プロセスノードとは何ですか?

CPU、GPU、さらには完全に構築されたデバイスのスペック シートや広告を見たことがあるなら、 ラップトップでもデスクトップでも、7nm や 5nm、さらには 4nm のプロセス、ノード、プロセスがどのように使用されているかについて誇大宣伝を見たことがあるでしょう。 ノード。 しかし、多くの技術仕様と同様に、プロセス ノードは単純な数値よりもはるかに複雑で、マーケティングで説明されることはほとんどなく、実際にはあまり気にする必要があるものではありません。 プロセス ノードについて知っておくべきこと、コンピューター チップにとってプロセス ノードが実際に何を意味するのかをすべてここで説明します。

プロセス ノード: プロセッサが毎年確実に高速化する大きな理由

プロセス ノードは、ファブまたはファウンドリとして知られる施設で行われる、ファブリケーションまたは「ファブニング」とも呼ばれるチップ製造に関係します。 事実上すべてのチップはシリコンを使用して製造されますが、ファウンドリが採用できるさまざまな製造プロセスがあり、これがプロセスという用語の由来です。 プロセッサは多くのトランジスタで構成されており、トランジスタの数が多ければ多いほど良いのですが、チップではそうすることができません。 トランジスタ間のスペースを減らして密度を高めることで、より多くのトランジスタをチップに詰め込むのは大きなことです 取引。 より新しく優れたプロセスまたはノードの発明は、より高い密度を達成するための主な方法です。

さまざまなプロセスまたはノードは、歴史的にマイクロメートルとナノメートルで測定されてきた長さによって区別され、数値が低いほどプロセスが優れています (ゴルフのルールを考えてください)。 この数値は、メーカーが新しいプロセスを作成するときに縮小したいトランジスタの物理的寸法を指していましたが、28nm ノード以降、この数値は任意のものになりました。 TSMC の 5nm ノードは実際には 5nm ではなく、TSMC はそれが 7nm よりも優れており、3nm ほどではないことを知ってもらいたいだけです。 同じ理由で、この数字を現代のプロセスの比較に使用することはできません。 TSMC の 5nm は Samsung の 5nm とはまったく異なり、TSMC の N4 プロセスの場合でも、

TSMCの5nmファミリーの一部とみなされます. 混乱するのはわかります。

新しいプロセスは密度を高めるだけでなく、クロック速度と効率も向上させる傾向があります。 たとえば、TSCM の 5nm ノード (で使用されています) Ryzen 7000 そして RX7000 プロセッサ）は、古い 7nm プロセスと比較して、同じ電力で 15% 高いクロック速度、同じ周波数で 30% 低い電力、またはスライディング スケールでその 2 つの組み合わせを提供できます。 ただし、2000 年代半ばまでは、周波数と効率の向上ははるかに劇的でした。 トランジスタの縮小により、古いプロセスの消費電力が直接削減され、デナードと呼ばれるトレンド スケーリング。

ムーアの法則の死とプロセスノードがそれとどのような関係があるのか

企業が新しいプロセスを使用する主な動機は、伝説的な半導体人物ゴードン・ムーアが 1965 年に述べたムーアの法則と呼ばれるものに歩調を合わせることです。 元の法則では、最速の CPU のトランジスタの成長率は 2 年ごとに 2 倍になると規定されていました。 1 年で最速のプロセッサが 5 億個のトランジスタを搭載した場合、2 年後には 10 億個のトランジスタを搭載したプロセッサが登場するはずです。 40 年以上にわたり、業界は、前回よりも高密度の新しいプロセスを発明することで、このペースを維持することができました。

しかし、業界は 2000 年代に行き詰まりを感じ始めました。 まず、デナードのスケーリングは 2000 年代半ばの 65nm から 45nm のあたりで崩壊しましたが、2000 年代後半から 2010 年代前半に 32nm プロセスが登場すると、すべてが崩壊しました。 ほとんどのファウンドリにとって、これは何年にもわたって納入する最後の主要ノードでした。 TSCMの2014年の20nmは単純にダメで、2011年の28nmからアップグレードする価値があるのは2015年の16nmプロセスだけだったが、サムスンはそうしなかった 14nm への移行は 2015 年までであり、GlobalFoundries (2000 年代に AMD の工場から独立した) は、サムスンの 14nm を製造するのではなく、リースする必要がありました。 自分の。

この混乱の注目すべき例外の 1 つはインテルで、2011 年に 22nm プロセスの製品化に成功しました。 しかし、Intel のリリース スケジュールとプロセスの品質は、22nm マークを境に低下し始めました。 その 14nm プロセスは 2013 年に登場する予定でしたが、クロック速度が低く、欠陥が多かったために 2014 年にリリースされました。 Intel の 10nm ノードに関するばかげた目標は、最終的には開発地獄に陥る運命にあり、2015 年の発売期間を逃しました。 最初の 10nm チップは 2018 年に登場し、 これはインテル史上最悪の CPU の 1 つです. マーケティング目的でインテル 7 に名前変更されたインテルの 10nm は、2021 年まで完全に準備が整っていませんでした。

最新の災害はTSMCの3nmノードに関係しているこれにより、ロジック トランジスタ (特に CPU や GPU のコアを構成するもの) の密度は大幅に向上しますが、文字通り、密度はまったく向上しません。 キャッシュ、SRAM とも呼ばれる. キャッシュを圧縮できないことは完全に大惨事であり、ファウンドリが将来のノードで同様の問題に遭遇する可能性があります。 TSMC がキャッシュの縮小に苦戦している唯一のファブであるとしても、地球上で最大のチップ生産者でもあります。

ムーアの法則の終焉について読むと、これが意味するところです。なぜなら、企業が年々密度を高められなければ、トランジスタ数を増やすことはできないからです。 トランジスタ数が増加できない場合、それはムーアの法則が無効であることを意味します。 現在、企業は技術的な問題ではなく、ムーアの法則のパフォーマンスへの影響に対応することに重点を置いています。 パフォーマンスが 2 年ごとに 2 倍になれば、すべて問題ありません。 AMD と Intel はチップレットを使用してコストを削減しながらトランジスタ数とパフォーマンスの両方を向上させていますが、Nvidia はその不足分を補うために AI のみに依存しています。

結局のところ、プロセス ノードはチップが優れているかどうかを決める要素の 1 つにすぎません

新しいプロセスによりチップが小型化され、クロック速度が向上し、より高速化できることを考慮すると、 設計やアーキテクチャに大きな変更を加えることなく、すべて効率的であるため、プロセスがなぜそれほど効率的であるかは明らかです。 重要。 ただし、パッケージング (チップレット、タイル、チップの積層など) や AI などの他の要素もますます実現可能になりつつあります。 単純な最適化は言うまでもなく、パフォーマンスを向上させたり機能を追加したりしてプロセッサーに価値を与える方法 ソフトウェア。 ムーアの法則の終焉は理想的ではありませんが、半導体産業の終わりではありません。

さらに、ノードにはマーケティング上の理由から名前が付けられているため、プロセスのみに基づいてチップの能力を推定する本当の理由はありません。 たとえば、7 は 10 未満であるにもかかわらず、Intel の 10nm は実際には TSMC の 7nm とほぼ同じくらい優れています。 ただし、プロセッサーで重要な機能はプロセスだけではないことも事実です。 AMD などの良好なノード上にあるにもかかわらず、多くの CPU、GPU、その他のプロセッサーが不良になっています。 Radeon VII は、Nvidia の RTX 2080 Ti よりも先のフルプロセス ノードでありながら、非常に低速でした。 史上最悪の GPU の 1 つ.

チップのプロセス ノード自体は何の意味もありません。 それは、コアの数だけを基準にして CPU を購入したり、爆発的な処理を備えているという理由だけでコンソールを購入したりするようなものです。 プロセッサーで本当に重要なのは実際のパフォーマンスであり、これは他のハードウェア仕様と、アプリケーションがそのハードウェアに対してどの程度適切に最適化されているかによって決まります。 単に何なのか知りたいだけなら、 最高のCPU または GPU または ラップトップ つまり、プロセス ノードはそれを教えてくれません。 誰がチップを作ったかがわかるだけです。