Intel: Výrobní technologie pro zítřek

Intel o sobě dává v poslední době vědět stále zřetelněji: nedávno například oznámil, že spustil výrobu procesorů na bázi 0.13µm polovodičové technologie (dříve 0.18µm). Další novinkou, jež má umožnit vyrábět procesory levněji, má být brzký přechod na polovodičové waffery o průměru 300mm. Chcete se dozvědět, co že to ty "waffery" jsou a co můžeme očekávat od polovodičové technologie jež umožní vyšší míru integrace? Čtěte!
Intel: Výrobní technologie pro zítřek
Kapitoly článku

Výzkumná a výrobní centra Intelu se postupně snaží vylepšovat technologii výroby. Tak například současná 0,18 mikronová technologie umožňuje oproti té původní uvedené před více než dvěma lety výrobu tranzistorů o 38 procent rychlejších a dále pak 19-ti procentní zmenšení paměťové buňky (SRAM modulů). Toho bylo možné dosáhnout díky neustálému vývoji přímo v továrnách.

Ročně Intel vydá na výzkum a vývoj kolem 4 miliard dolarů (zhruba pětina našeho státního rozpočtu). Kontrolou výrobního procesu přímo v továrnách je možné dosáhnout zvýšení výtěžnosti u vyšších frekvencí a díky tomu pak lépe konkurovat na trhu.

70nm vs. 60nm tranzistorový přechod

V současnosti používají Pentia III Tualatin a Pentia 4 Northwood tranzistor s přechodem o velikosti 70nm.

V budoucnu se vlivem vývoje ale postupně přejde při použití jen lehce vylepšení 0,13 mikronové technologie k tranzistorům s bránou o velikosti 60nm.

Co to znamená? Jednoduše to, že ještě více klesne napětí, které bude nutné ke správnému fungování tranzistoru, tj. se stejným napětím jako dnes bude možné dosáhnout ještě vyšší frekvence. Jestliže tedy superchlazený prototyp (!) Pentia 4 Northwood již před několika měsíci dosáhl za použití silikonu v "beta fázi" frekvence 3,5GHz, může stejný procesor při použití těchto vylepšených tranzistorů dosáhnout té samé frekvence i s použitím běžného chlazení.

Menší SRAM buňky

S rostoucí frekvencí výpočetního jádra mikroprocesoru je nutné stále rychleji a rychleji dodávat tomuto výpočetnímu jádru data. Protože frekvence pamětí je velmi pomalá (procesor může čekat i stovky cyklů), je řešením implementace vyrovnávací paměti (cache) přímo do procesoru. Čím více cache, tím snadněji lze obejít problém s nedostatečnou rychlostí pamětí.

Bohužel, cache je z výrobního hlediska velmi problémová záležitost. Na každých 256kB cache je potřeba zhruba 15 milionu tranzistorů a to jednak značně zvyšuje pravděpodobnost výrobní chyby, ale také zvyšuje plochu čipu.

Toto je obrázek čipu Pentium III / Tualatin (44 milionu tranzistorů). Jeho plocha je zhruba 80 mm2, ale jak si můžete všimnout, cache druhé úrovně o velikosti 512kB v něm zabírá dobrých 40 procent plochy!

U Pentia 4 není tento problém tak znatelný, ale přesto cache zabírá značné množství místa.


Nahoře L2 cache (ATC), dole Trace cache.

U právě uvedeného Pentia 4 Northwood byl poprvé použit vylepšený (= zmenšený) tranzistor pro SRAM čipy.

Přestože je velikost cache druhé úrovně u Northwoodu zdvojnásobena na 512kB, zabírá tato cache (podle informací Intelu) stejnou plochu, jakou zabírala L2 cache ve staré 0,18 mikronové technologii (je tedy stejně velká, jako poloviční, 256kB L2 cache v jádrech P4 typu Willamette). Intel se velmi snaží zmenšit plochu těchto SRAM tranzistorů a dále také snížit jejich příkon. U vylepšené 0,13 mikronové technologie lze očekávat nutné napětí pro správnou funkci neuvěřitelných 0,5V.

Díky tomu je možné v budoucnu očekávat, že většina procesorů Intelu bude vybavena větší cache než tomu bylo doposud. Díky tomu bude možné dosáhnout více lineárního růstu výkonu. 3GHz Northwood tak může být teoreticky výkonnější o 40 až 50 procent než 2GHz Northwood. Že dnešní procesory skutečně potřebují více cache, se můžeme přesvědčit právě na rozdílu výkonu mezi Willamette a Northwood, který činí až 10 procent.

Výtěžnost frekvencí

Velmi zajímavé je sledovat, jaké frekvence procesorů je možné s dnešní technologií vyrobit a jaká je výtěžnost waferu.

Současné Pentium III, vyráběné ve třech továrnách, je schopné dosáhnout frekvencí až 1600MHz...

... Pentium 4 Northwood je zatím vyráběné ve dvou továrnách, z toho v jednom případě se jedná o 300 mm wafer. Jak je vidět, velká část těchto procesorů je schopná dosáhnout frekvencí kolem 2,5GHz. Stávající produkce na 200 mm waferech produkuje poněkud lepší výsledky, ale to je dáno tím, že technologie 300 mm waferů ještě není tak dokonalá.

Zde je vidět, jaká byla výtěžnost (nebo naopak odpad) při použití jednotlivých technologií. Dnešní produkce má zatím nejlepší výsledky ze všech. Všimněte si počátečních problémů s náběhem 300mm wafferů - nyní tyto tato výrobní technologie téměř dokázala dohnat zaběhnuté 200 mm pláty.

Co můžeme tedy čekat?

Jednoduše řečeno menší a rychlejší procesory (joro: to platí samozřejmě i o procesorech konkurenčních firem - zejména od AMD). Rychlým přechodem na 0,13 mikronovou technologii bude možné dosáhnout vyšších frekvencí a zároveň zmenšit plochu čipu. Nové wafery o průměru 300 mm budou znamenat značný nárůst počtu čipů vyrobených na jeden wafer. Jedna továrna zastoupí dvě stávající a to za cenu o 25 procent nižší. Kontrola výroby přímo na místě, vylepšení současné technologie zmenšením tranzistorové brány a také zmenšení velikosti dnes z hlediska plochy enormně velké cache, to vše pomůže zlevnit a zrychlit budoucí generaci mikroprocesorů.

Eagle

Témata článku: Technika, Doping, Stejný problém, Frekvence, Chemická struktura, Dnešní produkce, Hladký povrch, Katmai, Potřebné napětí, Sram, Oxid, Oxid křemičitý, Výrobní jádro, Značný problém, Technolog, Možný problém, Značné snížení, Výrobní technologie, Současný vývoj, Poloviční paměť, Elektrické spojení, Zítřek, Poloviční velikost, Různé materiály, Eagle


Určitě si přečtěte

HTTPS byl pouze první krok. Chrome zavádí DoH, tedy šifrované DNS. Dopady mohou být obrovské

HTTPS byl pouze první krok. Chrome zavádí DoH, tedy šifrované DNS. Dopady mohou být obrovské

** Šifrovaný web je dnes už samozřejmost ** Jeden díl skládačky ale ještě chybí – DNS ** Firefox už začal a teď se na šifrované DNS chystá i Chrome

Jakub Čížek | 96

Wi-Fi 6 konečně začíná dostávat smysl. Poradíme, jak ji využít

Wi-Fi 6 konečně začíná dostávat smysl. Poradíme, jak ji využít

** Na trh míří první levné Wi-Fi 6 routery ** Nabídka zařízení, zejména notebooků, každý den roste ** Poradíme, jak nejlépe přejít s domácností na Wi-Fi 6

Tomáš Holčík | 28

Pozor, na Česko v těchto dnech útočí falešné Tesco, Penny Market a Lidl

Pozor, na Česko v těchto dnech útočí falešné Tesco, Penny Market a Lidl

** Máme tu další českou phishingovou vlnu ** Podle průzkumů máme stále problém s kybernetickou gramotností ** Nebezpečím jsou děti, které opouštějí rodiče

Jakub Čížek | 34

13 praktických tipů a triků pro Mapy.cz, které možná neznáte

13 praktických tipů a triků pro Mapy.cz, které možná neznáte

** Mapy.cz neslouží jen k zobrazení podkladů a plánování tras ** Nabízejí celou řadu dalších praktických funkcí a možností ** Vybrali jsme třináct tipů a triků, o kterých možná nevíte

Karel Kilián | 35


Aktuální číslo časopisu Computer

Megatest: 20 powerbank s USB-C

Test: mobily do 3 500 Kč

Radíme s výběrem routeru

Tipy na nejlepší vánoční dárky