fbpx
5.1 C
София

Как ще изглеждат процесорите след 2025 година

Оригиналът е на kot_review

Най-четени

Даниел Десподов
Даниел Десподовhttps://www.kaldata.com/
Ежедневен автор на новини. Увличам се от съвременни технологии, оръжие, информационна безопасност, спорт, наука и концепцията Internet of Things.

Колкото и да се опитваха да погребват закона на Мур, той продължава безотказно да работи. Дори сега, на фона на глобалният дефицит за чипове.

Плановете на Intel, AMD, Apple и производителите на ARM чипове от следващо поколение подсказват, че вече сме на прага на нова технологична революция. Тези планове включват транзистори с кръгов гейт, 2 nm технологичен процес, триизмерен дизайн на чипопвете, квантови технологии и още много други. Нека да се спрем по-подробно.

Транзисторите с кръгов гейт

 

По време на индустриалната конференция IEDM 2021 компанията Intel съобщи плановете си за следващите пет години. Процесорният гигант възнамерява да направи фундаментални технологични пробиви в следващите области:

  1. Пакетиране на чипове с 10-кратно повишаване плътността на връзките
  2. Увеличение плътността на CMOS транзисторите в чиповете с от 30 до 50%
  3. Първите в света импулсни транзистори, базирани на галиев нитрид (GaN)
  4. Нови концепции във физиката, които могат да извършат революция в изчислителната техника

 

Горният демонстрационен слайд показва, че в съвременните технологични процеси се използват полеви транзистори с вертикален гейт (FinFET). Но сега вече е започнал преходът от технологията EMIB (2.5 D) за вътрешния дизайн на чиповете към новата Direct HBI (3D). Технологията за триизмерно оформление на чиповете Foveros Direct дава възможност за значително намаляване на стъпката на контактните площадки до 10 микрона, като по този начин силно се увеличава плътността на междинните съединения.

Следващото намаляване на технологичните норми и размера на компонентите при използването на 2 nm технологичен процес предвижда започване използването на транзистори с кръгов гейт – GAAFET (Gate All Around).

В същата област работят и другите разработчици на микроелектроника. Наскоро компанията Samsung също анонсира свои собствени GAAFET транзистори, които дадоха възможност и на южнокорейския технологичен гигант да започне прехода към 2 нанометров технологичен процес.

Своите нови транзистори с кръгово гейт Samsung обозначава с абревиатурата MBCFET (multi-bridge channel FET). Тяхното първо поколение ще се произвежда чрез 3 нанометров технологичен процес.

 

TSMC от своя страна заяви, че ще премине към 2 nm технологичен процес, като това ще стане едновременно със Samsung и Intel.

И накрая IBM и Samsung наскоро съобщиха за свое съвместно „революционно постижение“ и за плановете си да преодолеят бариерата от 1 nm технологичен процес.

Пробивът на IBM и Samsung

По време на своята голяма презентация IBM представи друга разновидност на GAAFET полевите транзистори, която бе наречена VTFET (Vertical Transport Field Effect Transistors). Разликите не са много: на практика това са същите полеви транзистори с кръгов гейт, които цялата полупроводникова индустрия призна, че ще бъдат бъдещето на чиповете от ново поколение.

Схематично изобразяване на VTFET транзистор
 

В този случай IBM предлага уникална иновация. Повечето GAAFET са разположени хоризонтално и изискват голям брой технологични стъпки. За формирането на целия периметър на самите гейтове са необходими около 100 допълнителни стъпки. Въпреки впечатляващите технически характеристики, разходи са твърде големи.

VTFET
 

VTFET транзисторите са много по-подходящи за съвременните технологии на производство, понеже при тях всичко е някак си обърнато на обратно. Това е същият добре познат GAA транзистор, но обърнат настрани, което избавя производителите от трудностите на анизотропното ецване. По този начин формирането на плоското кръгче става съвсем лесно с помощта на сега съществуващите технологии за производство на чипове.

Ако съберем на едно място всичко изброено дотук, то ще получим една обща таблица за максималната плътност на транзисторите според различните технологични процеси на четирите най-големи производители, включително и наскоро представените чипове на IBM, произведени чрез 2 нанометров технологичен процес.

Максимална плътност на транзисторите (милиони транзистори на мм2)
  IBM TSMC Intel Samsung
22 nm     16,50  
16/14 nm   28,88 44,67 33,32
10 nm   52,51 100,76 51,82
7 nm   91,20 100,76 95,08
5/4 nm   171,30 ~200 126,89
3 nm   292,21    
2 nm / 20A 333,33      

Ето как AMD уплаши Intel

Интересни неща започнаха да се случват в разработването на нови процесорни архитектури. Компанията AMD благодарение на своята революционна процесорна архитектура Zen имаше няколко рекордно добри години. През 2021 година при десктоп компютрите тя дори успя да изпревари Intel, което се случва за първи път от 2006 година насам.

AMD се превърна в реалния технологичен лидер в тази област, който наистина предлага по-добри чипове по всички параметри: производителност, енергийна ефективност и цена.

През втората половина на миналата година Intel се опита да оправи ситуацията чрез представянето на 12-то поколение процесори Adler Lake, произвеждани чрез технологичния процес Intel 7 (предишния 10ESF), които предлагат поддръжката на DDR5 оперативна памет и предложи много големи отстъпки за своите процесори от предишни поколения.

Очаква ни изключително интересна 2022 година. Напълно е възможно е AMD да успее представи своите нови процесори с архитектура Zen 4, които ще са с новия AM5 сокет и ще се произвеждат чрез TSMC N5 технологичния процес. Тези чипове ще поддържат DDR5 оперативната памет и стандарта PCIe Gen5. Според предварителните оценки те ще бъдат от 25 до 40% по-бързи от сегашното поколение процесори на AMD при една и съща тактова честота.

По време на голямото изложение CES 2022 AMD представи технологията 3D V-Cache и своите нови процесори, които са директен отговор на Alder Lake.

В същото време Intel допълва своите процесори от 12 поколение и представи чип с честота 5,2 GHz за всичките ядра.

ARM настъпва

Процесорите с ARM архитектура традиционно доминираха на пазара за смартфони, но сега вече започнаха да се използват както в десктоп компютрите, така и в сървърите.

Сред тези чипове изключително ярко се открояват SoC Apple M1 Pro и M1 Max.

На масовия пазар започнаха да излизат и другия производители, включително Qualcomm, която наскоро представи десктоп процесора Snapdragon 8cx Gen 3, произвеждан чрез 5 нанометров технологичен процес. Според броя изчисления на ват при някои алгоритми този чип демонстрира с 60% по-висока ефективност от х86 процесорите, което съвсем ясно се вижда в тестовете на Geekbench 5.

Що се отнася до сървърите, буквално всички облачни компании разработват собствени ARM процесори. Това са 128 ядреният Yitian 710 от Alibaba, 64-ядреният AWS Graviton3, 80-ядреният Ampere Altra и и други.

 

Стигна се дотам, че Intel бе била принудена в своя сайт да публикува антиреклама на процесорите Graviton2, в която изброява техните недостатъци.

Към днешен ден изчисленията с ARM сървъри често пъти излизат по-евтино, отколкото с използването на x86 процесори. Може да се предположи, че през следващите години тенденцията за преход към ARM ще продължи, особено при сървърите.

Оперативната памет

Изключително активни изследвания се правят в областта на DRAM паметите. Така например Intel вече тества новият тип памет FeRAM с латентност при четене и запис едва 2 наносекунди. Вече излязоха няколко снимки, които показват, че първите експериментални образци на новата памет са вече готови.

FeRAM
 

FeRAM (Ferroelectric RAM) работи със съвсем друга физика но в сравнение със сега съществуващите чипове оперативна памет. Казано съвсем накратко, принципът на работа на FeRAM се базира на хистерезисния ефект във фероелектриците: в електрическото поле съответната клетка на паметта променя своята поляризация, преминавайки към друг участък от хистерезисната верига.

Квантовата електроника

По време на технологичната конференция IEDM 2021 бе представена първата в света експериментална реализация на магнитоелектрическо спин-орбитално логическо устройство (MESO), работещо при стайна температура. Експериментите в този област се очаква да доведат до създаването на съвсем нов тип транзистор, в който се използват превключващите свойства на нанометровите магнити.

MESO
 

Вече започна да се появява електроника, в която се използват законите на квантовата физика.

За какво е необходима толкова голяма производителност?

Допълнителната изчислителна мощност е необходима както за персоналните компютри, така и за смартфоните. Тя е нужна не само за изглаждане на ефектите от небрежно написания сорс-код, но и за реално наистина сложни изчислителни алгоритми и задачи.

Така например, сега се разработват лингвистични системи от ново поколение на базата на големи езикови модели (LLM), каквито са например LaMDA (Language Model for Dialogue Applications), BERT и GPT-3. Редица учени ги считат за пробив в създаването на силен изкуствен интелект.

Мощните CPU от ново поколение, както и иновациите в създаването на многослойни процесори и DDR5 памети дават надежда, че в съвсем близко бъдеще по-опростени модели на LaMDA ще могат да се използват в обикновения домашен персонален компютър и в смартфона.

Новите заводи и краят на дефицита

Според направените в началото на тази година прогнози, търсенето на електронни устройства ще расте експоненциално. Към 2025 година се очаква пазарът да нарасне с $0,5 милиарда до $2 милиарда.

Тази година редица производители ще инвестират в строителство на нови фабрики и ново оборудване. Известно е, че инвестициите на Intel ще бъдат около $19 милиарда, а TSMC, Samsung Foundry и GlobalFoundries ще построят нови заводи. TSMC се подготвя за преход към N3 технологичния процес, името на който подсказва, че това е 3 нанометров технологичен процес. След това ще бъде извършена миграция към N2, но това вече ще изисква ново оборудване и нови фабрики.

Към края на тази година инвестициите в производството на DRAM се очаква да достигнат $24 милиарда, а в производството на NAND памети – $27,9 милиарда.

Още тази година се очаква силно да нарасне производството на микропроцесори,  памети, на цифрови и аналогови чипове. Важно е в търсенето на печалби да не се получи престараване и да не се изградят излишни производствени мощности, които няма да възвърнат направените инвестиции.

2025 година

Очаква се към 2025 година всички водещи производители на полупроводникови продукти да започнат масовото производство на 2 nm чипове с транзистори с кръгов гейт. Това означава значително повишаване на броя транзистори на една и съща площ на кристала. Процесорите от ново поколение ще бъдат значително по-мощни от сега съществуващите, като едновременно с това те ще консумират много по-малко електрическа енергия. Десетките нови заводи и фабрики ще помогнат за удовлетворяването на непрекъснато растящото търсене.

А ако търсенето на нови чипове се окаже по-ниско от прогнозите е напълно възможно да възникне криза на свръхпроизводството с катастрофален срив в цените на полупроводниковите компоненти, но това не е нещо ново и досега се е случвало много пъти.


Коментирайте статията в нашите Форуми. За да научите първи най-важното, харесайте страницата ни във Facebook, и ни последвайте в Telegram и Viber или изтеглете приложението на Kaldata.com за Android, iOS и Huawei!

Абонирай се
Извести ме за
guest

8 Коментара
стари
нови оценка
Отзиви
Всички коментари

Нови ревюта

Подобни новини