რა არის პროცესის კვანძი?

თუ ოდესმე გიყურებთ სპეციფიკაციების ფურცელს ან CPU-ს, GPU-ს ან თუნდაც სრულად ჩაშენებული მოწყობილობის რეკლამას, როგორიცაა ლეპტოპი ან კომპიუტერი, ალბათ გინახავთ აჟიოტაჟი იმის შესახებ, თუ როგორ იყენებს ის 7 ნმ ან 5 ნმ, ან თუნდაც 4 ნმ პროცესს, კვანძს ან პროცესს კვანძი. მაგრამ ბევრი ტექნიკური სპეციფიკაციის მსგავსად, პროცესის კვანძი ბევრად უფრო რთულია, ვიდრე მარტივი რიცხვი, რომელიც იშვიათად არის ახსნილი მარკეტინგით და არა ის, რაზეც რეალურად ძალიან უნდა იზრუნოთ. აქ არის ყველაფერი, რაც თქვენ უნდა იცოდეთ პროცესის კვანძების შესახებ, რას ნიშნავს ისინი რეალურად კომპიუტერული ჩიპებისთვის.

პროცესის კვანძები: დიდი მიზეზი იმისა, რომ პროცესორები ყოველწლიურად უსწრაფესად ჩქარობენ

პროცესის კვანძებს ყველაფერი აქვთ საერთო ჩიპების წარმოებასთან, რომელსაც ასევე უწოდებენ ფაბრიკაციას ან "ფაბინგი", რომელიც ხდება ობიექტებში, რომლებიც ცნობილია როგორც ფაბები ან სამსხმელო. მიუხედავად იმისა, რომ პრაქტიკულად ყველა ჩიპი დამზადებულია სილიციუმის გამოყენებით, არსებობს სხვადასხვა წარმოების პროცესი, რომელსაც შეუძლია სამსხმელოში გამოიყენოს და სწორედ აქ მივიღებთ ტერმინს პროცესი. პროცესორები შედგება მრავალი ტრანზისტორისგან და რაც მეტი ტრანზისტორი, მით უკეთესი, მაგრამ რადგან ჩიპები მხოლოდ ასე შეიძლება იყოს დიდი, ჩიპში მეტი ტრანზისტორების შეფუთვა ტრანზისტორებს შორის სივრცის შემცირებით სიმკვრივის გასაზრდელად დიდია გარიგება. უფრო ახალი და უკეთესი პროცესების ან კვანძების გამოგონება უფრო დიდი სიმკვრივის მიღწევის მთავარი გზაა.

სხვადასხვა პროცესები ან კვანძები დიფერენცირებულია სიგრძით, რომელიც ისტორიულად იზომება მიკრომეტრებში და ნანომეტრებში და რაც უფრო დაბალია ეს რიცხვი, მით უკეთესია პროცესი (იფიქრეთ გოლფის წესები). ეს რიცხვი ეხებოდა ტრანზისტორის ფიზიკურ ზომებს, რომლის შემცირებაც მწარმოებლებს სურთ ახალი პროცესის შექმნისას, მაგრამ 28 ნმ კვანძის შემდეგ ეს მაჩვენებელი თვითნებური გახდა. TSMC-ის 5 ნმ კვანძი სინამდვილეში არ არის 5 ნმ, TSMC-ს უბრალოდ სურს იცოდეთ, რომ ის უკეთესია ვიდრე 7 ნმ და არა ისეთი კარგი, როგორც 3 ნმ. ამავე მიზეზით, ეს მაჩვენებელი არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას თანამედროვე პროცესების შესადარებლად; TSMC-ის 5nm სრულიად განსხვავდება Samsung-ის 5nm-ისგან და TSMC-ის N4 პროცესის შემთხვევაშიც კი. ითვლება TSMC-ის 5nm ოჯახის ნაწილად. დამაბნეველი, ვიცი.

ახალი პროცესები არ ზრდის მხოლოდ სიმკვრივეს, თუმცა, ისინი ასევე ზრდის საათის სიჩქარეს და ეფექტურობას. მაგალითად, TSCM-ის 5 ნმ კვანძი (გამოიყენება Ryzen 7000 და RX 7000 პროცესორები) მის ძველ 7 ნმ პროცესთან შედარებით, შეუძლია უზრუნველყოს ან 15% უფრო მაღალი საათის სიჩქარე იმავე სიმძლავრის დროს, ან 30% დაბალი სიმძლავრე იმავე სიხშირეზე, ან ამ ორის კომბინაცია მოცურების მასშტაბით. სიხშირისა და ეფექტურობის მიღწევები ბევრად უფრო დრამატული იყო 2000-იანი წლების შუა პერიოდამდე. ტრანზისტორების შემცირება პირდაპირ ამცირებს ენერგიის მოხმარებას ძველ პროცესებში, ტენდენციას, რომელსაც Dennard-ი ჰქვია სკალირება.

მურის კანონის სიკვდილი და რა პროცესის კვანძები აქვთ მას

კომპანიებისთვის ახალი პროცესების გამოყენების მთავარი მოტივაცია არის მურის კანონის მიყოლა, ლეგენდარული ნახევარგამტარული ფიგურის გორდონ მურის დაკვირვება 1965 წელს. თავდაპირველ კანონში ნათქვამია, რომ ტრანზისტორების ზრდის ტემპი უსწრაფეს CPU-ში გაორმაგდება ყოველ ორ წელიწადში ერთხელ; თუ ერთ წელიწადში ყველაზე სწრაფ პროცესორს აქვს 500 მილიონი ტრანზისტორი, ორ წელიწადში უნდა იყოს ისეთი, რომელსაც აქვს მილიარდი ტრანზისტორი. 40 წელზე მეტი ხნის განმავლობაში, ინდუსტრიას შეეძლო შეენარჩუნებინა ეს ტემპი ახალი პროცესების გამოგონებით, თითოეული წინაზე მაღალი სიმკვრივით.

თუმცა, ინდუსტრიამ 2000-იან წლებში დაიწყო პრობლემების შეჭრა. ჯერ 2000-იანი წლების შუა პერიოდში დენარდის სკალირება დაეცა დაახლოებით 65 ნმ-დან 45 ნმ-მდე, მაგრამ მას შემდეგ, რაც 32 ნმ პროცესი გამოვიდა 2000-იანი წლების ბოლოს და 2010-იანი წლების დასაწყისში, მთელი ჯოჯოხეთი დაიშალა. სამსხმელების უმეტესობისთვის ეს იყო ბოლო ძირითადი კვანძი, რომელსაც ისინი წლების განმავლობაში აწვდიდნენ. TSCM-ის 20 ნმ 2014-დან უბრალოდ ცუდი იყო და მხოლოდ მისი 16 ნმ პროცესი 2015 წელს იყო ღირებული განახლება 2011 წლის 28 ნმ-დან, Samsung-მა ეს არ გააკეთა. მიაღწიეთ 14 ნმ-მდე 2015 წლამდე და GlobalFoundries (გამოყოფილი AMD-ის ფაბრიკებიდან 2000-იან წლებში) იძულებული გახდა დაექირავებინა Samsung-ის 14 ნმ, ვიდრე მისი შექმნა. საკუთარი.

ამ არეულობის ერთ-ერთი თვალსაჩინო გამონაკლისი იყო Intel-მა, რომელმაც 2011 წელს წარმატებით გაიტანა თავისი 22 ნმ პროცესი. თუმცა, Intel-ის გამოშვების გრაფიკი და პროცესის ხარისხი 22 ნმ ნიშნის შემდეგ იკლებს. მისი 14 ნმ პროცესი უნდა გამოსულიყო 2013 წელს, მაგრამ გამოვიდა 2014 წელს დაბალი საათის სიჩქარით და მაღალი დონის დეფექტებით. Intel-ის სასაცილო მიზნებმა თავისი 10 ნმ კვანძით საბოლოოდ განწირა განვითარების ჯოჯოხეთში, გამოტოვა მისი 2015 წლის გაშვების ფანჯარა. პირველი 10 ნმ ჩიპი ჩამოვიდა 2018 წელს და ეს არის Intel-ის ერთ-ერთი ყველაზე ცუდი CPU ოდესმე. Intel-ის 10nm, რომელსაც მარკეტინგული მიზნებისთვის ეწოდა Intel 7, არ იყო ბოლომდე მზად 2021 წლამდე.

უახლესი კატასტროფა ეხება TSMC-ის 3 ნმ კვანძს, რომელიც უზრუნველყოფს სიმკვრივის მნიშვნელოვან გაუმჯობესებას ლოგიკურ ტრანზისტორებში (რომლებიც ქმნიან ბირთვებს CPU-სა და GPU-ებში, სხვა საკითხებთან ერთად), მაგრამ ფაქტიურად არანაირი გაუმჯობესება არ არის სიმკვრივის მიმართ. ქეში, ასევე ცნობილი როგორც SRAM. ქეშის შეკუმშვის შეუძლებლობა სრული კატასტროფაა და შესაძლებელია სამსხმელოებმა შესაძლოა მსგავსი პრობლემები შეგექმნათ მომავალ კვანძებზე. მაშინაც კი, თუ TSMC ერთადერთი ფაბრიკაა, რომელიც ცდილობს ქეშის შემცირებას, ის ასევე არის პლანეტის ჩიპების უდიდესი მწარმოებელი.

როდესაც კითხულობთ მურის კანონის გარდაცვალების შესახებ, ეს ნიშნავს, რადგან თუ კომპანიები ვერ გაზრდიან სიმკვრივეს ყოველწლიურად, ტრანზისტორი ვერ გაიზრდება. თუ ტრანზისტორის რაოდენობა ვერ მოიმატებს, ეს ნიშნავს, რომ მურის კანონი მკვდარია. დღეს კომპანიები ორიენტირებულნი არიან მურის კანონის შესრულების შედეგებზე, ვიდრე ტექნიკურზე. თუ შესრულება ორ წელიწადში ერთხელ გაორმაგდება, მაშინ ყველაფერი კარგადაა. AMD და Intel იყენებენ ჩიპლეტებს ტრანზისტორის რაოდენობისა და მუშაობის გასაზრდელად, ხარჯების შემცირებისას, ხოლო Nvidia ეყრდნობა მხოლოდ AI-ს, რათა აიღოს ზარალი.

საბოლოო ჯამში, პროცესის კვანძები მხოლოდ ერთი ფაქტორია იმისა, არის თუ არა ჩიპი კარგი

იმის გათვალისწინებით, რომ ახალ პროცესს შეუძლია ჩიპის დაპატარავება, საათის სიჩქარის ამაღლება და მეტის გაზრდა ეფექტური, ეს ყველაფერი დიზაინში ან არქიტექტურაში რაიმე მნიშვნელოვანი ცვლილების შეტანის გარეშე, გასაგებია, რატომ ხდება პროცესები ასე მნიშვნელოვანი. თუმცა, სხვა ფაქტორები, როგორიცაა შეფუთვა (როგორიცაა ჩიპლეტები ან ფილები ან ჩიპების დაწყობა) და AI სულ უფრო სიცოცხლისუნარიანი ხდება. პროცესორისთვის ღირებულების მინიჭების გზები შესრულების გაზრდით ან ფუნქციების დამატებით, რომ აღარაფერი ვთქვათ მარტივ ოპტიმიზაციაში პროგრამული უზრუნველყოფა. მურის კანონის სიკვდილი არაიდეალურია, მაგრამ ეს არ არის ნახევარგამტარების ინდუსტრიის დასასრული.

გარდა ამისა, იმის გამო, რომ კვანძები დასახელებულია მარკეტინგული მიზეზების გამო, არ არსებობს რეალური მიზეზი, რომ შევაფასოთ ჩიპის კომპეტენცია მხოლოდ მისი პროცესის საფუძველზე; მაგალითად, Intel-ის 10nm რეალურად ისეთივე კარგია, როგორც TSMC-ის 7nm, მიუხედავად იმისა, რომ 7 არის 10-ზე ნაკლები. თუმცა, ისიც მართალია, რომ პროცესი არ არის ერთადერთი ფუნქცია, რომელიც მნიშვნელოვანია პროცესორში. ბევრი CPU, GPU და სხვა პროცესორი ცუდი იყო, მიუხედავად იმისა, რომ კარგ კვანძებზეა, როგორიცაა AMD Radeon VII, რომელიც იყო სრული პროცესის კვანძი Nvidia-ს RTX 2080 Ti-ზე წინ და მაინც იმდენად ნელი იყო ერთ-ერთი ყველაზე ცუდი GPU ოდესმე.

თავისთავად, ჩიპის პროცესის კვანძი არაფერს ნიშნავს. ეს იქნება CPU-ს ყიდვა მხოლოდ იმის მიხედვით, თუ რამდენი ბირთვი აქვს მას, ან კონსოლი, რადგან მას აქვს blast processing. რაც ნამდვილად მნიშვნელოვანია პროცესორში არის მისი რეალური შესრულება, რაც დამოკიდებულია სხვა ტექნიკის სპეციფიკაციებზე და რამდენად კარგად არის ოპტიმიზირებული აპლიკაციები ამ აპარატურისთვის. თუ თქვენ უბრალოდ გსურთ იცოდეთ რა საუკეთესო CPU ან GPU ან ლეპტოპი არის, პროცესის კვანძი ამას არ გეტყვით. ის უბრალოდ გეუბნებათ ვინ შექმნა ჩიპი.