اين انتل بشكل عام؟ فقط بالكاد زحف 10 نانومتر؟
قررنا معرفة ما تقيسه هذه النانومترات؟ وهل من المهم قياسها أم أنها مجرد تسويق؟ وهل إنتل عفا عليها الزمن حقًا؟
قبل الانتقال إلى المعالجات في الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر لدينا ، بعض الأساسيات ، كيف يعمل المعالج؟
قابل هذا الترانزستور! عنصر أساسي لجميع المعالجات. في الواقع ، الترانزستور هو مفتاح التبديل. يتدفق التيار خلالها - هذا هو 1 ، التيار لا يتدفق - هذا هو 0. هذا يسمح بالعد في النظام الثنائي - أساس جميع المعالجات!
في السابق ، كانت الترانزستورات عبارة عن مصابيح مفرغة. شرطي - تشغيل أو إيقاف تشغيل: واحد أو صفر.
كان هناك الكثير من هذه المصابيح لكي يعمل كل شيء بطريقة ما. على سبيل المثال ، كان كمبيوتر ENIAC لعام 1946 ، الذي شارك في إنشاء القنبلة الهيدروجينية ، يحتوي على 17.5 ألف أنبوب مفرغ ووزنه 27 طنًا ، ويحتل 167 مترًا مربعًا. في الوقت نفسه ، أكل 150 كيلوواط من الكهرباء.
وإليك إحدى النقاط الرئيسية التي تستحق الاهتمام بها. مرة أخرى ، كان استهلاك الطاقة لهذه المصابيح البالغ عددها 17.5 ألفًا هو 150 كيلو واط.
ولكن في أوائل الستينيات ، كانت هناك ثورة - اختراع وبداية إنتاج الترانزستورات ذات التأثير الميداني. لديهم السيليكون كأشباه الموصلات الأولية - ومن هنا جاء السيليكون المشهور ، مهم ، أي وادي السيليكون!
وبعد ذلك بدأت! لقد انخفض حجم الترانزستورات كثيرًا لدرجة أنها تستهلك قدرًا أقل من الكهرباء وتستهلك مساحة أقل. وبدأ عدد الترانزستورات في الحوسبة يزداد بمعدل هائل! ومعها قوة أنظمة الحوسبة!
كان أول معالج صناعي Intel 4004 ، والذي تم إصداره في عام 1971 ، يحتوي على 2250 ترانزستور.
والآن ، على سبيل المثال ، في A13 Bionic من هذه الترانزستورات 8.5 مليار - وهذا أكثر من الناس على هذا الكوكب! ثم وداعا ...
ولكن ما مقدار الانخفاض الفعلي في الترانزستورات الحديثة ، ما مدى صغر حجمها؟ مقارنة بسيطة وسهلة الفهم - على سبيل المثال ، بشعر بشري!
يمكن وضع ما يقرب من 1.5 مليون ترانزستور حديث مصنوع باستخدام تقنية معالجة 7 نانومتر على قطعه!
وهذا يعني أنه يمكنك وضع ترانزستورات على سمك شعرة الإنسان أكثر بأربعة أضعاف مما في معالج Intel 4004!
لماذا يجب تقليله؟ كل شيء واضح هنا أكثر أو أقل!
أولاً ، كلما كان الترانزستور أصغر ، قل استهلاكه للطاقة. لقد فهمت هذا بالفعل بمثال الأنبوب.
وثانيًا ، هناك عدد أكبر منهم عند الموت ، مما يعني زيادة الإنتاجية. فائدة مزدوجة!
وهنا ننتقل إلى مفهوم العملية التقنية أو عقدة التكنولوجيا - ما هي؟
إذا كان للتبسيط قدر الإمكان ، فإن قيمة العملية التقنية كانت تاريخياً هي الحد الأدنى لطول قناة الترانزستور - كما ترون في الصورة - لا ينبغي الخلط بينها وبين حجم الترانزستور بأكمله.
أي أنه كلما كان حجم العملية الفنية أصغر ، كان ذلك أفضل - وهذا ما تحاول الشركات نقله إلينا ، ولكن هل كل شيء بهذه البساطة؟
وهنا شيء آخر مهم: الترانزستورات مختلفة وهي تختلف ليس فقط في الحجم ، ولكن أيضًا في بنيتها.
توقف استخدام الترانزستورات الكلاسيكية أو المستوية أو المسطحة مؤخرًا نسبيًا - في عام 2012. لقد أفسحوا المجال لترانزستورات ثلاثية الأبعاد ، حيث قاموا بتمديد القناة إلى البعد الثالث ، مما يقلل من سمكها وبالتالي يقلل من الترانزستور نفسه. يسمى هذا الهيكل FinFET ويتم استخدامه الآن.
ساعدت هذه التقنية كثيرًا في تقليل حجم الترانزستورات ، والأهم من ذلك أنها زادت بشكل كبير من عدد الترانزستورات لكل وحدة مساحة ، وهو أحد مؤشرات الأداء الرئيسية!
لكن هل مفهوم العملية التقنية يعني اليوم نفسه كما كان قبل بضع سنوات؟
لوحظ اتجاه مهم للغاية في جميع أنحاء الصناعة - كانت كل عملية تقنية لاحقة أقل بنسبة 30 ٪ من سابقتها ، مما ساعد على مضاعفة عدد الترانزستورات مع الحفاظ على نفس استهلاك الطاقة - على سبيل المثال ، 130 * 0.7 = 90 نانومتر ، 90 * 0.7 = 65 نانومتر ، ثم حتى 45 نانومتر ، 32 نانومتر ، وما إلى ذلك.
وهذا لا يزال يتماشى مع قانون مور:
يتضاعف عدد الترانزستورات الموجودة على شريحة دائرة متكاملة كل 24 شهرًا.
ماذا وراء لعبة الأرقام هذه؟
لقد اكتشفنا بالفعل أن العملية التقنية هي حجم بوابة الترانزستور ، أي طول القناة التي تمر أو لا تمر عبر نفسها ، وهذا الحجم هو المفتاح!
لكن اتضح أن هذا صحيح فقط إذا كنا نتحدث عن 32 نانومتر القديم - كل شيء دقيق ، حتى لو قمت بقياسه باستخدام مسطرة! وهذه المعلمة موثقة!
لكن هذا كان حتى عام 2009 ، عندما تم استبعاد مفهوم العملية الفنية وتسميتها من ما يسمى "الخطة الدولية لتطوير تكنولوجيا أشباه الموصلات"!
بعبارات بسيطة - الأرقام المشار إليها في تلك العمليات اليوم هي مجرد تسمية تسويقية!
ذهب المصنعون إلى البرية وبدأوا في استدعاء كل شيء 10 و 7 و 5 نانومتر بشكل عام ، وهناك شخص ما يتحدث بالفعل عن 3 نانومتر! يمكنك وضع كل هذا بين علامتي اقتباس كتسمية بسيطة لجيل المعالجات!
فيما يلي مثال على بنية معالج Apple A12 ، الذي تم إنتاجه في مصنع TSMC باستخدام تقنية معالجة 7 نانومتر. انتبه إلى المقياس الموجود في الزاوية اليسرى السفلية.
إذا قارنا المقياس وقمنا بالحساب ، يتبين أن عرض القناة يبلغ 8 نانومتر ، على الرغم من حقيقة أن العملية تسمى رسميًا 7 نانومتر.
لنقارن الآن عملية Intel 10nm وعملية TSMC 7nm.
بالمناسبة ، اعلم أن TSMC اليوم هي شركة تصنع معالجات AMD ، وتصنع أيضًا Apple A13 و Snapdragon 865 - لذا ضع في اعتبارك أننا نقارن جميع شرائحهم في وقت واحد.
انتبه إلى البعد. يمكنك أن ترى على الفور أن نفس 10nm من Intel هو تقريبًا نفس 7nm من TSMC! لذا فإن شركة Intel ليست بعيدة عن AMD والشركات المصنعة الأخرى - هل خسروا للتو معركة التسويق؟ هنا أيضًا ، كل شيء ليس بهذه البساطة!
وفجأة تفوقت شركة Intel حتى على TSMC في بعض النواحي.
انظر إلى 1 مليمتر مربع من قالب Intel 10 نانومتر ، حوالي 5 في المائة أكثر ملائمة للترانزستورات من 7 نانومتر من نفس Apple أو Qualcomm أو AMD.
ولكن في الوقت نفسه ، فإن الكثافة المتزايدة لها أيضًا عيوب - زيادة التسخين!
هذا يعني أن بلورات إنتل أقوى ، لكن بسبب كثافتها فإنها تسخن أكثر. وهكذا ، نحصل على نفس الاختناق سيئ السمعة.
والمعالجات المصنعة من قبل TSMC - تستفيد Apple Qualcomm و AMD على وجه التحديد بسبب الترتيب الأكثر اتساعًا للترانزستورات من نفس الحجم تقريبًا.
كيف يفعلون ذلك هو بالأحرى مسألة بنية داخلية ، وليس رقمًا باسم تلك العمليات.
لا أعتقد أنني نسيت بنية N7FF + - نعم ، إنها أكثر كثافة من Intel ، ولكن إذا تحدثنا عن رقائق AMD Zen 2 و Appl A13 و Snapdragon 865 - فجميعها مصنوعة على أساس TSMC 7FF وتفقد كثافة Intel.
المعالج الوحيد الذي تم تصنيعه بالفعل باستخدام تقنية N7FF + الجديدة التي تستخدم الطباعة الحجرية الشديدة للأشعة فوق البنفسجية هو Kirin 990 5G. هنا ، بالطبع ، تزداد كثافة الترانزستورات بشكل كبير - بنسبة تصل إلى 15 بالمائة!
من الناحية النظرية ، يتبع المصنعون ببساطة مسارًا مختلفًا قليلاً ، وإذا نظرت إلى المستقبل ، يتضح لك أيهما: هذه علامة على كيف سيكون كل شيء - رقائق الجيل التالي.
نحن مهتمون بالخط الخاص بكثافة الترانزستورات لكل مليمتر مربع!
وفقًا لهذه البيانات ، تتجاوز Intel بنسبة تزيد عن 30 في المائة كلاً من Samsung و TSMC في كثافة الترانزستورات - وهذا على الرغم من حقيقة أننا هنا بالفعل نقارن 7 نانومتر من مصنع واحد و 5 من شركة أخرى.
من أين تأتي هذه الزيادة؟ كيف يمكن أن تكون هذه الزيادة في الكثافة ممكنة - سوف تنفجر البروتات ببساطة أو تعمل فقط مع نظام تبريد فاخر؟
ليس بالتأكيد بهذه الطريقة. الشيء هو أن إنتل تخطط للتحول إلى ترانزستورات ذات هيكل مختلف تمامًا - تسمى HNS - صفائح النانو الأفقية - وهذا سيسمح لنا بإحداث قفزة!
لكن لدى Samsung خططًا مماثلة - فهي تسير قليلاً في الاتجاه الآخر نحو هيكل Gate-All-Around FET.
هذه هي الطريقة التي تبدو بها في الواقع - ليست لطيفة جدًا ، ولكن فقط فكر في مدى صغر حجمها!
نتيجة لذلك ، أدركنا أنه خلف الأسماء التسويقية 7 نانومتر و 5 نانومتر ، هناك معركة معمارية ، وفي المستقبل سنكون قادرين على معرفة المسار الصحيح.
ما يمكن قوله بالتأكيد - نحن بصدد تحقيق قفزة هائلة بين جميع الرقائق ، سواء على الهاتف المحمول أو سطح المكتب ، في غضون السنوات القليلة المقبلة.
في هذه الملاحظة ، لا أريد إنهاء موضوع المعالجات ، لأننا درسنا الكثير من المعلومات والمستندات ، بما في ذلك فرزها أثناء عملية الإنتاج. على سبيل المثال ، هل سمعت عن هذه العملية Extreme Ultraviolet Lithography؟ إذا كان هذا على الأصابع ، فهذا نوع من الخيال - قطرة من القصدير تتحول إلى بلازما بعد ضربة ليزر: هذه هي الطريقة التي يتم بها إنشاء المعالجات الحديثة. لكن المنشآت نفسها يمكن إنشاؤها بواسطة شركة واحدة فقط في العالم ، وكل الشركات العملاقة تعتمد عليها.