Повышение быстродействия элементной базы
Допустимая частота зависит от энергии переключения транзистора, а энергия - от размеров транзистора. Физическим порогом считается размер шага - 0,05 мкм, что соответствует десяткам и сотням Ггц, но данную технологию можно достичь через десятки лет. Из-за высоко стоимости оборудования переход от диапазона к диапазону совершается медленно. При этом для каждого диапазона существует предельная частота элементно базы.
Нанотехнология — это область прикладной науки и техники, имеющая дело с объектами размером менее 50-100 нанометров (1 нанометр равен 10~9 метра). Нанотехнология качественно отличается от традиционных инженерных дисциплин, поскольку на таких масштабах привычные, макроскопические, технологии обращения с материей часто неприменимы, а микроскопические явления, пренебрежительно слабые на привычных масштабах, становятся намного значительнее: свойства и взаимодействия отдельных атомов и молекул, квантовые эффекты. В практическом аспекте это технологии производства устройств и их компонентов, необходимых для создания,
| год* | 2012** | 2013** | |||||||||
| Технология (мкм) | 0,35 | 0,25 | 0,18 | 0,13 | 0,09 | 0,065 | 0,045 | 0,045 | 0,032 | 0,022/0,02 4 | 0,01 |
| Длина канала (им) | - | 7-8 | |||||||||
| Макс. тактовая частота процессора (МГц /Модель) | 450/ Pentium Pro | 1000/ Pentium III | 2000/ Pentium 4- 2,0 | 3400/ Pentium 4 -3,4 | 3800/ Pentium 4 - 571 | 3800/ Pentium 4-673 | 3160*/ Penryn Quad-Core Xeon DP X5460 | (план до 3300) Nehalem | <2500 Прогноз | <2200 Прогноз | <2000 Прогноз |
| Время переключения т (псек, 10"12) | 5,5 не | 5-7 | 3-5 | 1-3 | |||||||
| Макс. частота генерируемой помехи 1МаксГГЦ | 0,2 | >90 | >90 | >130 | >200 | >500 | |||||
| Число контактов | AMD | 1366/ 1156 | >1400 | >1400 |
обработки и манипуляции частицами, размеры которых находятся в пределах от 1 до 100 нанометров.
Тенденции развития процессоров
Каждый шаг в освоении тонких технологических процессов означает снижение линейных размеров транзистора примерно в 1,4 раза и его площади примерно в 2 раза.
Самые характерные точки в истории освоения новых технологических процессов приведены в таблице, представленно выше по тексту. Каждый шаг внедрения в производство новых процессоров связан с внедрением новых технологий, оборудования и их отладки. Предположительно развитее новых технологий производства процессоров может быть отражено следующе таблицей.
| ГОД* | 200 9 | 201 1 | >201 | >201 4 | >2017 | |
| Конструктив | ||||||
| Стандар т | Друго й | |||||
| Технология нм | ||||||
| Длина канала нм | 8-9 | 8-9 | ||||
| Время переключения т (и сек) | 6-7 | 5-6 | 3-5 | 2-3 | 2-3 | |
| Число контактов | 136 6 | 150 0 | - | |||
| Число транзисторов до млн. | 110 0 | До 8000 | ||||
| Макс.частота помехи, 1максГГЦ | >90 | >13 0 | >150 | >200 | >250 | >250 |
Основными факторами развития микропроцессорно базы являются:
1. Уменьшение (укорачивание) длина канала транзисторов (переход на более тонки технологии), составляющих дискретные структуры процессора, что в свою очередь увеличивает их быстродействие.
Известны зависимости, связывающие длину канала МОП транзистора (размер технологического процесса) и его быстродействие.
Тактовая частота процессора однозначно зависила от времени переключения транзисторов, пока не была достигнута технолгия 90 нм тех. процесса (растет быстродействие транзистора - растет и тактовая частота ядра процессора). Однако в существующих технологиях изготовления системных (материнских) плат применять для внешних шин времена переключения равные временам переключения транзисторов ядра нельзя. С ростом быстродействия, повышаются требования к точности времени прихода (синхронности) сигналов по параллельным шинам передачи информации и синхронизации. В настоящее время увеличение быстродействия транзисторов уже не так как раньше влияет на увеличение тактово частоты ядра.
2. Снижение площади транзистора, что должно сопровождаться уменьшением его
внутренней емкости. Однако применение high-k диэлектрика для изоляции затвора
транзисторов выполненных по 45 нм тех. процессу, снижает емкость затвора
незначительно и сохраняет емкость затвора на уровне близком к 65 нм тех. процессу.
Данный факт не позволяет снизить удельную (на 1 ключ) потребляемую мощность не
смотря на снижение размера.
Мощность тепловыделения TDP (максимальное теоретическое тепловыделение процессора) приближается к предельно величине (до 130-140 Вт). Тепловыделения более 100 Вт требуют особого подхода к проблеме охлаждения процессора и системного блока. Малейшая неточность в этом вопросе, приводит к возникновению температурных градиентов на чипе, что не способствует его долговечности. При приближении TDP к 150 Вт грозит местными перегревами на кристалле, снижением его помехоустойчивости, чувствительности к внешним охлаждающим устройствам и соответственно, обще надежности. TDP ограничивает число транзисторов на кристалле и тактовую частоту процессора.
3. Отсутствие прироста тактово частоты (более ЗГГц) при уменьшении площади
кристалла процессора.
Мощность, потребляемая процессором (P, Вт) определяемая потерями в структурах процессора пропорциональна частоте переключения fn транзисторов и квадрату питающего напряжения Е2:
 |  |
|
Рис. 2 (данные http://ru.wkibooks.org/wki/ поисковое слово Процессор)
Рис. 1 (мои данные).
На рис. 1 и 2 даны графики зависимости тактовой частоты процессора. Они не синхронизированы по горизонтальной оси,
поскольку рис. 2 использован из другого источника. А рис. 1 показывает только характерную область. Но свою задачу
Дата добавления: 2015-08-21; просмотров: 976;