Apa itu simpul proses?

Jika Anda pernah melihat lembar spesifikasi atau iklan untuk CPU, GPU, atau bahkan perangkat yang dibuat sepenuhnya seperti a laptop atau desktop, Anda mungkin pernah melihat hype tentang bagaimana ia menggunakan proses, node, atau proses 7nm atau 5nm, atau bahkan 4nm simpul. Namun seperti banyak spesifikasi teknologi lainnya, simpul prosesnya jauh lebih rumit daripada angka sederhana, jarang dijelaskan oleh pemasaran, dan bukan sesuatu yang sebenarnya perlu terlalu Anda pedulikan. Inilah semua yang perlu Anda ketahui tentang node proses, apa sebenarnya artinya bagi chip komputer.

Node proses: alasan utama mengapa prosesor menjadi lebih cepat setiap tahunnya tanpa kegagalan

Node proses berkaitan dengan pembuatan chip, juga disebut fabrikasi atau "fabbing", yang dilakukan di fasilitas yang dikenal sebagai pabrik atau pengecoran. Meskipun hampir semua chip dibuat menggunakan silikon, ada beberapa proses manufaktur berbeda yang dapat diterapkan oleh pabrik pengecoran, dan dari sinilah kita mendapatkan istilah proses. Prosesor terdiri dari banyak transistor, dan semakin banyak transistor, semakin baik, tetapi karena chip hanya bisa demikian besar, mengemas lebih banyak transistor ke dalam sebuah chip dengan mengurangi ruang antar transistor untuk meningkatkan kepadatan adalah hal yang besar kesepakatan. Penemuan proses atau simpul yang lebih baru dan lebih baik adalah cara utama untuk mencapai kepadatan yang lebih besar.

Proses atau node yang berbeda dibedakan berdasarkan panjangnya yang secara historis diukur dalam mikrometer dan nanometer, dan semakin rendah angkanya, semakin baik prosesnya (pikirkan aturan golf). Angka ini dulunya mengacu pada dimensi fisik transistor, yang ingin dikurangi oleh produsen saat membuat proses baru, tetapi setelah node 28nm, angka ini menjadi sewenang-wenang. Node 5nm TSMC sebenarnya bukan 5nm, TSMC hanya ingin Anda tahu bahwa ini lebih baik dari 7nm dan tidak sebagus 3nm. Untuk alasan yang sama, angka tersebut tidak dapat digunakan untuk membandingkan proses modern; 5nm TSMC benar-benar berbeda dari 5nm Samsung, dan bahkan dalam kasus proses N4 TSMC, itu adalah dianggap sebagai bagian dari keluarga 5nm TSMC. Membingungkan, saya tahu.

Proses baru tidak hanya meningkatkan kepadatan, namun juga cenderung meningkatkan kecepatan clock dan efisiensi. Misalnya, node 5nm TSCM (digunakan di ryzen 7000 Dan RX7000 prosesor) dibandingkan dengan proses 7nm yang lebih lama dapat memberikan kecepatan clock 15% lebih tinggi pada daya yang sama atau daya 30% lebih rendah pada frekuensi yang sama, atau kombinasi keduanya dalam skala geser. Peningkatan frekuensi dan efisiensi dulunya jauh lebih dramatis hingga pertengahan tahun 2000an menyusutnya transistor secara langsung mengurangi konsumsi daya dalam proses lama, sebuah tren yang disebut Dennard penskalaan.

Matinya Hukum Moore dan apa hubungan node proses dengannya

Motivasi utama bagi perusahaan untuk menggunakan proses yang lebih baru adalah untuk mengimbangi sesuatu yang disebut Hukum Moore, sebuah pengamatan yang dilakukan oleh tokoh semikonduktor legendaris Gordon Moore pada tahun 1965. Undang-undang asli menyatakan bahwa tingkat pertumbuhan transistor pada CPU tercepat berlipat ganda setiap dua tahun; jika prosesor tercepat dalam satu tahun memiliki 500 juta transistor, dalam dua tahun seharusnya ada satu miliar transistor. Selama lebih dari 40 tahun, industri ini mampu mengimbangi laju ini dengan menciptakan proses-proses baru, yang masing-masing memiliki kepadatan lebih tinggi dibandingkan proses-proses sebelumnya.

Namun, industri ini mulai mengalami hambatan pada tahun 2000-an. Pertama, penskalaan Dennard runtuh sekitar angka 65nm hingga 45nm pada pertengahan tahun 2000an, namun setelah proses 32nm keluar pada akhir tahun 2000an dan awal tahun 2010an, kekacauan terjadi. Bagi sebagian besar pengecoran logam, ini adalah simpul besar terakhir yang mereka hasilkan selama bertahun-tahun. 20nm TSCM dari tahun 2014 benar-benar buruk dan hanya proses 16nm pada tahun 2015 yang merupakan peningkatan yang bermanfaat dari 28nm pada tahun 2011, Samsung tidak melakukannya. mencapai 14nm hingga tahun 2015, dan GlobalFoundries (dipisahkan dari pabrik AMD pada tahun 2000an) harus menyewa 14nm milik Samsung daripada memproduksinya memiliki.

Satu pengecualian terhadap kekacauan ini adalah Intel, yang berhasil meluncurkan proses 22nm pada tahun 2011. Namun, jadwal rilis dan kualitas proses Intel mulai menurun setelah angka 22nm. Proses 14nmnya seharusnya keluar pada tahun 2013 tetapi dirilis pada tahun 2014 dengan kecepatan clock rendah dan tingkat cacat yang tinggi. Sasaran menggelikan Intel dengan node 10nm pada akhirnya menjatuhkannya ke dalam neraka pengembangan, kehilangan jendela peluncurannya pada tahun 2015. Chip 10nm pertama tiba pada tahun 2018, dan ini adalah salah satu CPU Intel terburuk yang pernah ada. Intel 10nm, yang diubah namanya menjadi Intel 7 untuk tujuan pemasaran, belum sepenuhnya siap hingga tahun 2021.

Bencana terbaru menyangkut node 3nm TSMC, yang memberikan peningkatan signifikan pada kepadatan transistor logika (antara lain yang membentuk inti dalam CPU dan GPU), tetapi secara harfiah tidak ada peningkatan apa pun pada kepadatan di cache, juga dikenal sebagai SRAM. Tidak dapat mengecilkan cache adalah bencana total, dan mungkin saja pengecoran logam akan mengalami masalah serupa pada node di masa mendatang. Meskipun TSMC adalah satu-satunya perusahaan yang berjuang untuk mengecilkan cache, TSMC juga merupakan produsen chip terbesar di dunia.

Ketika Anda membaca tentang matinya Hukum Moore, inilah artinya, karena jika perusahaan tidak dapat meningkatkan kepadatan dari tahun ke tahun, jumlah transistor tidak akan meningkat. Jika jumlah transistor tidak bisa naik, berarti Hukum Moore mati. Saat ini, perusahaan fokus untuk mengikuti implikasi kinerja Hukum Moore, dibandingkan implikasi teknis. Jika kinerja meningkat dua kali lipat setiap dua tahun, maka semuanya baik-baik saja. AMD dan Intel menggunakan chiplet untuk meningkatkan jumlah transistor dan kinerja sekaligus mengurangi biaya, dan Nvidia hanya mengandalkan AI untuk mengatasi kekurangan tersebut.

Pada akhirnya, node proses hanyalah salah satu faktor yang menentukan apakah sebuah chip bagus atau tidak

Mengingat bahwa proses baru dapat membuat sebuah chip lebih kecil, meningkatkan kecepatan clock, dan membuatnya lebih besar efisien, semuanya tanpa membuat perubahan besar apa pun pada desain atau arsitektur, sudah jelas mengapa prosesnya demikian penting. Namun, faktor-faktor lain seperti pengemasan (seperti chiplet atau ubin atau chip yang ditumpuk) dan AI menjadi semakin memungkinkan cara untuk memberi nilai pada prosesor dengan meningkatkan kinerja atau menambahkan fitur, belum lagi pengoptimalan sederhana perangkat lunak. Matinya Hukum Moore memang tidak ideal, namun ini bukanlah akhir dari industri semikonduktor.

Selain itu, karena node diberi nama untuk alasan pemasaran, tidak ada alasan nyata untuk memperkirakan kompetensi sebuah chip hanya berdasarkan prosesnya; misalnya, 10nm Intel sebenarnya sama bagusnya dengan 7nm TSMC meskipun 7 kurang dari 10. Namun, juga benar bahwa proses bukanlah satu-satunya fitur yang penting dalam sebuah prosesor. Banyak CPU, GPU, dan prosesor lainnya yang buruk meskipun berada pada node yang bagus, seperti AMD Radeon VII, yang merupakan node proses penuh di depan Nvidia RTX 2080 Ti namun sangat lambat salah satu GPU terburuk yang pernah ada.

Dengan sendirinya, node proses sebuah chip tidak berarti apa-apa. Ini seperti membeli CPU hanya berdasarkan jumlah core yang dimilikinya, atau membeli konsol karena memiliki pemrosesan yang luar biasa. Yang benar-benar penting dalam sebuah prosesor adalah kinerja sebenarnya, yang bergantung pada spesifikasi perangkat keras lainnya dan seberapa baik aplikasi yang dioptimalkan untuk perangkat keras tersebut. Jika Anda hanya ingin tahu apa itu CPU terbaik atau GPU atau laptop adalah, node proses tidak akan memberi tahu Anda hal itu. Ini hanya memberi tahu Anda siapa yang membuat chip tersebut.