Die Shrink Uitgelegd

Centrale verwerkingseenheden (CPU’s) worden steeds kleiner en compacter, wat resulteert in meer vermogen en efficiency. Sinds Intels eerste Pentium CPU werd uitgebracht met een fabricageproces van 0,8 micrometer (μm), zijn CPU’s drastisch in omvang afgenomen. Fracties van een micrometer waren een decennium lang de standaardgrootte van matrijzen. Toen de tweede generatie van de Intel Pentium III-processor werd uitgebracht, werd overgeschakeld op nanometer (nm), 1/1000 maal de grootte van een micrometer. Voor de processor zelf werd uiteindelijk een die shrink van slechts 180 nm gebruikt.

De term die shrink, ook wel optical shrink of process shrink genoemd, verwijst naar het verkleinen van halfgeleiderapparaten, met name transistors. “Het verkleinen van een matrijs is het creëren van een identieke schakeling met behulp van geavanceerde fabricageprocessen die gewoonlijk een geavanceerd lithografisch knooppunt omvatten. Sinds de lancering van de Intel Pentium III-processor is nanometer nog steeds de huidige maat voor alle CPU-transistoren.

Huidige matrijsafmetingen

Om een concreet voorbeeld te geven, vergelijken we CPU-transistoren met een menselijke haarlok aan de hand van de bovenstaande afbeelding. De dikkere streng in de afbeelding is een stuk menselijk haar en de kleinere streng is 6 μm koolstofdraad. We hebben eerder vermeld dat Intels eerste Pentium-processor gebruik maakte van 0,8 μm transistors, wat kleiner is dan de 6 μm koolstofdraad en in de huidige CPU-microarchitectuurnormen als groot wordt beschouwd. De huidige mainstream-norm die zowel door Intel als AMD wordt gehanteerd is 14 nanometer (nm). Vergeet niet dat een nanometer 1/1000 keer zo groot is als een micrometer en dus aanzienlijk kleiner is dan een koolstofdraad. Intels 14 nm microarchitectuur wordt Kaby Lake genoemd en omvat de “7e generatie” 7000 serie processoren. Kaby Lake was oorspronkelijk bedoeld als een verkleining van de matrijs, maar vanwege de groeiende hoeveelheid hindernissen die komen kijken bij het omgaan met steeds kleiner wordende afmetingen, werd Kaby Lake in plaats daarvan geoptimaliseerd op 14 nm-niveau.

De toekomst van CPU-microarchitecturen

Ondanks de strijd waarmee Intel en AMD worden geconfronteerd om het tempo van het verdubbelen van het aantal transistors om de twee jaar bij te houden, blijft er vooruitgang worden geboekt, zij het in een iets langzamer tempo dan eerder mogelijk was. Intel stond bekend om het “tick-tock” releaseschema voor hun CPU-microarchitectuur. Het “tick” deel van het schema was het verkleinen van de chip en de “tock” was een gloednieuw microarchitectuurontwerp. Intel is nu overgestapt op het “proces-architectuur-optimalisatie”-model, dat in wezen een tweede optimalisatierelease introduceert om meer tijd te geven om de processordobbelsteen verder te verkleinen.

Dankzij verbeteringen in lithografietechnieken zijn CPU’s van 10 nm in aantocht. Om echt te beseffen hoe klein 10 nm is, is het vergelijkbaar met de grootte als een enkele eiwitketen. Intels 10 nm Cannonlake-microarchitectuur zal naar verwachting in het vierde kwartaal van dit jaar worden uitgebracht, ervan uitgaande dat er geen onvoorziene vertragingen meer zijn. Volgens Intel brengt Cannonlake een prestatieverhoging van 15% met zich mee ten opzichte van de vorige microarchitectuur, Kaby Lake. Benchmarkcijfers moeten nog worden vrijgegeven, maar er is weinig twijfel dat de overstap naar 10 nm zowel een monumentale als gunstige stap voorwaarts zal zijn voor de CPU-architectuur en de consumenten die er zo geduldig op wachten.