"Техпроцесс в микрочипах" сейчас у всех на слуху.
О техпроцессе говорят чиновники, бизнесмены, разрабы и даже…простые покупатели, приобретая телефон, компьютер или видеокарту. Нет, даже инстадивам, пропагандирующим успешный успех, крайне важно задвинуть про техпроцесс пару слов.
Интригует? А может, есть желание реально узнать, почему техпроцесс постоянно уменьшается и какие преимущества от этого можно получить? Тогда поехали!
С вами “Цифровое просвещение.” Здесь трем за все, что связано с IT-сферой. И, да, у нас есть печеньки. Так что, велком на темную сторону!
Техпроцесс и немного истории
Итак, любой микрочип - это интегральная схема. А в интегральной схеме ключевыми элементами являются детали с одним, двумя и более p-n-переходами — диоды и транзисторы.
Логический элемент в микрочипе - это каскад, и он требует десятков, а то и сотен полупроводниковых ячеек. Проц на вашем ПК, ноуте или смартфоне содержит огромное количество таких вот каскадов, узлов и в каждом из них транзисторы.
Первый микропроцессор от Intel образца 1971 года уже содержал в своей конструкции 2250 транзисторов. А в 1978 году их число достигло 29 000, и это при том, что функционал таких изделий был очень и очень ограничен.
А теперь перенесемся к концу 2000 года, когда УП Pentium 4 содержал уже 42 млн транзисторов. Чувствуете разницу? Но это был лишь одноядерный 32-битник. Актуальные процы содержат уже десятки ядер и построены по 64-битной архитектуре.
Для примера, в процессоре телефона Apple A14 Bionic находится 11,8 млрд транзисторов, а в AMD Epyc Rome — 39,54 млрд. И это не предел. Площадь кристаллика последнего из ЦП составляет 717 мм², а его предтеча от Intel образца 1971 года имел размер 12 мм².
Какой вывод? Площадь кристалла увеличилась в 60 раз. Плотность транзисторов выросла в 17,57 миллионов раз. И самый главный вопрос - За счет чего их так уплотнили?
Ответ - уменьшением размера самого транзистора, конечно! Пссс! Это и есть он, ТЕХПРОЦЕСС. Пауза. Выдохнули. Он выражает условный размер в нанометрах, который приходится на 1 условный транзистор из всех, которые есть в кристалле чипа.
Что дает техпроцесс
Полупроводниковые элементы могут иметь разные размеры: одни более габаритные и имеют большую мощность или большее количество p-n-переходов, другие наоборот. И логика такова - производители стараются впихнуть большое число транзисторов в меньшие габариты кристалла. Поэтому говорят, что применяется техпроцесс меньшего порядка.
В чем преимущество оптимизации техпроцесса:
- проще выполняется принцип суперпозиции;
- снижается энергопотребление;
- уменьшается тепловыделение;
- снижается емкость p-n-переходов, за счет чего повышаются скоростные характеристики.
С более компактными габаритами кристалла легче установить большее число компонентов. Итог - меньший расход сырья.
А что впереди? А впереди нас ждет борьба за миниатюризацию техпроцесса. Уже сейчас лаборатории лидера отрасли - тайваньской TSMC выпускает техпроцесс 6 и 5 нм, которые используются в смартфонах.
В настоящее время спросом пользуются ЦП по технологиям 45 — 40 нм, а также 32 — 28 нм, анонсированные в производство в 2006 — 2010 годах.
“Ходовыми” по состоянию на осень 2022 года считаются техпроцессы:
- 22 — 20 нм;
- 16 — 14 нм;
- 10 нм;
- 7 нм.
Но и это не предел, Самсунг не так давно продемонстрировал образцы чипов с техпроцессом 3, 2 и даже 1,4 нм. Так что задача дальнейшего уменьшения - это вопрос дополнительных затрат и сложности, которые делают производство нерентабельным, а чипы недолговечными. Но…выход рано или поздно будет найден!
Всем высоких скоростей и удачи!
Другие наши статьи про чипы:
Чипы Flexicore, пластик против кремния
Число заявок на разработку чипов в РФ увеличилось на 40 %. Ура?
Импортозамещение. Хотели как лучше...