Die Shrink spiegato

Le unità centrali di elaborazione (CPU) stanno diventando sempre più piccole e dense, con conseguente maggiore potenza ed efficienza. Da quando la prima CPU Pentium di Intel è stata rilasciata utilizzando un processo produttivo di 0,8 micrometri (μm), le CPU sono drasticamente diminuite nelle dimensioni complessive. Frazioni di micrometro sono state la dimensione standard dei die per un decennio. Poi, con il rilascio della seconda iterazione del processore Intel Pentium III, si è passati al nanometro (nm), che è 1/1000 della dimensione di un micrometro. Il processore stesso ha finito per utilizzare un die shrink di soli 180 nm.

Il termine die shrink, chiamato anche optical shrink o process shrink, si riferisce al ridimensionamento dei dispositivi a semiconduttore, in particolare i transistor. “Restringere un die” significa creare un circuito identico usando processi di fabbricazione avanzati che tipicamente coinvolgono un nodo litografico avanzato. Dall’uscita del processore Intel Pentium III, i nanometri continuano ad essere la dimensione attuale per tutti i transistor della CPU.

Dimensioni attuali dei die

Per fare un esempio concreto, paragoniamo i transistor della CPU ad una ciocca di capelli umani usando l’immagine qui sopra. La ciocca più spessa nell’immagine è un pezzo di capelli umani e la ciocca più piccola è un filamento di carbonio di 6 μm. Abbiamo detto in precedenza che il primo processore Pentium di Intel utilizzava transistor da 0,8 μm, che è più piccolo del filamento di carbonio da 6 μm ed è considerato grande negli attuali standard di microarchitettura della CPU. L’attuale standard mainstream offerto sia da Intel che da AMD è di 14 nanometri (nm). Ricordate, un nanometro è 1/1000 della dimensione di un micrometro, il che lo rende sostanzialmente più piccolo del filamento di carbonio. La microarchitettura a 14 nm di Intel è chiamata Kaby Lake e comprende la serie di processori “7th Gen” 7000. Kaby Lake era originariamente pensato per essere un die shrink, ma a causa della crescente quantità di ostacoli che si presentano quando si ha a che fare con dimensioni in continua diminuzione, Kaby Lake è stato invece ottimizzato a livello di 14 nm.

Il futuro delle microarchitetture CPU

Nonostante le lotte affrontate da Intel e AMD per mantenere il ritmo del raddoppio del numero di transistor ogni due anni, il progresso continua ad essere fatto, anche se ad un ritmo leggermente più lento di quanto fosse possibile prima. Intel era nota per aver creato il programma di rilascio “tick-tock” per la sua microarchitettura di CPU. La parte “tick” del programma era un die shrink e il “tock” era un design di microarchitettura nuovo di zecca. Intel è ora passata al modello “process-architecture-optimization” che essenzialmente introduce una seconda release di ottimizzazione per dare più tempo per ridurre ulteriormente il die del processore.

Grazie ai miglioramenti nelle tecniche di litografia, le CPU a 10 nm sono in arrivo. Per apprezzare veramente quanto siano piccoli 10 nm, è paragonabile alla dimensione di una singola catena proteica. La microarchitettura a 10 nm Cannonlake di Intel dovrebbe essere rilasciata nel quarto trimestre di quest’anno, supponendo che non ci siano altri ritardi imprevisti. Secondo Intel, Cannonlake porta con sé un aumento delle prestazioni del 15% rispetto alla precedente microarchitettura, Kaby Lake. I numeri di benchmark devono ancora essere rilasciati, ma ci sono pochi dubbi che il passaggio ai 10 nm sarà un monumentale e benefico passo avanti per l’architettura delle CPU e per i consumatori che lo aspettano con tanta pazienza.