Die Shrink Explained

Central processing units (CPU’er) bliver hele tiden mindre og tættere, hvilket resulterer i mere kraft og effektivitet. Lige siden Intels første Pentium-CPU blev frigivet ved hjælp af en fremstillingsproces på 0,8 mikrometer (μm), er CPU’er blevet drastisk mindre i samlet størrelse. I et årti var brøkdele af en mikrometer standardstørrelsen af en dør i et årti. Med udgivelsen af den anden udgave af Intel Pentium III-processoren blev der skiftet til nanometer (nm), som er 1/1000 af mikrometerens størrelse. Selve processoren endte med at bruge en die-krympning på blot 180 nm.

Tegningen die-krympning, også kaldet optisk krympning eller proceskrympning, henviser til halvlederskalering af halvlederkomponenter, specielt transistorer. “Shrinking a die” er at skabe et identisk kredsløb ved hjælp af avancerede fremstillingsprocesser, der typisk involverer et avanceret litografisk knudepunkt. Siden lanceringen af Intel Pentium III-processoren er nanometer fortsat den aktuelle størrelse for alle CPU-transistorer.

Aktuelle dørstørrelser

For at give et konkret eksempel sammenligner vi CPU-transistorer med et menneskeligt hårstrå ved hjælp af ovenstående billede. Det tykkere hårstrå på billedet er et stykke menneskehår, og det mindre hårstrå er en kultråd på 6 μm. Vi har tidligere nævnt, at Intels første Pentium-processor anvendte 0,8 μm transistorer, hvilket er mindre end 6 μm kulfilament og betragtes som stort i dagens CPU-mikroarkitekturstandarder. Den nuværende mainstream-standard, der tilbydes af både Intel og AMD, er 14 nanometer (nm). Husk, at en nanometer er 1/1000 af størrelsen på en mikrometer, hvilket gør den væsentligt mindre end en kulstoftråd. Intels 14 nm-mikroarkitektur kaldes Kaby Lake og omfatter 7000-processorerne i “7th Gen”-serien. Det var oprindeligt meningen, at Kaby Lake skulle være en die-shrink, men på grund af den voksende mængde forhindringer, der følger med at håndtere stadigt mindre størrelser, blev Kaby Lake i stedet optimeret på 14 nm-niveau.

Fremtiden for CPU-mikroarkitekturer

Trods de kampe, som Intel og AMD står over for for at holde tempoet med at fordoble antallet af transistorer hvert andet år, sker der fortsat fremskridt, om end i et lidt langsommere tempo end tidligere. Intel var kendt for at skabe en “tick-tock”-udgivelsesplan for deres CPU-mikroarkitektur. Den “tick”-del af tidsplanen var en skrumpning af die’en, og “tock”-delen var et helt nyt mikroarkitekturdesign. Intel har nu skiftet til en “process-architecture-optimization”-model, som i det væsentlige introducerer en anden optimeringsudgave for at give mere tid til yderligere at skrumpe processordelen.

Dank være forbedringer i litografiteknikkerne er 10 nm CPU’er på vej. For virkelig at forstå, hvor lille 10 nm er, kan man sammenligne det med størrelsen på en enkelt proteinkæde. Intels 10nm Cannonlake-mikroarkitektur på 10 nm forventes at blive frigivet i fjerde kvartal i år, forudsat at der ikke sker flere uforudsete forsinkelser. Ifølge Intel bringer Cannonlake en ydelsesstigning på 15 % i forhold til den tidligere mikroarkitektur, Kaby Lake, med sig. Benchmark-tal er endnu ikke offentliggjort, men der er næppe tvivl om, at skiftet til 10 nm vil være både et monumentalt og gavnligt skridt fremad for CPU-arkitekturen og de forbrugere, der venter så tålmodigt på den.