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 f_n 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: 2014-01-06