Die Shrink Explained

Keskussuorittimet (CPU:t) pienenevät ja tiivistyvät jatkuvasti, mikä lisää tehoa ja tehokkuutta. Siitä lähtien, kun Intelin ensimmäinen Pentium-suoritin julkaistiin 0,8 mikrometrin (μm) valmistusprosessia käyttäen, suorittimien kokonaiskoko on pienentynyt huomattavasti. Mikrometrin murto-osat olivat vuosikymmenen ajan vakiokokoa. Intel Pentium III -prosessorin toisen version julkaisun myötä siirryttiin nanometrikokoon (nm), joka on 1/1000 mikrometrin kokoa. Itse prosessori päätyi käyttämään vain 180 nm:n die shrinkiä.

Käsitteellä die shrink, jota kutsutaan myös optiseksi shrinkiksi tai prosessishrinkiksi, viitataan puolijohdekomponenttien, erityisesti transistorien, skaalaamiseen. ”Kuoren kutistamisella” tarkoitetaan identtisen piirin luomista käyttäen kehittyneitä valmistusprosesseja, joihin liittyy tyypillisesti etukäteislitografinen solmu. Intel Pentium III -prosessorin julkaisun jälkeen nanometrit ovat edelleen kaikkien suorittimen transistorien nykyinen koko.

Nykyiset die-koot

Konkreettisen esimerkin antamiseksi vertaamme suorittimen transistoreiden kokoa ihmisen hiussuikaleeseen yllä olevan kuvan avulla. Kuvan paksumpi säie on ihmisen hiuspala ja pienempi säie on 6 μm:n hiilifilamentti. Mainitsimme aiemmin, että Intelin ensimmäisessä Pentium-prosessorissa käytettiin 0,8 μm:n transistoreita, jotka ovat pienempiä kuin 6 μm:n hiilikuituhiutale ja joita pidetään suurina nykyisissä suorittimen mikroarkkitehtuuristandardeissa. Sekä Intelin että AMD:n tarjoama nykyinen valtavirtastandardi on 14 nanometriä (nm). Muista, että yksi nanometri on 1/1000 mikrometrin kokoa, mikä tekee siitä huomattavasti pienemmän kuin hiilikuituhiili. Intelin 14 nm:n mikroarkkitehtuuria kutsutaan nimellä Kaby Lake, ja se sisältää ”7th Gen” 7000-sarjan prosessorit. Kaby Laken oli alun perin tarkoitus olla die shrink, mutta jatkuvasti pienenevien kokojen käsittelyyn liittyvien kasvavien esteiden vuoksi Kaby Lake optimoitiin sen sijaan 14 nm:n tasolle.

Suorittimien mikroarkkitehtuurien tulevaisuus

Vaikka Intelillä ja AMD:llä on ollut vaikeuksia pysyä tahdissa, jossa transistorien määrä kaksinkertaistuu joka toinen vuosi, edistystä tapahtuu edelleen, vaikkakin hieman hitaammalla tahdilla kuin aiemmin oli mahdollista. Intel oli tunnettu siitä, että se loi CPU-mikroarkkitehtuurinsa julkaisuaikataulun ”tick-tock”. Aikataulun ”tick”-osa oli muotin kutistaminen ja ”tock”-osa oli täysin uusi mikroarkkitehtuurisuunnittelu. Intel on nyt siirtynyt ”prosessi-arkkitehtuuri-optimointi” -malliin, joka periaatteessa tuo mukanaan toisen optimointijulkaisun, jotta prosessorikennon kutistamiseen olisi enemmän aikaa.

Litografiatekniikoiden parannusten ansiosta 10 nm:n prosessorit ovat tulossa. Jotta voisit todella ymmärtää, kuinka pieni 10 nm on, se on verrattavissa yhden proteiiniketjun kokoon. Intelin 10 nm:n Cannonlake-mikroarkkitehtuurin odotetaan ilmestyvän tämän vuoden neljännellä neljänneksellä, olettaen, ettei tule lisää odottamattomia viivästyksiä. Intelin mukaan Cannonlake tuo mukanaan 15 prosentin suorituskykylisäyksen edelliseen mikroarkkitehtuuriin, Kaby Lakeen, verrattuna. Benchmark-lukuja ei ole vielä julkaistu, mutta ei ole epäilystäkään siitä, etteikö siirtyminen 10 nm:n valmistukseen olisi monumentaalinen ja hyödyllinen edistysaskel prosessoriarkkitehtuurille ja sitä niin kärsivällisesti odottaville kuluttajille.