Kas yra proceso mazgas?

Jei kada nors žiūrėjote specifikacijų lapą arba reklamą apie procesorių, GPU ar net visiškai sukonstruotą įrenginį, pvz. nešiojamasis ar stalinis kompiuteris, tikriausiai matėte ažiotažą apie tai, kaip jis naudoja 7 nm ar 5 nm ar net 4 nm procesą, mazgą ar procesą mazgas. Tačiau, kaip ir daugelis techninių specifikacijų, proceso mazgas yra daug sudėtingesnis nei paprastas skaičius, retai paaiškinamas rinkodara, o ne kažkas, kuo iš tikrųjų reikia per daug rūpintis. Štai viskas, ką reikia žinoti apie proceso mazgus, ką jie iš tikrųjų reiškia kompiuterių lustams.

Proceso mazgai: pagrindinė priežastis, kodėl procesoriai kasmet spartėja

Proceso mazgai turi viską, kas susiję su lustų gamyba, dar vadinama gamyba arba „fabbing“, kuri vyksta patalpose, vadinamose gamyklomis arba liejyklomis. Nors beveik visos lustai gaminami naudojant silicį, liejyklos gali naudoti skirtingus gamybos procesus, todėl čia gauname terminą „procesas“. Procesorius sudaro daug tranzistorių, ir kuo daugiau tranzistorių, tuo geriau, bet kadangi lustai gali būti tik tokie didelis, supakuoti daugiau tranzistorių į lustą sumažinant tarpą tarp tranzistorių, siekiant padidinti tankį sandoris. Naujesnių ir geresnių procesų ar mazgų išradimas yra pagrindinis būdas pasiekti didesnį tankį.

Įvairūs procesai ar mazgai skiriasi pagal ilgį, kuris istoriškai buvo matuojamas mikrometrais ir nanometrais, ir kuo mažesnis skaičius, tuo geresnis procesas (pagalvok apie golfo taisykles). Šis skaičius anksčiau reiškė fizinius tranzistoriaus matmenis, kuriuos gamintojai nori sumažinti kurdami naują procesą, tačiau po 28 nm mazgo šis skaičius tapo savavališkas. TSMC 5 nm mazgas iš tikrųjų nėra 5 nm, TSMC tiesiog nori, kad žinotumėte, kad jis geresnis nei 7 nm ir ne toks geras kaip 3 nm. Dėl tos pačios priežasties šis skaičius negali būti naudojamas šiuolaikiniams procesams palyginti; TSMC 5 nm visiškai skiriasi nuo Samsung 5 nm ir net TSMC N4 proceso atveju tai yra laikomas TSMC 5 nm šeimos dalimi. Paini, zinau.

Nauji procesai ne tik padidina tankį, bet ir padidina laikrodžio greitį bei efektyvumą. Pavyzdžiui, TSCM 5 nm mazgas (naudojamas Ryzen 7000 ir RX 7000 procesoriai), palyginti su senesniu 7 nm procesu, gali užtikrinti arba 15 % didesnį taktinį dažnį esant tokiai pačiai galiai arba 30 % mažesnę galią tuo pačiu dažniu, arba šių dviejų derinį slenkančia skale. Tačiau iki 2000-ųjų vidurio dažnio ir efektyvumo padidėjimas buvo daug dramatiškesnis, nes susitraukiantys tranzistoriai tiesiogiai sumažino energijos suvartojimą senesniuose procesuose, tokia tendencija vadinama Dennard mastelio keitimas.

Moore'o dėsnio mirtis ir su tuo susiję proceso mazgai

Pagrindinė įmonių motyvacija naudoti naujesnius procesus yra neatsilikti nuo vadinamojo Moore'o dėsnio, kurį 1965 m. padarė legendinis puslaidininkių veikėjas Gordonas Moore'as. Pradiniame įstatyme buvo teigiama, kad sparčiausio procesoriaus tranzistorių augimo tempas padvigubėja kas dvejus metus; jei greičiausias procesorius per vienerius metus turi 500 milijonų tranzistorių, tai po dvejų metų turėtų būti vienas, turintis milijardą tranzistorių. Daugiau nei 40 metų pramonė sugebėjo išlaikyti šį tempą išradusi naujus procesus, kurių kiekvienas buvo tankesnis nei ankstesnis.

Tačiau 2000-aisiais pramonė pradėjo susidurti su kliūtimis. Pirma, 2000-ųjų viduryje Dennardo mastelis žlugo maždaug nuo 65 nm iki 45 nm, bet po to, kai 32 nm procesas pasirodė 2000-ųjų pabaigoje ir 2010-ųjų pradžioje, visas pragaras atsilaisvino. Daugeliui liejyklų tai buvo paskutinis pagrindinis mazgas, kurį jos pristatys daugelį metų. TSCM 20 nm nuo 2014 m. buvo tiesiog blogas ir tik jo 16 nm procesas 2015 m. buvo vertas atnaujinimo nuo 28 nm 2011 m., Samsung to nepadarė. pasiekti 14 nm iki 2015 m., o „GlobalFoundries“ (atskirta iš AMD gamyklų 2000-aisiais) turėjo išsinuomoti „Samsung“ 14 nm, o ne gaminti. savo.

Viena reikšminga šios sumaišties išimtis buvo „Intel“, kuri 2011 m. sėkmingai išleido savo 22 nm procesą. Tačiau „Intel“ išleidimo grafikas ir proceso kokybė pradėjo slysti po 22 nm žymos. Jo 14 nm procesas turėjo pasirodyti 2013 m., tačiau buvo išleistas 2014 m. su mažu laikrodžio greičiu ir dideliu defektų lygiu. Juokingi „Intel“ tikslai su 10 nm mazgu galiausiai pasmerkė jį plėtros pragarui, nes nebuvo 2015 m. paleidimo lango. Pirmasis 10 nm lustas atkeliavo 2018 m tai vienas prasčiausių visų laikų „Intel“ procesorių. „Intel“ 10 nm, rinkodaros tikslais pervadintas į „Intel 7“, buvo visiškai paruoštas tik 2021 m.

Paskutinė nelaimė susijusi su TSMC 3 nm mazgu, kuris žymiai pagerina loginių tranzistorių tankį (kurie, be kita ko, sudaro CPU ir GPU branduolius), tačiau tiesiogine prasme jokio patobulinimo nepagerina. talpykla, taip pat žinoma kaip SRAM. Negalėjimas sumažinti talpyklos yra visiška nelaimė, ir gali būti, kad liejyklos gali susidurti su panašiomis problemomis būsimuose mazguose. Net jei TSMC yra vienintelis gamintojas, kuris stengiasi sumažinti talpyklą, jis taip pat yra didžiausias lustų gamintojas planetoje.

Kai skaitote apie Moore'o dėsnio mirtį, tai tai reiškia, nes jei įmonės negali kiekvienais metais padidinti tankio, tranzistorių skaičius negali padidėti. Jei tranzistorių skaičius negali padidėti, tai reiškia, kad Moore'o įstatymas yra miręs. Šiandien įmonės siekia neatsilikti nuo Moore'o įstatymo, o ne techninių pasekmių. Jei našumas padvigubėja kas dvejus metus, tada viskas gerai. AMD ir „Intel“ naudoja mikroschemas, kad padidintų tranzistorių skaičių ir našumą ir sumažintų išlaidas, o „Nvidia“ pasikliauja tik dirbtiniu intelektu.

Galiausiai proceso mazgai yra tik vienas iš veiksnių, nurodančių, ar lustas yra geras

Atsižvelgiant į tai, kad naujas procesas gali sumažinti lustą, padidinti laikrodžio greitį ir padaryti jį daugiau efektyvus, neatliekant jokių didelių dizaino ar architektūros pakeitimų, akivaizdu, kodėl procesai tokie svarbu. Tačiau kiti veiksniai, pvz., pakuotė (pvz., lustai, plytelės arba drožlių sudėjimas) ir dirbtinis intelektas tampa vis perspektyvesni. būdų, kaip suteikti procesoriui vertę didinant našumą arba pridedant funkcijų, jau nekalbant apie paprastą optimizavimą programinė įranga. Moore'o dėsnio mirtis yra neideali, tačiau tai nėra puslaidininkių pramonės pabaiga.

Be to, kadangi mazgai pavadinti rinkodaros sumetimais, nėra jokios realios priežasties vertinti lusto kompetenciją, remiantis vien jo procesu; Pavyzdžiui, „Intel“ 10 nm iš tikrųjų yra toks pat geras kaip TSMC 7 nm, nors 7 yra mažesnis nei 10. Tačiau taip pat tiesa, kad procesas nėra vienintelė procesoriaus funkcija. Daugelis procesorių, GPU ir kitų procesorių buvo blogi, nepaisant to, kad jie buvo geruose mazguose, pvz., AMD Radeon VII, kuris buvo viso proceso mazgas prieš Nvidia RTX 2080 Ti, tačiau buvo toks lėtas, kad buvo vienas prasčiausių GPU.

Pats lusto proceso mazgas nieko nereiškia. Tai būtų tas pats, kas pirkti procesorių tik pagal tai, kiek jame yra branduolių, arba konsolę, nes jame veikia spartusis apdorojimas. Kas iš tikrųjų svarbu procesoriuje, yra jo tikrasis našumas, kuris priklauso nuo kitų techninės įrangos specifikacijų ir nuo to, kaip tinkamai optimizuotos šios aparatinės įrangos programos. Jei tiesiog norite sužinoti, kas geriausias CPU arba GPU arba nešiojamas kompiuteris yra, proceso mazgas jums to nepasakys. Tai tik nurodo, kas pagamino lustą.