Идеология проектирования МП

Архитектура современного МП

Развитие современных МП

Развитие МП самым тесным образом связано с развитием полупроводниковой технологии. Каждый новый шаг в технологии дает разработчикам как минимум двукратное увеличение бюджета строительных блоков (транзисторов), составляющих внутреннюю структуру МП. ДЛЯ массовых устройств 0.18 мкм измеряется десятками миллионов транзисторов, а технология 0.13 мкм доводит число транзисторов до сотен миллионов. Однако, основной составляющей роста производительности МП является не архитектура, а технологии, т.е. увеличение тактовой частоты МП по мере уменьшения их размеров.

К 2005 году Intel планировала достичь частот порядка 10 ГГц. Прототипы отдельных блоков уже имеются в лабораториях фирмы. Что касается транзисторов, то фирма Intel демонстрировала устройства, способные переключаться 2.3 триллиона раз в секунду, длина затвора 0.015 мкм. А фирма AMD – 3.3 триллиона раз в секунду, длина затвора – 0.015 мкм. Прогресс в технологии изготовления МП за следующие 15 лет по прогнозам Intel позволит достичь технологии 0.01 мкм – создать МП, содержащие до 2-х миллиардов транзисторов, достичь тактовых частот 30 ГГц, достичь производительности 1 триллион операций в секунду, перейти от 12 к 18 дюймовым пластинам.

Технология МП	Intel P852	Intel P854	Intel P856	Intel P858	Intel P860	AMD, Motorola
Год выпуска
Диаметр пластин (‘’)					8(12)
Литография (мкм)	0.5	0.35	0.25	0.18	0.13	0.13
Длина затвора, мкм	0.5	0.35	0.20	0.13	0.07	0.08
Толщина изолированного слоя, мкм	н/д	н/д	н/д	0.02	0.0015	0.0018
Межсоединения	Al	Al	Al	Al	Cu	Cu
Напряжение питания	3.3	2.5	1.8	1.5	1.3	н/д
Максимальная частота (ГГц)	-	-	-			-

Главная цель при разработке новых МП – это повышение их производительности. Производительность МП определяется формулой. Это произведение тактовой частоты на IPC (количество инструкций в секунду). Однако этот фактор, определяющий производительность не единственный; другим фактором является микроархитектура, которая может быть специально оптимизирована для достижения максимально высоких тактовых частот. Количество операций за такт также определяется микроархитектурой, причем более эффективное использование параллелизма на уровне инструкций достигается за счет специальных оптимизаций. Требования к оптимизации в обоих случаях не совпадают, так что улучшение одного параметра может приводить и к улучшению другого.

Предельные подходы при проектировании МП направлены на получение либо максимальных тактовых частот, даже за счет снижения IPC, либо максимальное количество операций за такт даже ценой снижения частоты, обозначенной как скоростной или «мозговой» подход.

Однако, и в том, и в другом случае имеются свои границы, причем чем ближе к ним, тем больше требуется транзисторов для реализации соответствующей архитектуры. Для современных техпроцессов количество транзисторов теоретически может быть очень большим. Основной вклад в тепловыделение дает сам процесс переключения транзистора за счет перезарядки его емкости.

P = N^.C^.V^2.F

Она пропорциональна: N – количество транзисторов, С - емкость, V – напряжение, F – частота.

Отсюда следует, что для уменьшения тепловыделения, надо уменьшать или отключать транзисторы динамически на время пока не используются.

Дата добавления: 2014-01-06