Wo ist Intel im Allgemeinen? Gerade 10 nm gekrochen?
Wir haben uns entschlossen herauszufinden, was diese Nanometer messen. Und ist es so wichtig, sie zu messen, oder ist es nur Marketing? Und ist Intel wirklich so gottlos veraltet?
Bevor Sie zu den Prozessoren in unseren Smartphones und Computern übergehen, wie funktioniert ein Prozessor?
Treffen Sie diesen Transistor! Ein Schlüsselelement aller Prozessoren. Tatsächlich ist ein Transistor ein Schalter. Der Strom fließt durch ihn - dies ist 1, der Strom fließt nicht - dies ist 0. Dies ermöglicht das Zählen im Binärsystem - die Basis aller Prozessoren!
Zuvor waren Transistoren Vakuumlampen. Bedingt - Ein oder Aus: Eins oder Null.
Es gab viele solcher Glühbirnen, damit alles irgendwie funktionierte. Zum Beispiel hatte der ENIAC-Computer von 1946, der an der Herstellung der Wasserstoffbombe beteiligt war, 17,5 Tausend Vakuumröhren und wog 27 Tonnen auf 167 Quadratmetern. Gleichzeitig aß er 150 kW Strom.
Und hier ist einer der wichtigsten Punkte, die es wert sind, beachtet zu werden. Der Stromverbrauch dieser 17,5 Tausend Glühbirnen betrug erneut 150 kW.
In den frühen 1960er Jahren gab es jedoch eine Revolution - die Erfindung und den Beginn der Produktion von Feldeffekttransistoren. Sie haben Silizium als ihren anfänglichen Halbleiter - daher das bekannte Silikon, ähm, das heißt Silicon Valley!
Und dann ging es los! Die Größe der Transistoren hat sich so stark verringert, dass sie deutlich weniger Strom verbrauchen und weniger Platz beanspruchen. Und die Anzahl der Transistoren im Computer begann enorm zu steigen! Und damit die Leistung von Computersystemen!
Der erste Industrieprozessor Intel 4004, der 1971 veröffentlicht wurde, hatte 2.250 Transistoren.
Und jetzt zum Beispiel in der A13 Bionic dieser Transistoren 8,5 Milliarden - das ist mehr als Menschen auf dem Planeten! Bis dann…
Aber wie viel haben moderne Transistoren im Allgemeinen abgenommen, wie klein sind sie? Einfacher Vergleich, leicht zu verstehen - zum Beispiel mit einem menschlichen Haar!
Fast 1,5 Millionen moderne Transistoren, die mit einer 7-Nanometer-Prozesstechnologie hergestellt wurden, können auf ihren Schnitt gesetzt werden!
Das heißt, Sie können viermal mehr Transistoren auf die Dicke eines menschlichen Haares setzen als im Intel 4004-Prozessor!
Warum sollte es reduziert werden? Hier ist alles mehr oder weniger offensichtlich!
Erstens, je kleiner der Transistor ist, desto weniger Strom verbraucht er. Sie haben dies bereits am Beispiel der Röhre verstanden.
Und zweitens befinden sich mehr davon auf dem Werkzeug, was bedeutet, dass die Produktivität steigt. Doppelter Vorteil!
Und hier kommen wir zum Konzept eines technischen Prozesses oder Technologieknotens - was ist das?
Wenn dies so weit wie möglich vereinfacht werden soll, war der Wert des technischen Prozesses in der Vergangenheit die Mindestlänge des Transistorkanals - wie Sie auf dem Bild sehen können, sollte er nicht mit der Größe des gesamten Transistors verwechselt werden.
Das heißt, je kleiner der technische Prozess ist, desto besser - das versuchen uns die Unternehmen zu vermitteln, aber ist alles so einfach?
Und hier ist noch etwas anderes wichtig: Transistoren sind unterschiedlich und unterscheiden sich nicht nur in der Größe, sondern auch in ihrer Struktur.
Klassische, planare oder flache Transistoren werden seit relativ kurzer Zeit nicht mehr verwendet - im Jahr 2012. Sie machten dreidimensionalen Transistoren Platz, wo sie den Kanal in die dritte Dimension verlängerten, seine Dicke reduzierten und dadurch den Transistor selbst reduzierten. Diese Struktur heißt FinFET und wird jetzt verwendet.
Diese Technologie hat viel dazu beigetragen, die Größe der Transistoren zu reduzieren, und vor allem die Anzahl der Transistoren pro Flächeneinheit erheblich erhöht, was einer der wichtigsten Leistungsindikatoren ist!
Aber bedeutet das Konzept des technischen Prozesses heute dasselbe wie vor einigen Jahren?
Ein sehr wichtiger Trend wurde in der gesamten Branche verfolgt - jede nachfolgende Prozesstechnologie war 30% geringer als die vorherige, was dazu beitrug, die Anzahl der Transistoren bei gleichem Stromverbrauch zu verdoppeln - zum Beispiel 130 * 0,7 = 90 nm, 90 * 0,7 = 65 nm, dann bis zu 45 nm, 32 nm und so weiter.
Und dies steht immer noch im Einklang mit Moores Gesetz:
Die Anzahl der Transistoren auf einem Chip für integrierte Schaltkreise verdoppelt sich alle 24 Monate.
Was steckt hinter diesem Zahlenspiel?
Wir haben bereits herausgefunden, dass der technische Prozess die Größe des Transistorgates ist, dh die Länge des Kanals, der Strom durch sich selbst leitet oder nicht durchläuft, und diese Größe ist der Schlüssel!
Aber es stellt sich heraus, dass dies nur dann zutrifft, wenn wir über die alten 32 nm sprechen - dort ist alles genau, auch wenn Sie es mit einem Lineal messen! Und dieser Parameter wurde dokumentiert!
Dies war jedoch bis 2009, als das Konzept eines technischen Prozesses und seine Bezeichnung aus dem sogenannten „Internationalen Plan zur Entwicklung der Halbleitertechnologie“ ausgeschlossen wurden!
In einfachen Worten - die Zahlen, die heute in diesem Prozess angegeben werden - ist es nur ein Marketing-Label!
Die Hersteller waren wild und riefen alles 10, 7 und im Allgemeinen 5 Nanometer an, und jemand spricht bereits von 3 Nanometern! Sie können dies alles in Anführungszeichen setzen, als einfache Bezeichnung für die Generation der Prozessoren!
Hier ist ein Beispiel für die Struktur des Apple A12-Prozessors, der im TSMC-Werk mithilfe einer 7-Nanometer-Prozesstechnologie hergestellt wurde. Achten Sie auf die Skalenskala in der unteren linken Ecke.
Wenn wir die Skala vergleichen und berechnen, stellt sich heraus, dass die Kanalbreite 8 Nanometer beträgt, obwohl der Prozess offiziell als 7 Nanometer bezeichnet wird.
Vergleichen wir nun den 10-nm-Prozess von Intel und den 7-nm-Prozess von TSMC.
Übrigens, wissen Sie, dass TSMC heute ein Unternehmen ist, das Prozessoren für AMD herstellt und auch Apple A13 und Snapdragon 865 herstellt. Denken Sie also daran, dass wir alle ihre Chips auf einmal vergleichen.
Achten Sie auf die Dimension. Sie können sofort sehen, dass die gleichen 10 nm von Intel fast die gleichen sind wie 7 nm von TSMC! Intel ist also nicht so weit hinter AMD und anderen Herstellern zurück - sie haben gerade den Marketingkampf verloren? Auch hier ist nicht alles so einfach!
Plötzlich übertrifft Intel TSMC sogar in gewisser Weise.
Schauen Sie sich 1 Quadratmillimeter eines 10-nm-Intel-Chips an, etwa 5 Prozent mehr Transistoren passen als 7-nm-Transistoren von Apple, Qualcomm oder AMD.
Gleichzeitig hat die erhöhte Dichte aber auch Nachteile - erhöhte Erwärmung!
Dies bedeutet, dass Intel-Kristalle stärker sind, sich jedoch aufgrund ihrer Dichte stärker erwärmen. Somit erhalten wir die gleiche berüchtigte Drosselung.
Und Prozessoren von TSMC - Apple Qualcomm und AMD - profitieren genau von der geräumigeren Anordnung von Transistoren etwa gleicher Größe.
Wie sie es tun, ist eher eine Frage der internen Architektur und nicht einer Zahl, die im Namen dieser Prozesse steht.
Denken Sie nicht, dass ich die N7FF + -Architektur vergessen habe - ja, sie ist noch dichter als Intel, aber wenn wir über AMD Zen 2-, Appl A13- und Snapdragon 865-Chips sprechen - alle werden auf der Basis von TSMC 7FF hergestellt und verlieren an Intel-Dichte.
Der einzige Prozessor, der bereits mit der neuen N7FF + -Technologie unter Verwendung extremer UV-Lithographie hergestellt wurde, ist der Kirin 990 5G. Hier steigt natürlich die Dichte der Transistoren stark an - um bis zu 15 Prozent!
Theoretisch gehen die Hersteller einfach einen etwas anderen Weg, und wenn Sie in die Zukunft schauen, wird klar, welcher: Hier ist ein Zeichen dafür, wie alles sein wird - Chips der nächsten Generation.
Wir interessieren uns für die Linie über die Dichte von Transistoren pro 1 Quadratmillimeter!
Nach diesen Daten umgeht Intel Samsung und TSMC in der Dichte der Transistoren um mehr als 30 Prozent - und dies trotz der Tatsache, dass wir hier bereits 7 nm von einem Hersteller und 5 nm von einem anderen vergleichen.
Woher kommt dieser Anstieg? Wie ist eine solche Erhöhung der Dichte möglich - die Prots explodieren einfach oder arbeiten nur mit einem ausgefallenen Kühlsystem?
Nicht sicher so. Die Sache ist, dass Intel plant, auf Transistoren mit einer völlig anderen Struktur umzusteigen - genannt HNS - Horizontal Nano Sheets - dies wird uns den Sprung ermöglichen!
Aber Samsung hat ähnliche Pläne - sie gehen ein wenig in die Gate-All-Around-FET-Struktur.
So sieht es in der Realität aus - nicht so süß, aber denken Sie nur daran, wie klein sie sind!
Als Ergebnis haben wir festgestellt, dass sich hinter den Marketingnamen 7 nm und 5 nm ein Kampf der Architekturen befindet, und wir werden in Zukunft herausfinden können, wessen Weg der richtige war.
Was absolut sicher gesagt werden kann - wir stehen in den nächsten Jahren vor einem großen Sprung unter allen Chips, sowohl auf Mobilgeräten als auch auf Desktops.
In diesem Sinne möchte ich das Thema Prozessoren nicht beenden, da wir viele Informationen und Dokumente studiert haben, einschließlich des Aussortierens während des Produktionsprozesses. Haben Sie zum Beispiel von diesem Prozess Extreme Ultraviolet Lithography gehört? Wenn an den Fingern, ist dies eine Art Fantasie - ein Tropfen Zinn verwandelt sich nach einem Lasertreffer in Plasma: So entstehen moderne Prozessoren. Die Installationen selbst können jedoch nur von einem Unternehmen auf der Welt erstellt werden, und alle Giganten sind davon abhängig.