• Anthony Heddings

  @anthonyheddings

• Tammikuu 22, 2019, 6:40am EDT

CPU:n valmistuksessa käytetään miljardeja pieniä transistoreita, sähköisiä portteja, jotka kytkeytyvät päälle ja pois päältä suorittaakseen laskutoimituksia. Tähän tarvitaan virtaa, ja mitä pienempi transistori on, sitä vähemmän virtaa tarvitaan. ”7 nm” ja ”10 nm” ovat näiden transistorien koon mittauksia – ”nm” tarkoittaa nanometriä, joka on pikkuruinen pituus – ja ne ovat hyödyllinen mittari, jonka avulla voidaan arvioida, kuinka tehokas tietty prosessori on.

Viitteeksi: ”10 nm” on Intelin uusi valmistusprosessi, jonka on määrä debytoida vuoden 2019 neljännellä vuosineljänneksellä, ja ”7 nm” viittaa tavallisesti TSMC:n prosessiin, johon AMD:n uudet prosessorit ja Applen A12X-piirin siru perustuvat.

Miksi nämä uudet prosessit ovat niin tärkeitä?

Mooren laki, vanha havainto, jonka mukaan transistorien määrä sirussa kaksinkertaistuu joka vuosi samalla kun kustannukset puolittuvat, piti pitkään, mutta on viime aikoina hidastunut. Vielä 90-luvun lopulla ja 2000-luvun alussa transistoreiden koko kutistui puoleen joka toinen vuosi, mikä johti massiivisiin parannuksiin säännöllisellä aikataululla. Mutta edelleen kutistuminen on muuttunut monimutkaisemmaksi, emmekä ole nähneet transistorin kutistumista Inteliltä sitten vuoden 2014. Nämä uudet prosessit ovat ensimmäiset suuret kutistukset pitkään aikaan, erityisesti Inteliltä, ja ne edustavat lyhyttä Mooren lain uudelleenkäynnistymistä.

Intelin jäädessä jälkeen myös mobiililaitteet ovat päässeet perässä, sillä Applen A12X-piiri valmistetaan TSMC:n 7 nm:n prosessilla ja Samsungilla on oma 10 nm:n prosessinsa. AMD:n seuraavat suorittimet valmistetaan TSMC:n 7 nm:n prosessilla, joten AMD:llä on nyt mahdollisuus hypätä Intelin ohi suorituskyvyssä ja tuoda tervettä kilpailua Intelin monopoliin markkinoilla – ainakin siihen asti, kunnes Intelin 10 nm:n ”Sunny Cove” -piirit alkavat ilmestyä hyllyille.

Mitä ”nm” todella tarkoittaa

CPU:t valmistetaan fotolitografialla, jossa prosessorin kuva kaiverretaan piipalaan. Tarkkaa menetelmää, miten tämä tehdään, kutsutaan yleensä prosessisolmuksi, ja sitä mitataan sen mukaan, kuinka pieniksi valmistaja pystyy tekemään transistorit.

Sen vuoksi, että pienemmät transistorit ovat energiatehokkaampia, ne pystyvät suorittamaan enemmän laskutoimituksia ilman, että ne kuumenevat liikaa, mikä on yleensä prosessorin suorituskykyä rajoittava tekijä. Se mahdollistaa myös pienemmät die-koot, mikä alentaa kustannuksia ja voi lisätä tiheyttä samassa koossa, ja tämä tarkoittaa enemmän ytimiä sirua kohti. 7 nm on käytännössä kaksi kertaa tiheämpi kuin edellinen 14 nm:n solmu, minkä ansiosta AMD:n kaltaiset yritykset voivat julkaista 64-ytimisiä palvelinsiruja, mikä on massiivinen parannus aiempaan 32 ytimeen (ja Intelin 28 ytimeen) verrattuna.

On kuitenkin tärkeää huomioida, että vaikka Intel on edelleen 14 nm:n solmulla ja AMD:llä on tarkoitus lanseerata lähiaikoina 7 nm:n prosessorinsarjojaan, niin tämä ei kuitenkaan tarkoita sitä, että AMD:n prosessorit tulevat olemaan tuplasti nopeampia. Suorituskyky ei skaalaudu täsmälleen transistorin koon mukaan, ja näin pienissä mittakaavoissa nämä luvut eivät ole enää niin tarkkoja. Tapa, jolla kukin puolijohdevalimo mittaa, voi vaihdella toisistaan, joten niitä kannattaa pitää pikemminkin markkinointitermeinä, joita käytetään tuotteiden segmentointiin, kuin tarkkoina tehon tai koon mittauksina. Esimerkiksi Intelin tulevan 10 nm:n solmun odotetaan kilpailevan TSMC:n 7 nm:n solmun kanssa, vaikka luvut eivät täsmääkään.

Mobiilipiireissä nähdään suurimmat parannukset

Solmun kutistumisessa ei kuitenkaan ole kyse vain suorituskyvystä, vaan sillä on myös valtavia seurauksia matalaenergisille kännykkä- ja kannettavien tietokoneiden piireille. 7 nm:n piirillä (verrattuna 14 nm:n piiriin) voidaan saada 25 % enemmän suorituskykyä samalla teholla, tai sama suorituskyky voidaan saada puolella teholla. Tämä tarkoittaa pidempää akkukestoa samalla suorituskyvyllä ja paljon tehokkaampia piirejä pienempiin laitteisiin, koska rajoitettuun tehotavoitteeseen voidaan käytännössä mahduttaa kaksi kertaa enemmän suorituskykyä. Olemme jo nähneet Applen A12X-piirin murskaavan joitakin vanhempia Intelin piirejä vertailuanalyyseissä, vaikka se on vain passiivisesti jäähdytetty ja pakattu älypuhelimen sisälle, ja se on vasta ensimmäinen 7 nm:n siru, joka on tullut markkinoille.

Solmun kutistuminen on aina hyvä uutinen, sillä nopeammat ja energiatehokkaammat sirut vaikuttavat lähes jokaiseen teknologiamaailman osa-alueeseen. Vuodesta 2019 tulee jännittävä vuosi teknologialle näiden uusimpien noodien myötä, ja on hyvä nähdä, ettei Mooren laki ole vielä aivan kuollut.