Za křemíkovou oponou
3.11.2003, , článek
Výzkum a výroba polovodičů a počítačových procesorů zvláště, prožívá během posledních třiceti let neustálý boom. Nyní se situace ještě přiostřuje a to díky dvěma kohoutům na jednom PC dvorku. Ano, jsou to Intel a AMD, kdo určuje takt, ale i oni mohou narazit na nečekané překážky.
Kapitoly článku:
- Za křemíkovou oponou
- Kdo drží trumfy
- Chytré technologie
Kupředu levá zpátky ni krok
Čas od času se vyloupne na stránkách AMD či Intelu nějaká ta Roadmapa, nebo slovní přestřelka PR managerů obou firem, ale je to jen špička ledovce. Výkon dnešních procesorů samozřejmě záleží na jejich vnitřním uspořádání, ale také na výrobní technologii, kterou je vyroben (určuje takt spotřebu a tepelné charakteristiky). Proč Athlon 64 FX nejde nijak zásadně přetaktovat a Intel Prescott žhne jako "samo peklo" ? Pokusíme se tomu spolu, alespoň trochu přijít na kloub.
Co je malé, to je rychlé
Technologie výroby procesorů se miniaturizuje mílovými kroky, protože menší výrobní proces znamená vyšší výtěžnost procesorových jader z křemíkového plátku (plátek je z čistého Si a používá se pro výrobu chipů už 30 let, anglicky též "wafer"), tzn. nižší výrobní náklady na jedno jádro. Menší jádro procesoru má nižší spotřebu energie a elektrony ve spojích (dnes z mědi dříve z hliníku) a tranzistorech překonávají kratší trasy a z toho plyne vyšší taktovací frekvence dnešních procesorů, pamětí a jiných polovodičových produktů.
Obr. 1 - Šest vrstev měděných spojů v procesoru
foto: elektronovým mikroskopem
Samozřejmě že parametry procesorů určuje mnoho dalších proměnných a snad největší brzdou je únik proudu z brán tranzistorů do okolního křemíku. Tímto neduhem prý velmi trpí chystaný Intel Prescott, a přestože bude vyráběn moderním 90 nm procesem, díky ztrátovým výkonům má topit při taktu 3.40 GHz až 100 W a to je opravdu hodně. Athlon 64 FX má trochu jiný problém a tím je délka vodičů mezi tranzistory, elektrony nestíhají projít danou délku vodičů velmi komplexního jádra ve vymezeném taktu a tím splnit logickou operaci. Proto Athlon 64 FX čeká na 90 nm výrobu jako na slitování boží, aby mohl přejít od frekvencí kolem 2.80 GHz k 3.40 GHz a snad i o trochu výše.
Výroba a pokrok
Obr. 2 - Supermoderní stroj pro výrobu 45 nm procesorů pomocí EUV záření
Procesory se už 30 let vyrábějí prakticky stejnou metodou fotolitografie, kdy se wafer o průměru 200 mm či 300 mm ozařuje přes různé masky a tím vznikají na waferu složité struktury tranzistorů (složitost je jako u podrobné mapy New Yorku na papíru 10x10 mm). Litografické matrice jsou prozařovány zářením a jejich 4x zmenšený obraz dopadá na wafer potažený v různých krocích odlišnými chemikáliemi. Velmi kritickou při takto jemné výrobě se stává také vlnová délka prosvěcovacího paprsku, na němž také závisí jemnost výrobního procesu. V roce 2005 Intel počítá s uvedením výše uvedeného stroje používajícího EUV záření (Extreme Ultraviolet). Tento stroj umožňuje vyrábět komponenty až 30 nm technikou a to je možná zároveň nejemnější proces, který můžeme po klasickém Si chtít. Předpokládá se, že fotolitografie klasického křemíku dodýchá asi kolem roku 2010, ale i po té uvidíme zajímavé trendy ve výrobě polovodičů, jako jsou např. dvoj a tříbránové tranzistory, které jsou schopny se přepínat ještě daleko vyššími frekvencemi než ty klasické díky nižším spouštěcím proudům a menšímu odporu kanálu.
Čas od času se vyloupne na stránkách AMD či Intelu nějaká ta Roadmapa, nebo slovní přestřelka PR managerů obou firem, ale je to jen špička ledovce. Výkon dnešních procesorů samozřejmě záleží na jejich vnitřním uspořádání, ale také na výrobní technologii, kterou je vyroben (určuje takt spotřebu a tepelné charakteristiky). Proč Athlon 64 FX nejde nijak zásadně přetaktovat a Intel Prescott žhne jako "samo peklo" ? Pokusíme se tomu spolu, alespoň trochu přijít na kloub.
Co je malé, to je rychlé
Technologie výroby procesorů se miniaturizuje mílovými kroky, protože menší výrobní proces znamená vyšší výtěžnost procesorových jader z křemíkového plátku (plátek je z čistého Si a používá se pro výrobu chipů už 30 let, anglicky též "wafer"), tzn. nižší výrobní náklady na jedno jádro. Menší jádro procesoru má nižší spotřebu energie a elektrony ve spojích (dnes z mědi dříve z hliníku) a tranzistorech překonávají kratší trasy a z toho plyne vyšší taktovací frekvence dnešních procesorů, pamětí a jiných polovodičových produktů.
Obr. 1 - Šest vrstev měděných spojů v procesoru
foto: elektronovým mikroskopem
Samozřejmě že parametry procesorů určuje mnoho dalších proměnných a snad největší brzdou je únik proudu z brán tranzistorů do okolního křemíku. Tímto neduhem prý velmi trpí chystaný Intel Prescott, a přestože bude vyráběn moderním 90 nm procesem, díky ztrátovým výkonům má topit při taktu 3.40 GHz až 100 W a to je opravdu hodně. Athlon 64 FX má trochu jiný problém a tím je délka vodičů mezi tranzistory, elektrony nestíhají projít danou délku vodičů velmi komplexního jádra ve vymezeném taktu a tím splnit logickou operaci. Proto Athlon 64 FX čeká na 90 nm výrobu jako na slitování boží, aby mohl přejít od frekvencí kolem 2.80 GHz k 3.40 GHz a snad i o trochu výše.
Výroba a pokrok
Obr. 2 - Supermoderní stroj pro výrobu 45 nm procesorů pomocí EUV záření
Procesory se už 30 let vyrábějí prakticky stejnou metodou fotolitografie, kdy se wafer o průměru 200 mm či 300 mm ozařuje přes různé masky a tím vznikají na waferu složité struktury tranzistorů (složitost je jako u podrobné mapy New Yorku na papíru 10x10 mm). Litografické matrice jsou prozařovány zářením a jejich 4x zmenšený obraz dopadá na wafer potažený v různých krocích odlišnými chemikáliemi. Velmi kritickou při takto jemné výrobě se stává také vlnová délka prosvěcovacího paprsku, na němž také závisí jemnost výrobního procesu. V roce 2005 Intel počítá s uvedením výše uvedeného stroje používajícího EUV záření (Extreme Ultraviolet). Tento stroj umožňuje vyrábět komponenty až 30 nm technikou a to je možná zároveň nejemnější proces, který můžeme po klasickém Si chtít. Předpokládá se, že fotolitografie klasického křemíku dodýchá asi kolem roku 2010, ale i po té uvidíme zajímavé trendy ve výrobě polovodičů, jako jsou např. dvoj a tříbránové tranzistory, které jsou schopny se přepínat ještě daleko vyššími frekvencemi než ty klasické díky nižším spouštěcím proudům a menšímu odporu kanálu.
