Шта је процесни чвор?

Ако сте икада погледали спецификацију или рекламу за ЦПУ, ГПУ или чак потпуно изграђен уређај као што је лаптоп или десктоп, вероватно сте видели узбуђење око тога како користи 7нм или 5нм, или чак 4нм процес, чвор или процес чвор. Али, као и многе техничке спецификације, процесни чвор је много компликованији од једноставног броја, који се ретко објашњава маркетингом, а не нешто о чему заправо морате превише да бринете. Ево свега што треба да знате о процесним чворовима, шта они заправо значе за рачунарске чипове.

Процесни чворови: велики разлог зашто процесори постају бржи сваке године без грешке

Процесни чворови имају све везе са производњом чипова, која се такође назива фабриковање или "фаббинг", која се одвија у објектима познатим као фабрике или ливнице. Иако се практично сви чипови израђују помоћу силицијума, постоје различити производни процеси које ливнице могу да користе, и ту добијамо термин процес. Процесори се састоје од много транзистора, и што више транзистора, то боље, али пошто чипови могу бити само такви велики, паковање више транзистора у чип смањењем простора између транзистора да би се повећала густина је велика договор. Проналазак новијих и бољих процеса или чворова је примарни начин за постизање веће густине.

Различити процеси или чворови се разликују по дужини која је историјски мерена у микрометрима и нанометрима, а што је мањи број, то је процес бољи (мислите на правила голфа). Овај број се некада односио на физичке димензије транзистора, које произвођачи желе да смање приликом креирања новог процеса, али након 28нм чвора ова бројка је постала произвољна. ТСМЦ-ов 5нм чвор заправо није 5нм, ТСМЦ само жели да знате да је бољи од 7нм и није тако добар као 3нм. Из истог разлога, та бројка се не може користити за поређење савремених процеса; ТСМЦ-јев 5нм је потпуно другачији од Самсунг-овог 5нм, а чак иу случају ТСМЦ-овог Н4 процеса, то је сматра се делом ТСМЦ-ове 5нм породице. Збуњујуће, знам.

Нови процеси не само да повећавају густину, већ такође имају тенденцију да повећају брзину и ефикасност. На пример, ТСЦМ-ов 5нм чвор (користи се у Ризен 7000 и РКС 7000 процесори) у поређењу са својим старијим 7нм процесом може да обезбеди или 15% већу брзину такта при истој снази или 30% нижу снагу на истој фреквенцији, или комбинацију ова два на клизној скали. Међутим, повећање фреквенције и ефикасности је било много драматичније све до средине 2000-их, јер транзистори који се скупљају директно смањују потрошњу енергије у старијим процесима, тренд који се зове Деннард скалирање.

Смрт Муровог закона и какве везе са тим имају чворови процеса

Кључна мотивација компанија да користе новије процесе је да држе корак са нечим што се зове Муров закон, запажањем легендарног полупроводника Гордона Мура 1965. године. Првобитни закон је навео да се стопа раста транзистора у најбржем ЦПУ-у удвостручује сваке две године; ако најбржи процесор у једној години има 500 милиона транзистора, за две године би требало да постоји један који има милијарду транзистора. Више од 40 година, индустрија је била у стању да одржи овај темпо измишљајући нове процесе, сваки са већом густином од претходног.

Међутим, индустрија је почела да погађа препреке 2000-их. Прво, Деннардово скалирање се срушило око границе од 65 нм до 45 нм средином 2000-их, али након што је 32 нм процес изашао крајем 2000-их и почетком 2010-их, избио је пакао. За већину ливница, ово је био последњи већи чвор који су испоручили годинама. ТСЦМ-ов 20нм из 2014. је једноставно био лош и само његов 16нм процес у 2015. је био вредна надоградња са 28нм из 2011. године, Самсунг није доћи до 14нм до 2015., а ГлобалФоундриес (издвојен од АМД-ових фабрика 2000-их) је морао да изнајми Самсунг-ов 14нм уместо да сопствени.

Један значајан изузетак од овог превирања био је Интел, који је 2011. успешно избацио свој 22нм процес. Међутим, Интелов распоред издавања и квалитет процеса почели су да опадају након ознаке од 22 нм. Његов 14нм процес требало је да изађе 2013. године, али је пуштен 2014. са малим брзинама такта и високим нивоом дефеката. Интелови смешни циљеви са својим 10нм чвором на крају су га осудили на пакао развоја, пропуштајући период лансирања у 2015. Први 10нм чип стигао је 2018. и то је један од најгорих Интелових процесора икада. Интелов 10нм, преименован у Интел 7 у маркетиншке сврхе, није био потпуно спреман до 2021.

Најновија катастрофа односи се на ТСМЦ-ов 3нм чвор, што пружа значајно побољшање густине у логичким транзисторима (који чине језгра у ЦПУ-има и ГПУ-има, између осталог), али буквално нема побољшања густине у кеш меморије, такође познат као СРАМ. Немогућност смањивања кеша је потпуна катастрофа и могуће је да ће ливнице наићи на сличне проблеме на будућим чворовима. Чак и ако је ТСМЦ једина фабрика која се бори да смањи кеш меморију, она је такође највећи произвођач чипова на планети.

Када читате о смрти Муровог закона, то је оно што то значи, јер ако компаније не могу да повећавају густину из године у годину, број транзистора не може да расте. Ако број транзистора не може да порасте, то значи да је Муров закон мртав. Данас су компаније фокусиране на праћење импликација Муровог закона на перформансе, а не на техничке. Ако се учинак удвостручи сваке две године, онда је све у реду. АМД и Интел користе чипле да повећају и број транзистора и перформансе уз истовремено смањење трошкова, а Нвидиа се ослања искључиво на АИ да би надокнадила недостатак.

На крају крајева, процесни чворови су само један од фактора да ли је чип добар

Узимајући у обзир да нови процес може да учини чип мањим, да му повећа брзину такта и учини га већим ефикасно, све без великих промена у дизајну или архитектури, очигледно је зашто су процеси такви важно. Међутим, други фактори као што су паковање (као што су чиплети или плочице или слагање чипова) и АИ постају све одрживији начине да дате вредност процесору повећањем перформанси или додавањем функција, да не спомињемо једноставну оптимизацију у софтвер. Смрт Муровог закона је неидеална, али то није крај индустрије полупроводника.

Поред тога, пошто су чворови именовани из маркетиншких разлога, нема правог разлога да се процени компетенција чипа само на основу његовог процеса; на пример, Интел-ов 10нм је заправо приближно исто толико добар као ТСМЦ-ов 7нм иако је 7 мање од 10. Међутим, такође је тачно да процес није једина карактеристика која је важна у процесору. Доста ЦПУ-а, ГПУ-а и других процесора су били лоши упркос томе што су били на добрим чворовима, као што је АМД-ов Радеон ВИИ, који је био пун процесни чвор испред Нвидијиног РТКС 2080 Ти, а ипак је био толико спор да је један од најгорих ГПУ-а икада.

Сам по себи, процесни чвор чипа не значи ништа. То би било као да купујете ЦПУ искључиво на основу тога колико језгара има, или конзолу јер има бласт обраду. Оно што је заиста важно код процесора су његове стварне перформансе, које се своде на друге хардверске спецификације и колико су апликације добро оптимизоване за тај хардвер. Ако само желите да знате шта је најбољи ЦПУ или ГПУ или лап топ је, процесни чвор вам то неће рећи. То вам само говори ко је направио чип.