Vysvětlení zmenšování die

Centrální procesorové jednotky (CPU) se neustále zmenšují a zhušťují, což vede k vyššímu výkonu a účinnosti. Od doby, kdy byl uveden na trh první procesor Intel Pentium s výrobním procesem 0,8 mikrometru (μm), se celková velikost procesorů drasticky zmenšuje. Zlomky mikrometru byly standardní velikostí matrice po celé desetiletí. S vydáním druhé iterace procesoru Intel Pentium III se pak přešlo na nanometr (nm), což je 1/1000 velikosti mikrometru. Samotný procesor nakonec používal pouze 180nm die shrink.

Termín die shrink, nazývaný také optický nebo procesní shrink, označuje zmenšování polovodičových součástek, konkrétně tranzistorů. „Zmenšení die“ znamená vytvoření identického obvodu pomocí pokročilých výrobních procesů, které obvykle zahrnují předsunutý litografický uzel. Od uvedení procesoru Intel Pentium III jsou nanometry i nadále aktuální velikostí všech tranzistorů procesorů.

Současné velikosti die

Pro konkrétní příklad přirovnáme tranzistory procesorů k pramenu lidského vlasu pomocí výše uvedeného obrázku. Silnější pramen na obrázku je kousek lidského vlasu a menší pramen je 6 μm uhlíkové vlákno. Již dříve jsme zmínili, že první procesor Intel Pentium využíval tranzistory o velikosti 0,8 μm, což je menší než 6 μm uhlíkové vlákno a v dnešních standardech mikroarchitektury CPU je považováno za velké. Současný hlavní standard nabízený společnostmi Intel i AMD je 14 nanometrů (nm). Připomeňme, že jeden nanometr je 1/1000 velikosti mikrometru, takže je podstatně menší než uhlíkové vlákno. 14nm mikroarchitektura společnosti Intel se nazývá Kaby Lake a zahrnuje procesory řady 7000 „7. generace“. Původně se mělo jednat o zmenšení die, ale vzhledem k rostoucímu množství překážek, které s sebou přináší řešení neustále se zmenšujících rozměrů, byl Kaby Lake místo toho optimalizován na úrovni 14 nm.

Budoucnost mikroarchitektur procesorů

Přes potíže, kterým čelí společnosti Intel a AMD, aby udržely tempo zdvojnásobování počtu tranzistorů každé dva roky, dochází i nadále k pokroku, i když o něco pomaleji, než tomu bylo dříve. Společnost Intel byla známá tím, že vytvořila „tick-tock“ plán vydávání svých mikroarchitektur procesorů. Část harmonogramu „tick“ představovala zmenšení die a část „tock“ zcela nový návrh mikroarchitektury. Společnost Intel nyní přešla na model „proces-architektura-optimalizace“, který v podstatě zavádí druhé optimalizační vydání, aby bylo více času na další zmenšení die procesoru.

Díky zlepšení litografických technik jsou 10nm procesory na cestě. Abychom skutečně ocenili, jak je 10 nm malých, je to srovnatelné s velikostí jako jeden proteinový řetězec. Očekává se, že 10nm mikroarchitektura Cannonlake společnosti Intel bude uvedena na trh ve 4. čtvrtletí tohoto roku, za předpokladu, že nedojde k dalším nepředvídaným zpožděním. Podle společnosti Intel s sebou Cannonlake přináší 15% nárůst výkonu oproti předchozí mikroarchitektuře Kaby Lake. Čísla z benchmarků zatím nebyla zveřejněna, ale není pochyb o tom, že přechod na 10 nm bude pro architekturu procesorů i zákazníky, kteří na ni tak trpělivě čekají, monumentálním a přínosným krokem vpřed.