Video: Understanding The FinFet Semiconductor Process (November 2024)
Medtem ko prodajalci čipov praviloma ne uvajajo novih čipov na letni Mednarodni konferenci o trdnih tokokrogih (ISSCC), pogosto navajajo več podrobnosti o že objavljenem notranjem delovanju izdelkov. Tu je nekaj stvari, ki so se mi zdele zanimive v tokratni oddaji.
Intelova strežniška arhitektura Ivytown
Intel je razpravljal o najnovejši različici svoje procesorske družine Xeon E7, čipu z do 15 jedri in 30 niti, znan kot Ivytown. Temelji na arhitekturi Ivy Bridge EP, ki se uporablja v Xeon E5 2600 V2. Procesor je zasnovan z Intelovo 22nm procesno tehnologijo s tranzistorji Tri-Gate (plavuti so visoki 34 nm in široki 8 nm) in bo nadomestil sedanji Westmere EX, ki temelji na Xeon E7. Za primerjavo: trenutni Xeon E7, ki je proizveden na 32 nm ravninskem procesorju HKMG, ima 10 jeder in 20 niti in ima 30 MB predpomnilnika L3 v primerjavi s 37, 5 MB v različici Ivytown.
Ena bolj zanimivih lastnosti te nove družine procesorjev je njegova modularna arhitektura. Tloris je sestavljen iz treh stolpcev s petimi jedri, vsak ima svojo rezino predpomnilnika L3, vdelano obročno ploščo in namenski IO na vrhu in na dnu stolpcev (povezave QPI na vrhu in pomnilniški krmilnik na dnu). Intel načrtuje ustvarjanje 10-jedrne različice z odstranitvijo desnega stolpca; in ustvarite 6-jedrsko različico z nadaljnjo odstranitvijo dveh vrstic.
15-jedrna različica ima 4, 31 milijarde tranzistorjev - za katere Intel pravi, da so najbolj za vsakega mikroprocesorja - in meri 541 kvadratnih milimetrov. 10-jedrna različica ima 2, 89 milijarde tranzistorjev in meri 341 kvadratnih milimetrov. 6-jedrna varianta ima 1, 86 milijarde tranzistorjev in meri 257 kvadratnih milimetrov. Delovne frekvence se gibljejo med 1, 4GHz in 3, 8GHz, TDP pa od 40W do 150W.
Drugi zanimiv vidik Ivytown je njegova spominska arhitektura. Isti matrični podpora podpira standardni štirikanalni pomnilnik DDR3, ki deluje s hitrostjo do 1867MT / s, in nov štirikanalni napetostni način enoprostora (VMSE) v pomnilniški podaljšek pomnilnika, ki deluje pri 2667 MT / s. Skupaj lahko podpira do 12 TB pomnilnika na 8-vtičničnem strežniku - kar je trikrat večja pomnilna zmogljivost Westmere EX. 15-jedrna različica bo na voljo v dveh različnih paketih: tisti, ki je združljiv z obstoječo Romleyjevo platformo (Socket-R) za lažje nadgradnje in drugi, ki omogoča novo platformo z uporabo pomnilniških blažilnikov.
Več podrobnosti o Haswellu
Intel je dal tudi številne podrobnosti o arhitekturi Haswell, ki se uporablja v trenutni družini Core. Tu se uporabljajo tudi 22nm tri-Gate tranzistorji. Intel je dejal, da Haswell vključuje več novih tehnologij, vključno s popolnoma integriranim napetostnim regulatorjem ali FIVR (konsolidacijo platforme od petih napetostnih regulatorjev do enega), vgrajenim predpomnilnikom DRAM za boljše grafične zmogljivosti, nižjo močjo, optimiziranimi navodili za IO, AVX2 in širša cela enota SIMD.
Obstajajo tri osnovne različice Haswella: Prvič, obstaja štirijedrnik, ki komunicira z ločenim PCH (Platform Controller Hub) s hitrejšo grafiko (dve do štiri jedra). Drugič, obstaja platforma ultrabook, ki združuje dvojedrni Haswell in PCH v enem samem paketu z več čipi. Procesor podpira stanja z manjšo močjo, PCH je spremenjen za manjšo porabo in oba komunicirata prek vodila z nizko porabo, kar vse zmanjša moč pripravljenosti za 95 odstotkov. Končno je na voljo različica z grafiko Iris Pro in 128 MB pomnilnika eDRAM v istem paketu. Paketi z več čipi uporabljajo IO v paketu, ki zagotavlja visoko pasovno širino pri nizki moči med CPU in PCH ter eDRAM.
Glede na število jeder CPU in grafike (GT2 ali GT3) ima Haswell od 960 milijonov do 1, 7 milijarde tranzistorjev, matrica pa meri od 130 do 260 kvadratnih milimetrov. Zasnovan je za delovanje pri 0, 7 do 1, 1 voltov s širokim frekvenčnim razponom od 1, 1 do 3, 8 GHz.
128 GB eDRAM matrica meri 77 kvadratnih milimetrov in zagotavlja največjo pasovno širino 102 GBps. Intel je dejal, da v primerjavi z istim sistemom brez eDRAM-a dodatni predpomnilnik prinese povečanje učinkovitosti do 75 odstotkov, čeprav se celotna zmogljivost poveča za 30 do 40 odstotkov.
AMD-ov Steamroller napaja Kaveri
AMD, ki ponavadi daje več grafike na tako imenovane svoje pospešene procesne enote (APU ali procesorje, ki združujejo CPU in grafiko), se je osredotočil na svoje novo jedro CPU, imenovano Steamroller, ki se uporablja v novi seriji procesorjev Kaveri. Jedro Steamroller, proizvedeno v 28 nm masivnem postopku CMOS, ima 236 milijonov tranzistorjev na površini 29, 47 kvadratnih milimetrov. To vključuje dve celi jedri, dve enoti za dekodiranje navodil in več skupnih elementov, vključno z nalaganjem navodil, enoto s plavajočo vejico in 2 MB predpomnilnika L2. AMD običajno uporablja enega od teh modulov Steamroller v svojih "dvojedrnih" čipih (ki odražata 2 cela jedra); in dva v svojih "štirijedrnih" čipih.
V primerjavi s prejšnjo jedro Piledriver, ki je bila izdelana v 32nm SOI postopku, Steamroller doda drugo enoto za dekodiranje navodil, večji 96KB skupni predpomnilnik navodil in druge izboljšave. AMD je dejal, da je to vodilo do 14, 5 odstotka več navodil na cikel, kar pomeni 9 odstotkov boljšo zmogljivost v aplikacijah z enim navojem in 18 odstotkov boljšo zmogljivost v aplikacijah z dvojnim navojem. Prav tako lahko deluje pri 500MHz večji frekvenci z isto močjo ali doseže približno enake zmogljivosti z 38-odstotno zmanjšanje moči. Jedro Steamroller je zasnovano tako, da deluje v območju od 0, 7 do 1, 45 volta.
Mobilni procesorji MediaTek, Renesas in Qualcomm
Številna podjetja so se predstavila na svojih ARM-jevih procesorjih.
MediaTek je govoril o svojem 28nm heterogenem večjedrnem procesorju (HMP) s štirijedrnim procesorjem in dvojnim GPU-jem. Čip MediaTek ima dve jedri Cortex A15, ki delujeta na 1, 8 GHz, in dve Cortex A7 jedri, ki delujeta na 1, 4 GHz, v kombinaciji z dvojedrnim procesorjem Imagination G6200 s 400 MHz. Prav tako ima video kodek polne HD strojne opreme in 13-milijonski slikovni slikovni procesor.
MediaTek je govoril tudi o tehnologiji PTP (Performance, Thermal in Power), ki spremlja čip in nadzoruje moč. V tem primeru je družba dejala, da PTP omogoča povečanje hitrosti ure za 23 odstotkov ali do 41-odstotne prihranke energije.
Ta čip uporablja pravo ARM obdelavo HMP, kar pomeni, da se lahko izvaja kombinacija velikih in majhnih jeder od enega do štirih, odvisno od delovne obremenitve. MediaTek je dejal, da lahko z uporabo pravega HMP čip doseže 33-51 odstotkov boljšo zmogljivost pri težjih delovnih obremenitvah ali 2-5x boljšo energijsko učinkovitost pri lahkih delovnih obremenitvah, prilagodljivo termično upravljanje pa prinese še 10-odstotno povečanje učinkovitosti.
Renesas je predstavil "predlagani" 28 nm HPM osemjedrni heterogeni procesor, zasnovan za mobilne naprave in avtomobilske infozabavne sisteme. Čip uporablja štiri 2GHz Cortex A15 jedra in štiri 1GHz Cortex A7 jedra. Zmogljiv je za upravljanje vseh 8 jeder hkrati za najvišje zmogljivosti, vendar uporablja tudi raznolike arhitekture in tehnike upravljanja moči za optimizacijo zmogljivosti za določene delovne obremenitve ali ovojnice moči.
Qualcomm je opisal svoj digitalni signalni procesor Hexagon, ki ga v svojih mobilnih SoC uporabljajo za različne multimedijske in modemske aplikacije. Trenutna različica je izdelana v 28-mm CMOS postopku v razsutem stanju. Ta zasnova je namenjena visokim navodilom na uro v nasprotju z visokimi delovnimi frekvencami.
Na strani strežnika ARM je Applied Micro spregovoril o 64-bitnem procesorju ARMv8 podjetja prve generacije, ki je bil prvič objavljen na nedavnem vrhu Open Compute. Ta temelji na procesorskem modulu "Potenza" (PMD), ki vključuje dve jedri, ki si delita 256 KB predpomnilnika L2. Potenza je izdelana v 40 nm razsutem stanju CMOS, vsak PMD vsebuje 84 milijonov tranzistorjev in uporablja 14, 8 kvadratnih milimetrov matrične površine. Lahko deluje pri 3GHz pri 0, 9 voltov, povprečno pa 4, 5 W pri običajnih delovnih obremenitvah. Strežniška platforma X-Gene 3 vključuje štiri PMD (osem jeder), skupni 8MB predpomnilnika L3 in štiri pomnilniške kanale DRAM okoli osrednjega stikala. Vgrajuje tudi 10 GB Ethernet, SATA 2/3, PCIe Gen. 3 in USB 3.0.
Naslednja generacija čipov procesa Tech
Sledilo je tudi nekaj predstavitev naslednje generacije tehnologije procesov čipov, saj se skoraj vsi večji izdelovalci čipov načrtujejo, da se premaknejo na proizvodnjo 3D ali FinFET, na 14 ali 16nm vozlišče (po Intelu, ki že dobavlja 22nm čipe s takšno tehnologijo).
Samsung je spregovoril o svojem 14-nm procesu FinFET, ki prikazuje 128Mb 6T SRAM matriko in testni čip. Samsung je dejal, da so FinFET-ji dobra rešitev za mobilne SoC-e z majhno porabo, saj omogočajo dobro skaliranje, velik tok in majhno puščanje ter imajo dober nadzor nad kratkimi kanali.
To predstavlja tudi nekaj izzivov za SRAM-ove, ker napajalna napetost SRAM-a ni bila obsežna. Zdaj SRAM zavzema 20 do 30 odstotkov površine soC, vendar porabi približno 40-50 odstotkov energije. Samsung je za reševanje teh težav predlagal nekaj novih tehnik za upravljanje SRAM-ov s tranzistorji FinFET pri nižji napajalni napetosti.
TSMC se je lotil podobnih vprašanj in predstavil svoj 16nm 128Mb SRAM čip. TSMC je dejal, da so FinFET postali glavna tehnologija za proizvodnjo nad 20 nm, vendar je velikost kanala in dolžina kanala z FinFET-ji izziv za povečanje običajnih 6T-SRAM in napajalne napetosti. TSMC je za rešitev teh težav predlagal dve tehniki pomoči pri pisanju.
To so dokaj tehnična vprašanja, vendar je reševanje vprašanj ključnega pomena, če želimo v prihodnosti dobiti čipe, učinkovitejše čipe.
