Die Shrink Explained

Centralne jednostki obliczeniowe (CPU) stale stają się mniejsze i gęstsze, co przekłada się na większą moc i wydajność. Odkąd pierwszy procesor Pentium firmy Intel został wydany przy użyciu procesu produkcyjnego 0,8 mikrometra (μm), procesory drastycznie zmniejszyły swoje rozmiary. Ułamki mikrometra były standardowym rozmiarem matrycy przez dekadę. Następnie, wraz z wydaniem drugiej iteracji procesora Intel Pentium III, nastąpiło przejście na nanometr (nm), który jest 1/1000 wielkości mikrometra. Sam procesor zakończył się użyciem zaledwie 180 nm die shrink.

Termin die shrink, zwany również optical shrink lub process shrink, odnosi się do skalowania urządzeń półprzewodnikowych, a konkretnie tranzystorów. „Skracanie matrycy” polega na tworzeniu identycznego obwodu przy użyciu zaawansowanych procesów produkcyjnych, które zazwyczaj obejmują zaawansowany węzeł litograficzny. Od czasu wydania procesora Intel Pentium III, nanometry nadal są aktualnym rozmiarem dla wszystkich tranzystorów CPU.

Aktualne rozmiary matryc

Aby podać konkretny przykład, porównamy tranzystory CPU do pasma ludzkich włosów, używając powyższego obrazu. Grubszy kosmyk na obrazku to kosmyk ludzkiego włosa, a mniejszy to włókno węglowe o grubości 6 μm. Wspomnieliśmy wcześniej, że pierwszy procesor Pentium Intela wykorzystywał tranzystory 0,8 μm, co jest mniejsze niż włókno węglowe 6 μm i jest uważane za duże w dzisiejszych standardach mikroarchitektury CPU. Obecny standard mainstream oferowany zarówno przez Intel jak i AMD to 14 nanometrów (nm). Pamiętaj, że jeden nanometr to 1/1000 wielkości mikrometra, co czyni go znacznie mniejszym niż włókno węglowe. Mikroarchitektura 14 nm firmy Intel nosi nazwę Kaby Lake i obejmuje serię procesorów „7th Gen” 7000. Kaby Lake miał być pierwotnie przeznaczony do kurczenia się matrycy, ale ze względu na rosnącą ilość przeszkód, które pochodzą z czynienia z nieustannie zmniejszającymi się rozmiarami, Kaby Lake został zamiast tego zoptymalizowany na poziomie 14 nm.

Przyszłość mikroarchitektur procesorów

Pomimo zmagań, z jakimi borykają się Intel i AMD, aby utrzymać tempo podwajania liczby tranzystorów co dwa lata, postęp jest nadal dokonywany, choć w nieco wolniejszym tempie niż było to wcześniej możliwe. Intel był znany z tworzenia harmonogramu wydawania „tick-tock” dla swojej mikroarchitektury CPU. Część „tik-tak” harmonogramu to było kurczenie się matrycy, a „tik-tak” to był zupełnie nowy projekt mikroarchitektury. Intel przeszedł teraz na model „proces-architektura-optymalizacja”, który zasadniczo wprowadza drugie wydanie optymalizacji, aby dać więcej czasu na dalsze zmniejszanie matrycy procesora.

Dzięki ulepszeniom w technikach litograficznych, 10 nm procesory są w drodze. Aby naprawdę docenić, jak mały 10 nm jest, to jest porównywalne do wielkości jako pojedynczy łańcuch białka. Intel 10nm mikroarchitektura Cannonlake ma być wydany Q4 tego roku, zakładając, że nie ma więcej nieprzewidzianych opóźnień. Według Intela, Cannonlake przynosi ze sobą 15% wzrost wydajności w stosunku do poprzedniej mikroarchitektury, Kaby Lake. Benchmarki nie zostały jeszcze opublikowane, ale nie ma wątpliwości, że przejście na 10 nm będzie zarówno monumentalnym, jak i korzystnym krokiem naprzód dla architektury procesorów i konsumentów, którzy tak cierpliwie na nie czekają.