и в 2015 году соответственно. Это масштабное наращивание производства, в свою очередь, позволит Intel еще больше увеличить свои производственные мощности, при этом Intel прогнозирует, что у них будет достаточный объем, чтобы справиться с несколькими линейными изменениями 14-нм продукции во второй половине 2015 года.

Переходя к спецификациям и возможностям своего 14-нанометрового процесса, Intel предоставила данные о минимальных размерах элементов для трех измерений критических размеров элементов: шаг ребер транзистора, шаг затвора транзистора и шаг межсоединений.С 22 до 14 нм размер этих элементов был уменьшен на 22–35%, что согласуется с (очень приблизительно) 30-35% уменьшением размера элемента, которое можно было бы ожидать от полного сжатия узла.

Intel особенно гордится масштабированием межсоединений на 14-нм узле, поскольку уменьшение минимального шага межсоединений на 35% лучше, чем обычно для нового технологического узла.

Наряду с немедленным улучшением размеров элементов, которые происходят с меньшим производственным узлом, Intel также повторяет свою технологию FinFET, которая сейчас находится во втором поколении для 14-нм техпроцесса.По сравнению с 22-нм техпроцессом, 14-нм техпроцесс более плотно упакован, тоньше, выше и меньше по количеству (на транзистор).

Каждое из этих изменений, в свою очередь, некоторым образом улучшает характеристики FinFET. Более низкая плотность идет рука об руку с уменьшением размеров элементов на 14 нм, в то время как более высокие и тонкие ребра позволяют увеличить ток привода и повысить производительность. Между тем, уменьшив количество ребер на транзистор, Intel может снова улучшить плотность, а также уменьшить емкость транзистора, которая возникает из-за этих ребер.

Intel также сообщает, что им удалось сохранить желаемый темп в улучшении скорости переключения транзисторов и уменьшении утечки мощности. По всей кривой производительности 14-нм техпроцесс обеспечивает непрерывную лучшую скорость переключения и / или меньшую утечку по сравнению с 22-нм техпроцессом Intel, что особенно важно для стремления Intel к низкому энергопотреблению в грядущем процессоре Core M.

На этом графике мы можем увидеть, как последние несколько поколений технологических узлов Intel сравниваются в профилях производительности мобильных устройств, ноутбуков и серверов.Для всех трех профилей наблюдается примерно линейное увеличение производительности и снижение потребления активной мощности, что указывает на то, что 14-нм техпроцесс Intel ведет себя так, как ожидалось, и дает такой же выигрыш, как и предыдущие процессы. В этом случае 14-нм техпроцесс должен обеспечить примерно 1,6-кратное увеличение производительности на ватт, как и предыдущие процессы.

Кроме того, эти базовые преимущества в сочетании с индивидуальным 14-нм техпроцессом Intel для Core M (Broadwell-Y) и оптимизацией энергопотребления Broadwell позволили Intel более чем вдвое увеличить производительность на ватт по сравнению с Haswell-Y.

Переходя к затратам, Intel предлагает разбивку затрат на стоимость 1 мм2 и сопоставляет ее с графиком размеров транзисторов. Как мы видим здесь, используя более продвинутый двойной паттерн на своем 14-нм узле, Intel смогла добиться лучшего, чем обычно, масштабирования площади. Компромисс заключается в том, что стоимость пластин продолжает расти от поколения к поколению, поскольку создание двойного рисунка требует дополнительного времени и все более совершенных инструментов, которые увеличивают стоимость производства. Конечным результатом является то, что, хотя стоимость одного транзистора для Intel не уменьшается так быстро, как площадь на транзистор, стоимость все же снижается, причем значительно.Даже с учетом дополнительных затрат на полупроводниковую пластину из-за 14-нм техпроцесса, по стоимости транзистора 14-нм техпроцесс все еще немного превосходит нормы Intel.

В то же время тот факт, что затраты на транзистор продолжают снижаться стабильными темпами, может быть нормальным явлением, но то, что Intel смогла даже поддерживать этот уровень, на самом деле является очень значительным достижением. Поскольку стоимость пластин и фабрик с годами росла, возникли опасения, что стоимость транзисторов выйдет на плато, что приведет к тому, что разработчики микросхем смогут повысить свою производительность, но только за счет повышения цен, в отличие от более дешевых транзисторов за последние 40 лет. позволяя ценам оставаться на прежнем уровне, в то время как производительность увеличивалась.Так что для Intel это главный предмет гордости, особенно в свете жалоб от NVIDIA и других в последние годы на то, что их затраты на новые узлы не растут так хорошо, как хотелось бы.

Это подводит нас к последней теме 14-нм презентации Intel — конкурентной среде. Между нечетким обозначением новых технологических узлов во всей отрасли и сохраняющимся лидерством Intel в производстве полупроводников Intel любит указывать на то, как их производственные узлы сравниваются с литейными конкурентами, такими как TSMC и альянс IBM.Ссылаясь на 3 ^и партийных статей в журналах для сравнения, Intel утверждает, что наряду с их типичным лидерством в развертывании новых узлов, начиная с 14-нанометрового узла, они будут иметь техническое преимущество нескольких поколений. Они ожидают, что их 14-нм узел будет предлагать значительно меньшие размеры функций, чем конкурирующие 14-нм узлы, что позволит им поддерживать согласованное масштабирование логической области в то время, когда их конкуренты (например, TSMC) не могут.

С технической точки зрения совершенно очевидно, почему Intel может поддерживать масштабирование плотности выше уровня, который могут обеспечить члены TSMC и Common Platform.Короче говоря, это восходит к улучшенной плотности межсоединений, о которой говорилось ранее в этой статье. В то время как Intel продвигает 14-нм транзисторы и межкомпонентные соединения, члены TSMC и Common Platform используют ту же технологию межсоединений, что и при 20-нанометровом соединении. Это означает, что только области, в которых плотность транзисторов была фактором стробирования для 20 нм, уменьшатся в размере на 14/16 нм, в то время как области, уже закрытые с помощью технологии межсоединений 20 нм, не смогут стать меньше.

Таким образом, основные факты кажутся очевидными, но мы первыми отметим, что производство полупроводников — это нечто большее, чем просто масштабирование логической области.По крайней мере, до тех пор, пока конкуренты Intel не начнут поставлять свои продукты FinFET, это будет спекулятивным и не дает количественной оценки того, насколько хорошо эти конкурирующие технологические узлы будут работать. Но опять же, тот факт, что Intel уже использует свой второй узел FinFET, в то время как их конкуренты все еще наращивают свой первый, — немалый подвиг.

Подводя итоги: хотя внедрение Intel в их 14-нм техпроцесс не обошлось без проблем и задержек, на данный момент Intel, похоже, вернулась на правильный путь.14-нм техпроцесс уже запущен в серийное производство, чтобы Broadwell-Y поступила в розницу до конца года, и Intel уже достаточно далеко, чтобы начать тиражирование процесса на дополнительных фабриках для производства в 2014 и 2015 годах. Между тем, это все еще будет за несколько месяцев до того, как мы сможем протестировать первые 14-нм чипы, но, судя по данным Intel, у них есть веские основания для оптимизма в отношении своего процесса. Улучшения в размерах функций и утечках соответствуют процессам предыдущих поколений, что должно стать большим подспорьем для Intel в их стремлении выйти на рынок высокопроизводительных мобильных устройств в наступающем году.

Определение технологического процесса | PCMag

Конкретный метод производства, используемый для изготовления кремниевых чипов, который измеряется размером транзистора. Движущей силой дизайна интегральных схем является миниатюризация, а технологический процесс сводится к бесконечной цели — меньшего размера. Это означает большую вычислительную мощность на квадратный дюйм и микросхемы, которые можно разместить в более тесных помещениях. По мере того, как транзисторы становятся меньше, они переключаются быстрее и потребляют меньше энергии.

Размер элемента измеряется в нанометрах
Размер элементов (элементов, составляющих структуры на кристалле) измеряется в нанометрах. Под техпроцессом 22 нм подразумеваются элементы размером 22 нм или 0,022 мкм. Ранние чипы, также называемые «технологическим узлом» и «технологическим узлом», измерялись в микрометрах (см. Таблицу ниже).

Исторически размер элемента относился к длине кремниевого канала между истоком и стоком в полевых транзисторах (см. Полевой транзистор).Сегодня размер элемента обычно является наименьшим элементом транзистора.

От 1000 до 90
Размер элемента 486-го чипа в 1989 году составлял 1000 нм (один микрон). К 2003 году он составлял 90 нм, уменьшившись чуть менее чем на одну миллионную метра. То, что может показаться незначительным, потребовало огромных денег и НИОКР.

Новые микросхемы не всегда меньше
В любой момент времени наименьшие размеры функций можно найти в новейших высокопроизводительных процессорах и микросхемах SoC, которые стоят несколько сотен долларов.Однако 8-битные и 16-битные микроконтроллеры (MCU) используются миллиардами и продаются всего за 50 центов. Для них требуется гораздо меньше транзисторов, и они не должны быть такими плотными. Микроконтроллер за 2 доллара может иметь размеры, аналогичные высококлассным чипам десятилетием или двумя ранее. См. Микроконтроллер, ЦП и SoC.

Насколько маленький маленький?
Чтобы понять, насколько крошечные эти транзисторные элементы, на примере современных элементов размером 5 нм, 16 тысяч из них, уложенных бок о бок, равны поперечному сечению одного человеческого волоса.См. Полуузел и активную область.

  Размеры полупроводников 
   (приблизительно для всех продавцов) 

  Нм Микрометры Миллиметры 
   Год (нм) (мкм) (мм) 

 1957 120 000 120,0 0,12
 1963 30 000 30,0 0,03
 1971 10 000 10,0 0,01
 1974 6 000 6,0
 1976 3 000 3,0
 1982 1,500 1,5 **
 1985 1300 1,3 **
 1989 1 000 1,0 **
 1993 600 0.6 **
 1996 350 0,35 **
 1998 250 0,25 **
 1999 180 0,18 **
 2001 130 0,13 **
 2003 90 0,09 **
 2005 65 0,065
 2008 45 0,045
 2010 32 0,032
 2012 22 0,022
 2014 14 0,014
 2017 10 0,010
 2018 7 0,007
 2020 5 0,005
 2022 3 0,003
 2024 год 2 0,002 ***

 ** Все еще используется для микроконтроллеров
    (см. микроконтроллер).

 *** В 2021 году IBM анонсировала 2-нм узлы.
     на 2024-2025 годы производства
     (2 нм - это 4 атома!)

 

Полмикрометра за пять лет

В 1990-х размер этих чипов AMD был уменьшен с.От 8 до 0,35 мкм. Полмикрометра может показаться незначительным, но не в мире полупроводников. Эта разница составляет 450 нанометров. (Изображения любезно предоставлены Advanced Micro Devices, Inc.)

(PDF) Практический пример 32-, 22-, 14- и 10-нм полупроводниковых технологий

ISSN (онлайн) 2278-1021

ISSN (печать) 2319 5940

Международный журнал перспективных исследований в области вычислительной техники и коммуникаций

Сертификат ISO 3297: 2007

Vol.6, выпуск 4, апрель 2017 г.

Авторские права на IJARCCE DOI10.17148 / IJARCCE.2017.64116 616

Практический пример 32-, 22-, 14-нм и 10-нм

Semiconductor Process Technologies

Вишеш Ш1, Ману Джаршалах2, Ману Сриноши2, Neeruganti Sai Kaushik2, Rajendra J Desai2,

Praveen Prasad M G3

BE, Департамент телекоммуникационной техники, Технологический институт BNM, Бангалор, Индия 1

Студент, факультет электроники и техники связи, Технологический институт BNM, Бангалор, Индия 2

Студент, факультет электроники и коммуникаций, Городской инженерный колледж, Бангалор, Индия 3

Аннотация: Закон Мура или предсказание Мура — это наблюдение, согласно которому количество транзисторов в плотно интегрированной схеме

удваивается. примерно каждые два года.[1] В настоящее время исполнительный директор Intel

Дэвид Хаус часто цитирует этот период как 18 месяцев. В этом исследовании рассматривается развитие и эволюция полупроводниковой электроники. Поскольку полупроводники

все чаще составляют большую часть электронных компонентов и систем, которые либо используются непосредственно клиентами

, либо включены в конечные продукты, приобретаемые потребителями, влияние «закона Мура» заставило пользователей и

потребителей ожидать непрерывный поток более быстрых, лучших и дешевых высокотехнологичных продуктов.В этом документе

делается попытка всесторонне описать происхождение, природу и значение «закона Мура». 32-нм,

,

, 22-нм, 14-нм и 10-нм технологии Intel подробно рассмотрены и изучены. Также разъясняется ретроспективный подход к

, чтобы справиться с законом Мура. Наконец, мы обращаем внимание на то, как наблюдение Мура превратило вычисления

из редкого и дорогостоящего предприятия в повсеместную и доступную необходимость.От Интернета до социальных сетей

,

и современной аналитики данных — инновации, вытекающие непосредственно из результатов Мура и его результатов.

Ключевые слова: закон Мура, полупроводниковые технологии, более быстрые, качественные и дешевые высокотехнологичные продукты, Intel

32-нм, 22-нм, 14-нм и 10-нм технологии.

I. ВВЕДЕНИЕ

Изобретение передаточного резистора или транзистора в 1947 году исследователями Bell Laboratory [2] возвестило новую эру твердотельной электроники

.Концепция была основана на том факте, что невозможно избирательно управлять потоком электричества

через такой материал, как кремний, твердотельный материал — таким образом, «твердое состояние» — с уникальными проводящими свойствами

, обозначая некоторые области как проводники. токов и прилегающих областей в качестве изоляторов, отсюда термин

«полупроводник». По сравнению с электронной лампой, которая была доминирующей технологией для этой задачи в то время, транзистор

оказался значительно надежным, потребовал гораздо меньше энергии и, что наиболее важно, его можно было уменьшить до

почти бесконечно малых размеров.1950-е годы ознаменовались значительным прогрессом в исследованиях твердого тела вместе с созданием

совершенно новой отрасли, которая занималась разработкой и производством полупроводниковых устройств. Хотя Bell Labs компании AT&T приписывают

зарождению и раннему развитию этой новой отрасли [3], постановление о согласии 1956 года, положившее конец антимонопольному делу

, запретило AT&T продавать коммерческие твердотельные устройства и потребовало от них распространения своих патентов. и технологии

во всей отрасли.По иронии судьбы, в том же году три ученых AT&T получили Нобелевскую премию за открытие транзистора

. [4] Действительно, компания AT&T Western Electric изначально должна была стать крупнейшим производителем полупроводников

для удовлетворения требований к устройствам телекоммуникационных систем. Разработка интегральной схемы

в 1958 году стала важной вехой в производстве. Джек Килби был изобретателем интегральной схемы. [5] Второй крупный прорыв

1950-х годов лучше описать как серию дополнительных технологических инноваций в производстве полупроводниковых устройств

.Двумя наиболее примечательными нововведениями являются процессы диффузии и маскировки оксидов, а также планарный процесс

, которые с тех пор стали постоянной основой производства. Процесс диффузии позволил производителю

диффузировать примеси или легирующие примеси непосредственно на поверхность полупроводника, исключив утомительный процесс добавления

слоев проводящего и изолирующего материала поверх подложки. Добавление сложных фотографических методов

позволило наложить слои сложных рисунков маски на полупроводник, так что диффузия происходила только в обозначенных

областях.Это повысило точность изготовления и надежность устройств. Этот планарный процесс позволил создать схемы

,

на одной подложке, поскольку электрические соединения между схемами могут быть выполнены внутри микросхемы.

Fairchild представила первый планарный транзистор в 1959 году и первую планарную ИС в 1961 году. Таким образом, нововведение 1959 года, планаризация

считается источником «закона Мура», поскольку нововведение сохранило кривую графика, предсказанную Муром

. растут в геометрической прогрессии.Удивительно, но с тех пор отрасль не сбилась с курса. «Фотолитография»

позволила производителям продолжать уменьшать размеры элементов устройств. [6] Таким образом, произошел сдвиг или переезд из лаборатории

в производственный цех и переход от науки к технологиям.

14-нм технологический процесс и план производства Intel

Эд Сперлинг
Semiconductor Manufacturing & Design встретился с Марком Бором, старшим научным сотрудником Intel, чтобы поговорить о широком спектре производственных и конструктивных проблем, с которыми Intel борется в продвинутых узлах, и о том, как далеко теперь простирается дорожная карта.

SMD : Будет ли EUV составлять 10 нм? А если нет, как это отразится на Intel?
Бор : Для такого критически важного технологического модуля, как литография, у Intel всегда есть несколько вариантов, которые мы выбираем. В эту эпоху доступны варианты: EUV или погружение на 193 нм с множественным рисунком.

SMD : Как насчет направленной самостоятельной сборки?
Бор : Это не универсальный подход. Вам все равно нужно определить некоторые слои с помощью прямого рисунка, а не техники самостоятельной сборки.Это нишевое направление, которое не заменит эти основные методы литографии, но могут быть некоторые слои, в которых оно может дополнить обычные методы формирования рисунка.

SMD : Что вы думаете о будущем литейного бизнеса?
Бор : Традиционная модель литейного производства сталкивается с проблемами. Чтобы выжить, литейным предприятиям необходимо будет больше походить на производителя интегрированных устройств. Даже некоторые из главных представителей литейных заводов говорили нечто подобное.Модель литейного производства хорошо себя зарекомендовала, когда применялось традиционное масштабирование, и все знали, куда мы движемся. В эту эпоху, когда вам постоянно приходится изобретать новые материалы и новые конструкции, гораздо сложнее быть отдельным литейным цехом и дизайнерским домом без масок. Как IDM, у нас есть дизайн и разработка процессов под одной крышей. Это действительно значительное преимущество.

SMD : Может ли даже Intel позволить себе быть независимым IDM? Стоимость строительства современных заводов на будущих узлах астрономическая.
Бор : Да. У нас есть объем и продукты, которые могут заполнить несколько фабрик.

SMD : Но вы также открыли свои фабрики по крайней мере для пары клиентов. Планируете ли вы это продлить? ,
Бор : Наша мотивация заключается в том, что мы знаем, что у нас есть отличные технологические процессы, и партнерство с другими стратегическими компаниями может быть беспроигрышной ситуацией. Мы можем продавать наши технологии и зарабатывать больше денег на том, что мы разработали, а у них могут быть очень привлекательные продукты.Целью Intel не является литейное производство общего назначения, но мы будем сотрудничать там, где это имеет стратегический смысл.

SMD : Intel придерживается массовых CMOS или перейдет на новые материалы, такие как полностью истощенный SOI?
Bohr : Мы видим больше преимуществ в больших объемах, чем в SOI. Я не скажу, что SOI не будет в будущем. Может быть некоторая структура устройства, которую лучше реализовать в SOI, чем в массиве. Но я не вижу, что происходит прямо сейчас. Когда мы впервые объявили, что делаем устройства TriGate или finFET на 22 нм, мы сказали, что делаем эти устройства и на SOI.Но мы думаем, что использование TriGate на массовом уровне, а не SOI, дает преимущества по стоимости. Это наш план на обозримое будущее.

SMD : Что будет после нынешнего FinFET?
Bohr : FinFET масштабируется до 14 нм.

SMD : Но если вы используете 22 нм, 14 нм не так уж и далеко, так что вам нужно работать над следующим шагом.
Бор : Что касается Intel, вы правы. Для других компаний это произойдет через много лет.Для 10 нм, на котором я сейчас провожу большую часть своего времени, я знаю, что у нас есть решение. Я не могу сейчас вдаваться в подробности.

SMD : На 10 нм вы не сталкиваетесь с квантовыми эффектами?
Бор : Все становится по-другому и сложнее, но проблемы разрешимы — по крайней мере, в этом поколении.

SMD : Как далеко вы видите впереди?
Бор : Я знаю, что мы можем добраться до 10 нм. Помимо этого, наша исследовательская группа работает над решениями для 7 и 5 нм.Я уверен, что у нас найдутся решения для этих проблем. Но к тому времени, когда мы опустимся до 5 нм, мы будем смотреть на незнакомые устройства и структуры устройств. Вот что нам нужно сделать, чтобы спуститься до этого уровня.

SMD : Каким образом сложенные кристаллы вписываются в вашу дорожную карту?
Bohr : 3D-многослойная матрица имеет преимущества, но только для определенных сегментов рынка. Вы должны четко понимать, какую проблему и какой сегмент рынка вы пытаетесь обслуживать. Для небольшого портативного приложения, где малые габариты и форм-фактор являются ключевыми, а уровни мощности низкие, вероятно, имеет смысл использовать 3D-стек.Для настольных, портативных и серверных приложений, где форм-фактор не так важен, а уровни мощности выше, 3D-стек имеет некоторые проблемы, которые не делают его идеальным решением.

SMD : рассматривает ли Intel рынок смартфонов и небольших мобильных устройств в качестве ключевого направления?
Бор : Intel очень серьезно относится к выходу на рынок смартфонов и планшетов. Мы очень сильно отличаемся от того, чем были пять или шесть лет назад.Мы разрабатываем технологические процессы, а также продукты, которые охватывают гораздо более широкий диапазон характеристик и мощности, чем где-либо в нашей истории. Мы стремимся не только к высокопроизводительному настольному компьютеру. Мы разрабатываем продукты, которые поддерживают серверные чипы мощностью от 100 до менее 1 Вт для смартфонов.

SMD : Intel работает с рядом интересных методов, например, с почти пороговыми вычислениями. Как внутри этих чипов начнет меняться управление питанием?
Bohr : Когда вы говорите о разработке микросхемы для смартфонов со сверхнизким энергопотреблением, которая также обеспечивает улучшенные характеристики производительности, которые ожидает рынок, вы должны вытащить все уловки из сумки.Вам нужна отличная транзисторная технология, отличная технология корпусов, отличная архитектура ЦП, возможность отключать части микросхемы, когда они вам не нужны, чтобы вы экономили электроэнергию, программное обеспечение связано с конструкцией микросхемы, чтобы программное обеспечение знало, когда нужно мощность дроссельной заслонки. Чтобы эффективно работать в этом пространстве, вам нужны транзисторы, архитектура ЦП и программное обеспечение.

SMD : Сколько ядер потребуется в будущем?
Бор : Это зависит от рынка.На рынке серверов чем больше ядер вы можете упаковать, тем лучше. Но в настольных компьютерах, ноутбуках и смартфонах, вероятно, существует ограничение на количество практичных ядер. Это не один. Наверное, несколько.

SMD : А меньше восьми?
Бор : Да, наверное, меньше восьми. Но когда вы говорите о количестве ядер и вычислительных машинах, это зависит от того, имеете ли вы дело с традиционными вычислительными задачами, где четыре ядра лучше, чем два.Если вы говорите о механизмах выполнения в графическом процессоре, очевидно, что вам нужно больше ядер.

SMD : Как это влияет на платформенную стратегию Intel, особенно когда вы выходите на многие рынки с очень специфическими потребностями?
Бор : Даже для Intel, вероятно, существует оптимальное количество конструкций микросхем. Это не похоже на прошлое, когда мы пытались сделать все под одну гребенку или использовать один чип для нескольких рынков. Но с другой стороны, пытаться спроектировать и изготавливать десятки очень разных дизайнов за одно поколение также непрактично.Существует оптимальное количество дизайнов, хотя я не знаю, какое это количество, которое лучше всего соответствует требованиям рынка. Вы хотите сделать как можно меньше итераций между различными проектами или повторно использовать ядра или некоторые из схемных блоков между разными чипами, чтобы вы не переделывали его полностью.

SMD : Рассматриваются ли другие материалы для транзисторов?
Bohr : Наша исследовательская группа публиковала статьи об использовании 3-5 материалов http: // en.wikipedia.org/wiki/List_of_semiconductor_materials для каналов. Вы наносите слой фосфида индия или арсенида галлия поверх кремния, чтобы создать транзистор на поверхности. Это все еще силиконовая пластина, но вы собираетесь наносить более экзотические материалы. Это ново и по-другому, и это может случиться, но еще не решено, насколько хорошим может быть такой подход.

SMD : Изменился ли приоритет того, что вы разрабатываете в микросхеме? По-прежнему ли все дело в производительности, или власть превзошла это?
Bohr : Десять или 15 лет назад производительность была главной целью при разработке нового технологического процесса.Это действительно стало приоритетом №1. Мы по-прежнему стремимся повышать производительность с каждой новой технологией, но гораздо больше внимания уделяется повышению мощности или эффективности в каждом новом поколении. Мы делаем это, уменьшая активную мощность для работы, которую выполняет микросхема. Это гораздо более важная цель для нас сегодня. Отчасти причина в том, что рынок переместился с настольных приложений на более мобильные продукты. Первый переход был с настольных компьютеров на ноутбуки. Теперь нужно вставлять вещи в смартфоны.Современному потребителю нужна вычислительная мощность, которую он может держать в руке, в форм-факторе смартфона и крошечной батарее. Ему нужна производительность, которую он имел на своем ноутбуке всего три или четыре года назад. Это то, к чему мы стремимся.

SMD : Это перекладывает самую большую проблему на архитектуру, верно?
Бор : Да. Будь то маломощные транзисторы с малой утечкой или более эффективная архитектура ядра — или объединение этого с более эффективным программным обеспечением.

SMD : Что станет следующим большим узким местом?
Бор : У нас много проблем. Литография — ключевая задача при уменьшении размеров транзисторов. Произойдет ли EUV вовремя или нам придется расширить погружение, используя множественные паттерны. Но когда вы уменьшаете размер транзисторов, они не становятся менее негерметичными. На самом деле, верно обратное. Вы должны постоянно изобретать новые структуры и материалы, чтобы обеспечить масштабирование размеров элементов, что имеет решающее значение для снижения активной мощности и стоимости.

SMD : Но провода плохо масштабируются. Как ты с этим справляешься?
Bohr : RC-задержка становится хуже при масштабировании по сравнению с транзисторами, которые имеют тенденцию становиться быстрее при масштабировании. Отрасль боролась с этой проблемой более 20 лет. Один из способов решения этой проблемы состоит в том, что мы больше не стремимся к очень высокой рабочей частоте, особенно на рынке телефонов, где, вероятно, будет достаточно 2 или 2,5 ГГц. Это одно из преимуществ.Другое преимущество состоит в том, что средний размер микросхем меньше в этих приложениях для ноутбуков и сотовых телефонов, поэтому у вас нет межсоединений, перемещающихся на большие расстояния через большой чип. Вместо этого это более компактный чип, поэтому сигналы не должны идти так далеко. Но даже с этими чипами у нас все еще есть проблема с производительностью межсоединения. Мы должны с умом подходить к выбору питча. Некоторые из нижних слоев представляют собой плотный пек, где плотность важна. Некоторые из верхних слоев имеют более крупный шаг, где производительность важна.Мы также продолжаем снижать емкость межсоединений за счет использования диэлектриков с меньшим k.

SMD : Соединение становится более проблематичным?
Бор : Если бы вы поговорили с дизайнером 10 лет назад, вы бы услышали то же самое. Может быть, теперь они говорят: «На этот раз мы действительно серьезно».

SMD : Как насчет новой технологии межсоединений?
Бор : Трудно заменить медь и low-k, кроме как путем более низкого k.Но, по крайней мере, на рынке сотовых телефонов с низким энергопотреблением укладка микросхем действительно помогает свести к минимуму некоторые проблемы, связанные с межсоединениями, особенно между логикой и микросхемами памяти.

SMD : Вы имеете в виду переходные отверстия в кремнии?
Бор : Да.

SMD : Итак, если Intel планирует выйти на этот рынок, компания экспериментирует с этой технологией прямо сейчас?
Бор : Да, и мы уже пару лет открыто рассказываем об исследовании технологий TSV и 3D.Хотя есть некоторые сложные технологические аспекты, реальная проблема — это стоимость. Создание TSV и стекирования микросхем — особенно этих специализированных микросхем Wide I / O — стоит дорого. Так что это может быть лучшее инженерное решение с точки зрения плотности, производительности и мощности, но понесет ли рынок дополнительные расходы? Не все рынки понесут более высокие издержки.

Часть 1: В этом году обострится гонка за производство 14-нм полупроводников Вопрос: Чему в точности соответствует размер 14 нм? (3/3) | Серия отчетов 04: Полупроводниковые технологии сейчас

Гонка среди литейных предприятий по производству полупроводников 16/14 нм усилится в этом году

Как показывает ITRS 2013 (Таблица 1), массовое производство логических устройств 14/16 нм должно было начаться до конца 2013 года.Однако у Intel долгое время были проблемы с повышением производительности своих 14-нм MPU, и именно во второй половине 2014 года компания наконец отгрузила небольшое количество 14-нм планшетных MPU со своей линии прототипов в Орегоне. Массовое производство 14-нм MPU для ПК теперь перенесено на 2015 год. Это означает, что переход на 14-нм логический технологический узел займет более трех лет вместо обычных двух. Осенью 2013 года Intel объявила, что начнет бизнес по оказанию литейных услуг, начиная с продуктов 14 нм.Однако, поскольку проблема с производительностью не была полностью решена, ожидается, что начало литейного обслуживания Intel будет отложено до тех пор, пока производство 14-нм MPU для ПК не начнется во второй половине 2015 года или позже.

Рис. 3. Технологическое превосходство Intel над конкурентами: Intel утверждает, что она постоянно опережала своих конкурентов на три или более лет, применяя кремний SiGe с напряжением в узле 90 нм, металлический затвор с высоким k в узле 45 нм и три -затвор в узле 22 нм.
Источник: Intel

Усиливается конкуренция ведущих производителей полупроводников

Последние достижения в области производства полупроводников — это технология 14 нм, в которой ведущие производители, такие как Intel, Samsung и TSMC, играют ключевую роль. Об интенсивности их соперничества можно судить по следующим эпизодам.

В то время, когда Intel объявила о своем выходе на рынок литейных услуг, компания заявила, что она последовательно внедряла новые технологии на три или более года раньше своих конкурентов (рис.4). Не столь тонкое пренебрежительное отношение Intel к своим конкурентам, похоже, отражает то, насколько сильно компания страдала от вялых продаж в секторе мобильных компьютеров.

Тем временем Samsung пропустила 20-нм узел и продолжила разработку 14-нм процесса FinFET, завершив его в первой половине 2014 года и заявив, что производство начнется осенью 2014 года, до начала литейного обслуживания Intel. Сообщается, что компания уже получила крупные заказы от нескольких клиентов или, скорее всего, их обеспечит.Ходят слухи, что фабрика Samsung S2 в Остине, штат Техас, уже создает прототип процессора A9 для iPhone и iPad следующего поколения от Apple (выпуск запланирован на осень 2015 года). Samsung также передала лицензию на свой 14-нм процесс американской компании GlobalFoundries (GF) и объявила о запуске услуг по производству 14-нм устройств совместно с GF в апреле 2014 года (рис. 4). GF сейчас готовится к запуску в производство.

Рисунок 4.Совместная стратегия Samsung и GlobalFoundries по запуску глобальных услуг по производству 14-нм устройств
Источник: Samsung / Globalfoundries

Чтобы не уступить Intel, которая была новичком в литейном бизнесе, тайваньская TSMC выполнила масштабную параллельную разработку процессов 20 нм и 16 нм. В результате в 2014 году компания получила эксклюзивные заказы на 20-нм устройства от основных глобальных клиентов, включая Apple, и приступила к рискованному производству 16-нм устройств осенью 2014 года.

Трехсторонняя литейная битва между Intel, TSMC и Samsung (с ее лицензиатом технологии GlobalFoundries) вот-вот начнется всерьез. По мере того, как технологический узел переходит с 14 нм на 10 нм, сложность масштабирования возрастает, и многие вещи, безусловно, пойдут не так, как прогнозируется в дорожной карте ITRS. Фактически, прогнозы, данные в ITRS, в последнее время становятся все более ненадежными. Возможно, было бы разумнее рассматривать их как цели отрасли.

В то время как обычные ИС только поцарапали поверхность кремниевой подложки, появляющиеся новые технологии используют несколько слоев кремния для формирования трехмерных структур с гораздо более высокой плотностью схем. В следующей статье я расскажу о будущем направлении 3D-технологий и о том, как далеко зайдет масштабирование чипа.

Содержание статьи актуально на момент анонса.

Писатель

Такеши Хаттори

Хаттори работал в Sony Corp.более 30 лет занимался фундаментальными исследованиями полупроводников в Центральной лаборатории компании и выполнял широкий круг обязанностей в Semiconductor Business Group, включая разработку процессов устройства и повышение производительности. Во время своей работы в Sony Хаттори также был членом группы управления / планирования исследований в штаб-квартире, учился в Стэнфордском университете (аспирантура), чтобы получить докторскую степень в области инженерии, и стал приглашенным научным сотрудником в лаборатории интеграционных схем университета.Хаттори покинул Sony в 2007 году, чтобы стать консультантом по технологиям / менеджменту и журналистом по международным технологиям. Он является научным сотрудником и членом правления Электрохимического общества (ECS), а также приглашенным профессором инженерии в университете Ханьян в Корее. Среди его соавторов — Ultraclean Surface Processing of Silicon Wafers (японская версия, опубликованная Realize Corporation, английская версия Springer International Publishing), Supercritical Fluid Technology in MEMS and Semiconductor Processing (на японском языке, Corona Publishing Co., Ltd.) и Megatrend Semiconductors 2014-2023 (на японском, Nikkei BP).

Почему Intel может отказаться от определения своих чипов как 10-нм, 14-нм и более

Поставщики микросхем, включая AMD и Intel, в течение многих лет определяли микросхему по нанометровому измерению, например, 14 или 10 нм, что также описывает процесс производства микросхемы. Такие обозначения «нм» были почти так же важны, как тактовая частота, мощность или любые другие различные показатели микросхемы.Однако Intel, возможно, готовится полностью переоценить это значение.

Что означает «нанометр» в производстве полупроводников? «Нанометры» относятся к размеру отдельных транзисторов внутри микросхемы. Чем меньше размер транзистора, тем плотнее микросхема. Меньшие по размеру транзисторы также означают, что микросхемы могут работать на более высоких скоростях, при меньшей мощности или в некоторой их комбинации. Производители микросхем используют такие термины, как «10нм» и 7нм »для описания технологии производственного процесса, используемой для изготовления этих транзисторов, и эта терминология стала широко использоваться для обозначения того, что является передовым, а что нет.

Однако со временем условия стали несколько размытыми. Инсайдеры уже понимают, что «определение» процесса производства микросхем на самом деле зависит от многих переменных, включая плотность транзисторов. Intel ранее заявляла, например, что ее первоначальный 14-нм техпроцесс имел плотность транзисторов 37,5 мегатранзисторов (MTr) на квадратный миллиметр, и что эта цифра увеличилась до 100,8 MTr на квадратный миллиметр с 10-нанометровым техпроцессом. Многие считают, что 10-нанометровый техпроцесс Intel не уступает собственному 7-нанометровому техпроцессу TSMC, но более глубокие детали уже могут сбивать с толку.

Intel, конечно же, страдала от производственных проблем в течение последних нескольких лет и застряла на 14-нм производственном узле даже из-за своего последнего настольного процессора Rocket Lake S. t помогают его микросхемам выглядеть продвинутыми с точки зрения маркетинга.

Вот почему, согласно источникам, близким к Intel, а также The Oregonian , Intel явно пытается изменить или полностью исключить производственную терминологию из разговора.

И Intel, и AMD также начали использовать элементы дизайна, которые еще больше усложняют технологический процесс. Например, технология Intel «Superfin» технически представляет собой «10-нанометровый» процесс, но предлагаемые ею настройки и улучшения помогают поставить Intel почти на равных с 7-нанометровым процессором AMD Ryzen 5000 в нашем обзоре. Технология Intel Foveros и связанная с ней технология чиплетов AMD помещают совершенно разные кремни в один и тот же корпус, который рассматривается как единый монолитный продукт.

Все еще существуют измеримые, конкретные различия между AMD Ryzen и Intel Core, Samsung Exynos и Qualcomm Snapdragon на инженерном уровне, и эти различия достаточно существенны, чтобы вызвать споры среди инженеров-электриков и заядлых энтузиастов.

Давние фанаты чипов могут также вспомнить период конца 1990-х годов, когда AMD, Cyrix, SGS-Thomson и другие разработали концепцию «рейтингов производительности», утверждая, что, хотя их чипы на самом деле работали на более низких тактовых частотах, они были столь же быстрыми. как чипы 386 и 486, которые Intel продавала в то время.Несколько иронично видеть, как Intel намекает, что может придерживаться той же стратегии.

Однако, похоже, что Intel говорит, что производство теперь является маркетингом. Возможно, в какой-то степени это так. Но что не изменилось, так это такие показатели, как мощность, цена и то, насколько хорошо данный процессор работает с различными приложениями. Они останутся неизменными, и именно они должны определять, какой процессор покупать.

Исправление: в предыдущей версии этой истории улучшения Intel SuperFin неверно упоминались как часть ее 14-нм техпроцесса; на самом деле это часть 10-нанометрового технологического узла Intel.

Intel делится новыми подробностями о 10-нм задержке и будущих 14-нм продуктах

Этот сайт может получать партнерские комиссионные за использование ссылок на этой странице. Условия эксплуатации.

С тех пор, как Intel объявила о переносе 10-нанометровой линейки на 2019 год, возникли вопросы о том, что вызвало задержку и что может предложить четвертое поколение 14-нанометрового оборудования.На 46-й Ежегодной технологической конференции JP Morgan д-р Мурти Рендучинтала, президент группы по технологиям, системной архитектуре и клиентам и главный технический директор корпорации Intel, довольно подробно рассказал о проблемах, с которыми Intel столкнулась при использовании 10-нанометровой рампы, объем запаса на 14 нм и общие планы компании на будущее.

На вопрос о будущем 14-нанометров Intel (на данный момент мы используем 14-нанометровую технологию +++, если Intel продолжит использовать эту метрику), Мурти отмечает:

[W] e обнаружил огромные возможности внутриузловой системы в пределах наших 14-нанометровых устройств. нанометровый процесс.Фактически, с самого первого поколения наших 14-нанометрового продукта до последнего поколения 14-нанометрового продукта мы смогли обеспечить повышение производительности более чем на 70% в результате этих внутриузловых модификаций и желаемых изменений. И, честно говоря, Харлан дал нам возможность убедиться, что мы получаем 10-нанометровую урожайность прямо перед тем, как мы начнем массовое производство. Итак, поэтому нас устраивает 14-нанометровая дорожная карта, которая даст нам ведущие продукты в следующие 12–18 месяцев, поскольку мы стремимся оптимизировать структуру затрат и доходность нашего 10-нанометрового портфеля.

Что касается 14 нм, это правда. Intel 14 нм + использует более высокие ребра и менее плотно упакованные транзисторы. Это позволило Kaby Lake достичь более высоких частот и лучших показателей энергопотребления, чем Skylake. Точно так же 14-нм ++ позволила Intel втиснуть четырехъядерные процессоры в тот же диапазон TDP, который она ранее предлагала с двухъядерными / четырехпоточными ЦП. Но 70-процентное улучшение производительности, о котором упоминает Мурти, хотя и является реальным, не обязательно означает, что Intel может продолжать вытаскивать из своей шляпы.Intel, возможно, модернизировала некоторые мобильные процессоры Core i3 с 2C / 4T до 4C / 4T, но нет никаких шансов, что компания развернет и представит процессор Core i3 или i5 6C / 6T с TDP 15 Вт на основе архитектуры 14 нм +++.

Ситуация с 14-нм техпроцессом аналогична тому, что GlobalFoundries и TSMC сделали со своими собственными технологическими узлами — Intel просто не называет это совершенно новым узлом. Но есть неизбежный предел тому, сколько тонких настроек может сделать Intel, и, учитывая, что он никогда не планировал поддерживать 14 нм так долго, я держу пари, что они исчерпали большинство улучшений, которые они могут предложить.

Что происходит с 10 нм?

Мы включили обе первые 10-нанометровые слайд-колоды Intel ниже, чтобы дать некоторый контекст заявлениям компании о технологическом узле и его возможностях. Когда его спросили о 10-нанометровом покрытии, Мерти ответил:

Что касается 10-нанометров, мы поставляем 10-нанометровые в небольших объемах. Я думаю, что если вы вернетесь к тому моменту, когда мы первоначально определили рецепт 10-нанометров в начале 2014 года, мы определили некоторые очень агрессивные цели для нашего гипермасштабирования второго поколения.Мы нацелены на 2,7-кратный коэффициент масштабирования с 14-нанометров, которые на тот момент находились на самой стадии разработки продукта.

И 14-нанометров с масштабированием в 2,4 раза на 22 нанометрах, так что очевидно, что наша команда инженеров в TMG имела очень и очень амбициозные цели с точки зрения требуемого масштабирования транзисторов … Я не дал себе конкретных сроков опять же, именно тогда, когда экономическое время имеет для нас больше смысла с точки зрения того, когда мы достигаем правильной точки на кривой доходности…

10-нанометровый в основном относится к поколению, которое действительно сосредоточилось на предоставлении 2.7 экс-масштабирование в среде, которой не помогал EUV. Нам пришлось перейти на самовыравнивающийся четырехугольный узор, который сам по себе сложен и требует много времени. Когда мы перешли на 10, мы смогли предложить рецепт с довольно разнообразным профилем риска.

Эти утверждения предлагают ответ на вопрос, что случилось с 10-нм рампой Intel и почему это так поздно. Проще говоря, компания откусила больше, чем могла прожевать. Узловая технология Intel всегда опережала TSMC, Samsung или GlobalFoundries — 14-нм чип от Intel примерно эквивалентен 10-нм процессору от одной из этих компаний.Используя 10 нм, как показано на слайдах выше, Intel хотела увеличить этот пробел и компенсировать время, потерянное при задержке 10 нм (обратите внимание, что это было до того, как 10 нм скользнули в 2019 году).

В SemiWiki есть дополнительная информация по этому поводу. Все основные литейные предприятия используют аналогичные методы для обработки переднего конца линии (FEOL). Но для задней части линии (BEOL) Intel использует самовыравнивающееся четырехкратное формирование паттернов в отличие от самовыравнивающегося двойного паттерна, которое развернули другие литейные предприятия. Это не только увеличивает затраты из-за необходимости в дополнительных фотошаблонах, но и представляет собой более сложный процесс.Кроме того, он неизбежно медленнее, а это означает, что пропускная способность пластин будет ниже — по крайней мере, на первых порах.

Непонятно, почему Intel выбрала SAQP для BEOL на 10 нм вместо SADP, но комментарии Мерти просты. Текущие показатели доходности Intel при 10 нм низки, а кривая затрат оставляет желать лучшего. Компания поставляет 10 нм в очень ограниченном объеме, но не видит никакой выгоды в заклинивании дроссельной заслонки на 10 нм, когда ее 14-нм техпроцесс продолжает служить ей так хорошо. И правда в том, что Мурти, вероятно, прав.

Насколько эта задержка вредит Intel?

Было много разговоров о том, как эта задержка может нанести ущерб Intel или привести к захвату ARM пространства x86. Этого просто не произойдет. Разумеется, AMD бросает вызов Intel в центрах обработки данных, но решение Intel уйти с рынка мобильных устройств означает, что ей нечего опасаться перед конкурирующими производителями. Несмотря на все шумихи об эмуляции x86 в ПК с Snapdragon 835, беглый взгляд на их производительность расскажет вам все, что вам нужно знать о базовом оборудовании.Tech Radar проверил возможности эмуляции x86 этих систем, и это не очень хорошо.

эмуляция x86.

Cinebench — один из лучших тестов для эмуляции Snapdragon 835, и он намного лучше Celeron N3450 (4C / 4T, базовая частота 1,1 ГГц, 2,2 ГГц Turbo) в однопоточной производительности. Даже в многопоточном коде, где Snapdragon 835 имеет восемь ядер и более высокую максимальную тактовую частоту, чем Celeron N3450, процессор Intel по-прежнему выигрывает. И, как я уже сказал, это на самом деле один из лучших результатов для по производительности эмуляции Snapdragon 835.В машинном коде производительность лучше, но не очень.

Собственный код.

Здесь Snapdragon 835 с восемью ядрами ЦП проигрывает трехлетнему Core i5-5200U. Snapdragon 835 — это восьмиъядерный чип, а i5-5200U — это конфигурация 2C / 4T с более высокой максимальной частотой (2,7 ГГц), но с меньшим количеством потоков. Дело здесь не в том, чтобы сломить Snapdragon 835, который предлагает почти вдвое больше времени автономной работы системы i5-5200U, а в том, чтобы указать, что с точки зрения чистой производительности Intel точно не нужно терять сон из-за того, что происходит. с ARM.

Может ли это повредить Intel в отношении AMD? Возможно. AMD настаивает на 7-нм технологии с GlobalFoundries, и, хотя мы немного обеспокоены тем, что мы услышали от GF в этом году, мы по-прежнему предполагаем, что AMD выпустит Ryzen 2 в какой-то момент в 2019 году. Но даже если мы предположим, что AMD может нанести серьезный удар по Intel, мы также знаем, что Intel отошла от рынка ПК и сосредоточена в основном на центрах обработки данных. Этот фокус и его отличная производительность в этом пространстве — своего рода буфер.Корпоративные клиенты перемещаются медленнее, чем потребительские ПК, и хотя AMD Epyc одерживает победы в дизайне, никто, включая Лизу Су, генерального директора AMD, не ожидает, что Epyc захватит более 4-6 процентов рынка серверов в 2018 году. Очевидный интерес Qualcomm к уход с рынка серверов ARM означает, что AMD снова становится единственной реальной игрой в городе, когда дело доходит до борьбы с Intel в этой сфере, и AMD потребуется еще несколько лет, чтобы выйти на рынок и завоевать долю рынка.

Ускользание Intel в отношении 10 нм является значительным.По крайней мере, впервые за последние два десятилетия компании потребовалось так много времени, чтобы осуществить переход на другой узел. Это абсолютно открыло для AMD немного больше возможностей, чем могло бы существовать в противном случае. Но это также прямая проблема, связанная с решением Intel агрессивно продвигать более высокую плотность транзисторов на 10 нм, и использование EUV на более низких технологических узлах должно помочь предотвратить повторение проблемы.