Die Shrink Explained

Centrala processorenheter (CPU:er) blir hela tiden mindre och tätare, vilket resulterar i mer kraft och effektivitet. Ända sedan Intels första Pentium CPU släpptes med en tillverkningsprocess på 0,8 mikrometer (μm) har CPU:erna minskat drastiskt i total storlek. Bråkdelar av en mikrometer var standardstorlek för die i ett decennium. När den andra versionen av Intel Pentium III-processorn släpptes övergick man till nanometer (nm), som är 1/1000 av mikrometerns storlek. Själva processorn slutade med att använda sig av en stenkrympning på endast 180 nm.

Uttrycket stenkrympning, även kallat optisk krympning eller processkrympning, hänvisar till halvledarskalning av halvledarenheter, särskilt transistorer. Att ”krympa en die” är att skapa en identisk krets med hjälp av avancerade tillverkningsprocesser som vanligtvis innebär en avancerad litografisk nod. Sedan Intel Pentium III-processorn lanserades fortsätter nanometer att vara den aktuella storleken för alla CPU-transistorer.

Nuvarande die-storlekar

För att ge ett konkret exempel kan vi jämföra CPU-transistorer med ett mänskligt hårstrå med hjälp av bilden ovan. Det tjockare stråket i bilden är ett människohår och det mindre stråket är en koltråd på 6 μm. Vi nämnde tidigare att Intels första Pentium-processor använde 0,8 μm transistorer, vilket är mindre än kolfilamentet på 6 μm och anses vara stort enligt dagens standarder för CPU-mikroarkitektur. Den nuvarande mainstreamstandarden som erbjuds av både Intel och AMD är 14 nanometer (nm). Kom ihåg att en nanometer är 1/1000 av storleken på en mikrometer, vilket gör den betydligt mindre än kolfilamentet. Intels 14 nm-mikroarkitektur kallas Kaby Lake och omfattar processorserien ”7th Gen” 7000. Kaby Lake var ursprungligen tänkt att vara en die shrink, men på grund av den växande mängden hinder som kommer med att hantera ständigt minskande storlekar, optimerades Kaby Lake istället på 14 nm-nivå.

Framtiden för CPU-mikroarkitekturer

Trots de strider som Intel och AMD möter för att hålla takten med att fördubbla antalet transistorer vartannat år, fortsätter framstegen att göras, om än i en något långsammare takt än vad som tidigare var möjligt. Intel var känt för att ha skapat ett ”tick-tock”-utgivningsschema för sin CPU-mikroarkitektur. Den ”tickande” delen av schemat var en krympning av die och den ”tickande” delen var en helt ny mikroarkitekturdesign. Intel har nu övergått till ”process-architecture-optimization”-modellen, vilket i huvudsak innebär att en andra optimeringsutgåva införs för att ge mer tid för att ytterligare krympa processordelen.

Tack vare förbättringar i litografitekniken är processorer i 10nm på väg. För att verkligen uppskatta hur liten 10 nm är kan man jämföra den med storleken på en enda proteinkedja. Intels 10nm Cannonlake-mikroarkitektur förväntas släppas under fjärde kvartalet i år, förutsatt att det inte uppstår fler oförutsedda förseningar. Enligt Intel medför Cannonlake en prestandaökning på 15 procent jämfört med den föregående mikroarkitekturen, Kaby Lake. Benchmarksiffror har ännu inte släppts, men det råder knappast någon tvekan om att övergången till 10 nm kommer att vara både ett monumentalt och fördelaktigt steg framåt för CPU-arkitekturen och de konsumenter som väntar så tålmodigt på den.