Чипы и процессоры будущего. Разбор

Как вы думаете возможно ли только благодаря процессору увеличить время жизни смартфона до одной недели? А вот IBM и Samsung говорят, что это уже ближайшее будущее! Как? Сейчас все объясним!

А еще они рассказали, как будет при этом соблюдаться закон Мура! Вы ведь его помните? То самое эмпирическое наблюдение, которое говорит, что каждые полтора-два года количество транзисторов будет увеличиваться в 2 раза! И вы наверняка слышали о том, что он больше не работает! Ну или пока что работает, но вот уже чуть чуть и все — перестанет.

В комментариях всегда находятся люди, которые пишут о том, что закон Мура — это тупик и дальше уже невозможно ничего уменьшить. Сегодня мы расскажем вам о том почему это не так, и почему минимум лет 6-8 закон Мура еще будет соблюдаться.

Посмотрим на то, какие новые технологии позволяют продолжать размещать все больше и больше транзисторов на кристалле и вообще посмотрим в наше будущее! В общем, как вы любите, устраивайтесь поудобнее, намешивайте оливье, отрезайте шубу.

Какие были процессоры?

Planar FET

На нашем канале мы много рассказывали о транзисторах и о том, как они создаются. Но мы почти ничего не говорили о форме самих транзисторов, а она очень важна!

С самого изобретения полевых транзисторов до примерно 2012 года активно использовались так называемые планарные полевые транзисторы! Именно на примере таких транзисторов обычно и показывают то, как вообще работают эти элементы. Но технологии не стояли на месте и требования росли. Что нужно было человечеству?

Все как обычно:  большие вычислительные мощности и малое энергопотребление! А на эти два фактора напрямую влияет размер транзистора.

Чем меньше транзистор, тем больше их можно запихнуть на единицу площади. Вот тут надо сделать особый акцент — именно что на единицу площади. И чуть позже вы поймете почему!

Энергопотребление тоже уменьшается при уменьшении размера. Это происходит потому, что при уменьшении размера на каждый затвор транзистора можно подавать меньше напряжение, чтобы его контролировать. И вот в какой-то момент стало ясно что обычные планарные транзисторы уперлись в тупик. Дальше было уже невозможно уменьшать размер транзистора при сохранении точного контроля за его закрытием и открытием.

FinFET

Тогда примерно в 2012 в игру вступили так называемые FinFET транзисторы или Fin field effect transistor. По сути, все тоже самое, но главное что изменилась архитектура. Это позволило улучшить контроль за электрическим полем затвора, ведь сам затвор теперь как бы обнимал канал с трех сторон.

Кстати, интересный факт — первое поколение FinFET транзисторов было сделано японскими учеными еще в 1989 году! Это к извечному вопросу о том, сколько времени иногда проходит от открытия до практической реализации! Но FinFET технология очень крепко зацепилась и актуальна уже почти 10 лет. Все процессоры, как мобильные, так и десктопные, сейчас — это именно FinFET транзисторы.

Итак, получили лучше контроль и стали дальше уменьшать. И вот уже имеем техпроцесс в 4 нанометра в новом Snapdragon 8 Gen 1. Активно обсуждают уже 3нм в 2022 году! Ну и огромную роль тут конечно сыграла экстримальная УФ-литографии и установка ASML! И да пока что закон Мура прекрасно соблюдается! Во всяких М1 десятки миллиардов транзисторов. И все это благодаря FinFET технологии!

Но, к сожалению, как и с планарными транзисторами, мы уже довольно близки к физическим ограничениям, которые не позволят дальше их уменьшать. Их просто будет невозможно разместить больше на единицу площади. И вот тут-то мы и переходим к будущему!

GAAFET и MBCFET

А именно к архитектуре GAAFET или Gate all around FET транзисторам. И в названии заключена основная суть. Затвор обнимает весь канал с 4-ех сторон. Это дает еще больше контроля. А значит все тоже самое — уменьшение размеров и энергопотребления!

Это технология, неожиданно, была представлена еще раньше чем FinFET. В 1988 году! Но сложности в производстве и разработке убрали её в долгий ящик. Проблема в дефектах, которые возникали на границах затвора и каналов, и отсутствие достаточной точности производства. Но все это было опять же до массового прихода EUV.

Проблему так или иначе решил Samsung со своими MBCFET. Суть технологии такая же, только вместо квадратных в сечении нанопроводов начали использовать нанослои.

MBCFET- Multi bridge channel FET.

Нанослои — это такие каналы транзистора которые в сечении становятся прямоугольником! Они дают лучший контроль геометрии и меньше дефектов.

И вот буквально недавно Samsung анонсировал 3нм процессоры на этой технологии, а IBM уже показал чип на 2нм техпроцессе. Тогда же сказали о том, что на чипе размером с ноготь поместилось 50 миллиардов транзисторов! Почти в 5 раз больше, чем в М1 на 5 нм. И судя по всему выпуск первых чипов на этих технологиях уже совсем не за горами!

Очень правда интересно, что там будет с перегревом и троттлингом конечно. Но самое интересное тут другое! При переходе на нанослои появляется возможность использовать не только площадь, но и объем!

Этот факт вообще самый важный. Он позволяет, в теории, в разы увеличить плотность транзисторов в процессоре. Ведь можно расположить несколько транзисторов вертикально!

Именно таким образом IBM и разместила так много транзисторов на маленькой площади! Нет сомнений, что первые процессоры такого типа мы с вами увидим если не 2022, то уж точно в 2023 году!

Кстати, хотите мы расскажем вам о том какие транзисторы могут быть если не использовать кремний? Ученые интенсивно ищут что-то! И там даже уже есть крутые наработки например с углеродными нанотрубками.

VTFET

Но и это еще не все. Настало время посмотреть в чуть более далекое будущее.

Переход в третье измерение это очень важный шаг! Буквально пару недель назад IBM совместно с Samsung анонсировали транзисторы абсолютно нового поколения.

Все типы транзисторов, которые были до этого, так или иначе были плоскими, даже если мы говорим о многослойных структурах.

А эти ребята подумали о том, что будет если попробовать расположить сам транзистор вертикально! Так и получился VTFET или Vertical Transport Field Effect Transistors. Расположенные вертикально они просто занимают меньше места! Это позволяет по расчетам, там где было 50 млрд транзисторов, увеличить плотность еще в 2 раза! При сохранении энергопотребления и улучшения теплопередачи! И вообще то, что они анонсировали немного выносит мозг!

Такая конструкция в теории приводит к меньшим потерям энергии. По их оценкам, VTFET приведет к созданию процессоров, которые будут либо более чем в два раза мощнее, либо потреблять на 85% меньше энергии! А еще такой тип транзисторов улучшит теплообмен и уменьшит потери тока!

Тут же стоит сказать, что это еще только разработка. Конечно в процессе придется решить просто гору проблем, при создании реальных потребительских товаров! Но очень уж нравится направление движения. Только подумайте о том, что все устройства интернета вещей почти не будут потреблять энергии благодаря таким оптимизациям!

Intel

А тут вы спросите, а что же Intel? Похоже что компания взялась за ум и сдаваться совсем без боя не планирует!

Они совсем недавно выкатили дорожную карту, где анонсировали чипы на техпроцессе Intel 4, Intel 3 и Intel 20A. Хотя с неймингом у них все еще большие проблемы! Это техпроцессы 4 и 3 нм, а 20А — имеется в виду 20 Ангстрем, то есть 2нм. И самое интересное что выпуск планируют начать уже через 2 года! В 2024 году Intel выпустит свои 2 нанометровые чипы!

Хотя сами Intel это называют уже переходом в эру Ангстрем! Так что возможно все техпроцессы скоро станут называться именно по количеству ангстрем, а не нанометров. При этом планируется примерно 50% увеличение в соотношение мощность на ватт!

Выводы

Уже видно, что EUV-литография всего за пару лет действительно открыла новые потрясающие возможности. Но пока что мы не знаем какая технология точно выстрелит и подарит нам по-настоящему процессоры нового поколения, но за этой гонкой очень интересно наблюдать. Вот что делает конкуренция на свободном рынке! Куча новых технологий, куча новых подходов!

А кризис чипов только подталкивает всех игроков заниматься разработкой новых технологий быстрее! Нам же как пользователям остается только сидеть и наслаждаться шоу! Ну и новыми потрясающими продуктами.

Post Views: 153