โหนดกระบวนการคืออะไร?

หากคุณเคยดูเอกสารข้อมูลจำเพาะหรือโฆษณาเกี่ยวกับ CPU, GPU หรือแม้แต่อุปกรณ์ที่สร้างขึ้นอย่างเต็มรูปแบบเช่น แล็ปท็อปหรือเดสก์ท็อป คุณอาจเคยเห็นโฆษณาเกี่ยวกับวิธีการใช้กระบวนการ 7nm หรือ 5nm หรือแม้แต่ 4nm โหนดหรือกระบวนการ โหนด แต่เช่นเดียวกับข้อกำหนดทางเทคนิคอื่นๆ กระบวนการโหนดนั้นซับซ้อนกว่าตัวเลขธรรมดาซึ่งการตลาดไม่ค่อยอธิบาย และไม่ใช่สิ่งที่คุณต้องใส่ใจมากเกินไป ต่อไปนี้คือทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับโหนดกระบวนการ และความหมายที่แท้จริงสำหรับชิปคอมพิวเตอร์

โหนดกระบวนการ: เหตุผลสำคัญว่าทำไมโปรเซสเซอร์จึงเร็วขึ้นทุกปีโดยไม่ล้มเหลว

โหนดกระบวนการมีทุกสิ่งทุกอย่างที่เกี่ยวข้องกับการผลิตชิป หรือที่เรียกว่าการผลิตหรือ "การผลิต" ซึ่งเกิดขึ้นในโรงงานที่เรียกว่าโรงงานผลิตหรือโรงหล่อ แม้ว่าชิปเกือบทั้งหมดจะถูกประดิษฐ์ขึ้นโดยใช้ซิลิคอน แต่ก็มีกระบวนการผลิตที่แตกต่างกันซึ่งโรงหล่อสามารถนำมาใช้ได้ และนี่คือที่มาของคำว่า กระบวนการ โปรเซสเซอร์ประกอบด้วยทรานซิสเตอร์จำนวนมาก และยิ่งมีทรานซิสเตอร์มากเท่าไรก็ยิ่งดีเท่านั้น แต่เนื่องจากชิปสามารถทำได้เท่านั้น ใหญ่บรรจุทรานซิสเตอร์เข้าชิปมากขึ้นโดยการลดช่องว่างระหว่างทรานซิสเตอร์เพื่อเพิ่มความหนาแน่นเป็นเรื่องใหญ่ ข้อเสนอ. การประดิษฐ์กระบวนการหรือโหนดที่ใหม่กว่าและดีกว่าเป็นวิธีหลักในการบรรลุความหนาแน่นที่มากขึ้น

กระบวนการหรือโหนดที่แตกต่างกันจะมีความแตกต่างกันตามความยาวที่เคยวัดในหน่วยไมโครเมตรและนาโนเมตร และยิ่งจำนวนน้อย กระบวนการก็จะยิ่งดีขึ้น (ลองนึกถึงกฎกอล์ฟ) ตัวเลขนี้ใช้เพื่ออ้างถึงขนาดทางกายภาพของทรานซิสเตอร์ ซึ่งผู้ผลิตต้องการลดขนาดลงเมื่อสร้างกระบวนการใหม่ แต่หลังจากโหนด 28 นาโนเมตร ตัวเลขนี้กลายเป็นตัวเลขโดยอำเภอใจ โหนด 5nm ของ TSMC ไม่ใช่ 5nm จริงๆ TSMC เพียงต้องการให้คุณรู้ว่ามันดีกว่า 7nm และไม่ดีเท่ากับ 3nm ด้วยเหตุผลเดียวกัน ตัวเลขดังกล่าวจึงไม่สามารถใช้เปรียบเทียบกระบวนการสมัยใหม่ได้ 5nm ของ TSMC แตกต่างอย่างสิ้นเชิงจาก 5nm ของ Samsung และแม้แต่ในกรณีของกระบวนการ N4 ของ TSMC ก็ยัง ถือว่าเป็นส่วนหนึ่งของตระกูล 5nm ของ TSMC. ฉันรู้น่าสับสน

กระบวนการใหม่ไม่เพียงแต่เพิ่มความหนาแน่นเท่านั้น แต่ยังมีแนวโน้มที่จะเพิ่มความเร็วสัญญาณนาฬิกาและประสิทธิภาพอีกด้วย ตัวอย่างเช่น โหนด 5 นาโนเมตรของ TSCM (ใช้ใน ไรซิ่ง7000 และ RX7000 โปรเซสเซอร์) เมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการ 7 นาโนเมตรแบบเก่าสามารถให้ความเร็วสัญญาณนาฬิกาสูงขึ้น 15% ที่พลังงานเท่ากัน หรือพลังงานที่ต่ำกว่า 30% ที่ความถี่เดียวกัน หรือทั้งสองอย่างรวมกันในระดับแบบเลื่อน ความถี่และประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นเคยเพิ่มขึ้นอย่างมากจนถึงกลางทศวรรษ 2000 ทรานซิสเตอร์ที่หดตัวจะลดการใช้พลังงานโดยตรงในกระบวนการเก่า ซึ่งเป็นแนวโน้มที่เรียกว่าเดนนาร์ด การปรับขนาด

การตายของกฎของมัวร์และกระบวนการที่โหนดเกี่ยวข้องกับมัน

แรงจูงใจหลักสำหรับบริษัทต่างๆ ในการใช้กระบวนการที่ใหม่กว่าคือการก้าวให้ทันกับสิ่งที่เรียกว่ากฎของมัวร์ ซึ่งเป็นข้อสังเกตที่ทำโดยกอร์ดอน มัวร์ บุคคลสำคัญด้านเซมิคอนดักเตอร์ในตำนานในปี 1965 กฎหมายเดิมระบุว่าอัตราการเติบโตของทรานซิสเตอร์ใน CPU ที่เร็วที่สุดนั้นเพิ่มขึ้นสองเท่าทุก ๆ สองปี; หากโปรเซสเซอร์ที่เร็วที่สุดในหนึ่งปีมีทรานซิสเตอร์ 500 ล้านตัว ในสองปีก็ควรมีโปรเซสเซอร์ที่มีทรานซิสเตอร์พันล้านตัว เป็นเวลากว่า 40 ปีที่อุตสาหกรรมสามารถก้าวตามทันได้ด้วยการคิดค้นกระบวนการใหม่ๆ ซึ่งแต่ละกระบวนการมีความหนาแน่นสูงกว่าครั้งก่อน

อย่างไรก็ตาม อุตสาหกรรมนี้เริ่มประสบปัญหาในช่วงปี 2000 ประการแรก มาตราส่วน Dennard พังทลายลงประมาณ 65 นาโนเมตรถึง 45 นาโนเมตรในช่วงกลางปี ​​2000 แต่หลังจากกระบวนการ 32 นาโนเมตรเปิดตัวในช่วงปลายทศวรรษ 2000 และต้นปี 2010 ทุกอย่างก็พังทลายลง สำหรับโรงหล่อส่วนใหญ่ นี่เป็นโหนดหลักสุดท้ายที่พวกเขาจะส่งมอบเป็นเวลาหลายปี 20 นาโนเมตรของ TSCM จากปี 2014 นั้นแย่มาก และมีเพียงกระบวนการ 16 นาโนเมตรในปี 2015 เท่านั้นที่คุ้มค่าในการอัพเกรดจาก 28 นาโนเมตรในปี 2011 แต่ Samsung ไม่ได้ทำ เป็น 14 นาโนเมตรจนถึงปี 2015 และ GlobalFoundries (แยกตัวออกจากโรงงานของ AMD ในช่วงปี 2000) ต้องเช่า 14 นาโนเมตรของ Samsung แทนที่จะผลิต เป็นเจ้าของ.

ข้อยกเว้นที่น่าสังเกตประการหนึ่งสำหรับความวุ่นวายนี้คือ Intel ซึ่งประสบความสำเร็จในการนำกระบวนการ 22 นาโนเมตรออกมาใช้จริงในปี 2554 อย่างไรก็ตาม กำหนดการวางจำหน่ายและคุณภาพกระบวนการของ Intel เริ่มลดลงหลังจากเครื่องหมาย 22nm กระบวนการผลิตขนาด 14 นาโนเมตรคาดว่าจะเปิดตัวในปี 2556 แต่เปิดตัวในปี 2557 โดยมีความเร็วสัญญาณนาฬิกาต่ำและมีข้อบกพร่องในระดับสูง เป้าหมายอันน่าหัวเราะของ Intel ที่มีโหนดขนาด 10 นาโนเมตรนั้นในที่สุดก็ถึงวาระที่จะถึงขั้นตกนรกของการพัฒนา โดยพลาดช่วงเปิดตัวในปี 2558 ชิป 10 นาโนเมตรตัวแรกมาถึงในปี 2018 และ มันเป็นหนึ่งใน CPU ที่แย่ที่สุดของ Intel เลยทีเดียว. 10nm ของ Intel ซึ่งเปลี่ยนชื่อเป็น Intel 7 เพื่อวัตถุประสงค์ทางการตลาด ยังไม่พร้อมอย่างสมบูรณ์จนกว่าจะถึงปี 2021

ภัยพิบัติครั้งล่าสุดเกี่ยวข้องกับโหนด 3 นาโนเมตรของ TSMCซึ่งให้การปรับปรุงความหนาแน่นในทรานซิสเตอร์ลอจิกอย่างมีนัยสำคัญ (ซึ่งเป็นส่วนประกอบของคอร์ใน CPU และ GPU เหนือสิ่งอื่นใด) แต่แท้จริงแล้วไม่มีการปรับปรุงความหนาแน่นใด ๆ ใน แคชหรือที่เรียกว่า SRAM. การไม่สามารถย่อขนาดแคชถือเป็นหายนะครั้งใหญ่ และเป็นไปได้ว่าโรงหล่ออาจประสบปัญหาคล้ายกันในโหนดในอนาคต แม้ว่า TSMC จะเป็นเพียงโรงงานเดียวที่กำลังพยายามลดขนาดแคช แต่ก็ยังเป็นผู้ผลิตชิปรายใหญ่ที่สุดในโลกอีกด้วย

เมื่อคุณอ่านเกี่ยวกับการตายของกฎของมัวร์ ความหมายก็เป็นเช่นนั้น เพราะหากบริษัทไม่สามารถเพิ่มความหนาแน่นได้ทุกปี จำนวนทรานซิสเตอร์ก็จะเพิ่มขึ้นไม่ได้ หากจำนวนทรานซิสเตอร์เพิ่มขึ้นไม่ได้ นั่นหมายความว่ากฎของมัวร์ตายแล้ว ปัจจุบัน บริษัทต่างๆ มุ่งเน้นไปที่การติดตามผลการดำเนินงานของกฎของมัวร์ มากกว่าที่จะติดตามผลทางเทคนิค หากประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นสองเท่าทุก ๆ สองปี ทุกอย่างก็เรียบร้อยดี AMD และ Intel ใช้ชิปเล็ตเพื่อเพิ่มจำนวนทรานซิสเตอร์และประสิทธิภาพในขณะที่ลดต้นทุน และ Nvidia ก็อาศัย AI เพียงอย่างเดียวเพื่อลดหย่อนลง

ท้ายที่สุดแล้ว โหนดกระบวนการเป็นเพียงปัจจัยหนึ่งที่บ่งชี้ว่าชิปนั้นดีหรือไม่

เมื่อพิจารณาว่ากระบวนการใหม่สามารถทำให้ชิปมีขนาดเล็กลง เพิ่มความเร็วสัญญาณนาฬิกา และทำให้เพิ่มมากขึ้น มีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องทำการเปลี่ยนแปลงการออกแบบหรือสถาปัตยกรรมที่สำคัญใดๆ ชัดเจนว่าทำไมกระบวนการจึงเป็นเช่นนั้น สำคัญ. อย่างไรก็ตาม ปัจจัยอื่นๆ เช่น บรรจุภัณฑ์ (เช่น ชิปเล็ตหรือแผ่นกระเบื้อง หรือการเรียงชิป) และ AI ก็เริ่มมีประสิทธิภาพมากขึ้น วิธีการมอบคุณค่าให้กับโปรเซสเซอร์โดยการเพิ่มประสิทธิภาพหรือการเพิ่มคุณสมบัติต่างๆ ไม่ต้องพูดถึงการเพิ่มประสิทธิภาพแบบง่ายๆ ซอฟต์แวร์. การตายของกฎของมัวร์นั้นไม่เหมาะ แต่ก็ไม่ใช่จุดสิ้นสุดของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

นอกจากนี้ เนื่องจากโหนดได้รับการตั้งชื่อด้วยเหตุผลทางการตลาด จึงไม่มีเหตุผลที่แท้จริงที่จะประเมินความสามารถของชิปตามกระบวนการของมันเพียงอย่างเดียว ตัวอย่างเช่น 10nm ของ Intel นั้นดีพอๆ กับ 7nm ของ TSMC แม้ว่า 7 จะน้อยกว่า 10 ก็ตาม อย่างไรก็ตาม เป็นเรื่องจริงที่กระบวนการไม่ใช่คุณลักษณะเดียวที่สำคัญในโปรเซสเซอร์ CPU, GPU และโปรเซสเซอร์อื่นๆ จำนวนมากทำงานได้ไม่ดีแม้ว่าจะอยู่บนโหนดที่ดี เช่น AMD Radeon VII ซึ่งเป็นโหนดกระบวนการเต็มรูปแบบนำหน้า RTX 2080 Ti ของ Nvidia แต่ยังช้ามาก หนึ่งใน GPU ที่แย่ที่สุดที่เคยมีมา.

ด้วยตัวมันเอง โหนดกระบวนการของชิปไม่ได้มีความหมายอะไรเลย มันจะเหมือนกับการซื้อ CPU ตามจำนวนคอร์ที่มีเพียงอย่างเดียว หรือซื้อคอนโซลเนื่องจากมีการประมวลผลที่รวดเร็ว สิ่งที่สำคัญจริงๆ ในโปรเซสเซอร์คือประสิทธิภาพที่แท้จริง ซึ่งขึ้นอยู่กับข้อกำหนดเฉพาะของฮาร์ดแวร์อื่นๆ และประสิทธิภาพของแอปพลิเคชันสำหรับฮาร์ดแวร์นั้นอย่างเหมาะสมเพียงใด หากคุณเพียงอยากรู้ว่ามีอะไรบ้าง ซีพียูที่ดีที่สุด หรือ จีพียู หรือ แล็ปท็อป คือโหนดกระบวนการจะไม่บอกคุณสิ่งนั้น มันแค่บอกคุณว่าใครเป็นคนสร้างชิป