Süreç düğümü nedir?

Daha önce bir CPU, GPU veya hatta tamamen oluşturulmuş bir cihazın teknik özelliklerine veya reklamına baktıysanız Dizüstü veya masaüstü bilgisayarda, muhtemelen 7nm veya 5nm, hatta 4nm'lik bir işlemi, düğümü veya işlemi nasıl kullandığına dair abartılı bir şekilde görmüşsünüzdür. düğüm. Ancak birçok teknik özellik gibi süreç düğümü de basit bir sayıdan çok daha karmaşıktır, pazarlama tarafından nadiren açıklanır ve aslında çok fazla önemsemeniz gereken bir şey değildir. Süreç düğümleri ve bunların bilgisayar çipleri için aslında ne anlama geldiği hakkında bilmeniz gereken her şeyi burada bulabilirsiniz.

İşlem düğümleri: İşlemcilerin her yıl hatasız hızlanmasının büyük bir nedeni

Proses düğümleri, fabrikasyon veya dökümhane olarak bilinen tesislerde gerçekleşen, fabrikasyon veya "imalat" olarak da adlandırılan talaş üretimiyle ilgili her şeye sahiptir. Neredeyse tüm çipler silikon kullanılarak üretilse de, dökümhanelerin kullanabileceği farklı üretim süreçleri vardır ve süreç terimini buradan alıyoruz. İşlemciler birçok transistörden oluşur ve ne kadar çok transistör olursa o kadar iyidir, ancak çipler ancak böyle olabileceği için Yoğunluğu artırmak için transistörler arasındaki boşluğu azaltarak bir çipin içine daha fazla transistör sığdırmak büyük bir adımdır. anlaşmak. Daha yeni ve daha iyi süreçlerin veya düğümlerin icadı, daha fazla yoğunluğa ulaşmanın birincil yoludur.

Farklı süreçler veya düğümler, geçmişte mikrometre ve nanometre cinsinden ölçülen uzunluklara göre farklılık gösterir ve sayı ne kadar düşükse süreç o kadar iyi olur (golf kurallarını düşünün). Bu sayı, üreticilerin yeni bir süreç oluştururken küçültmek istediği bir transistörün fiziksel boyutlarını ifade ediyordu ancak 28nm düğümden sonra bu rakam keyfi hale geldi. TSMC'nin 5nm düğümü aslında 5nm değil, TSMC sadece 7nm'den daha iyi olduğunu ve 3nm kadar iyi olmadığını bilmenizi istiyor. Aynı sebepten dolayı bu rakam modern süreçleri karşılaştırmak için kullanılamaz; TSMC'nin 5nm'si, Samsung'un 5nm'sinden tamamen farklıdır ve hatta TSMC'nin N4 süreci durumunda, TSMC'nin 5nm ailesinin bir parçası olarak kabul ediliyor. Kafa karıştırıcı, biliyorum.

Yeni süreçler yalnızca yoğunluğu artırmaz, aynı zamanda saat hızını ve verimliliğini de artırma eğilimindedir. Örneğin, TSCM'nin 5nm düğümü (kullanılan Ryzen 7000 Ve RX7000 işlemciler) eski 7nm işlemiyle karşılaştırıldığında, aynı güçte %15 daha yüksek saat hızı veya aynı frekansta %30 daha düşük güç veya kayan bir ölçekte bu ikisinin bir kombinasyonunu sağlayabilir. Frekans ve verimlilik kazanımları 2000'li yılların ortalarına kadar çok daha çarpıcıydı. Transistörlerin küçültülmesi, Dennard adı verilen bir trend olan eski süreçlerdeki güç tüketimini doğrudan azalttı ölçeklendirme.

Moore Yasasının ölümü ve süreç düğümlerinin bununla ne ilgisi var?

Şirketlerin daha yeni süreçleri kullanmasındaki temel motivasyon, efsanevi yarı iletken figürü Gordon Moore'un 1965'te yaptığı bir gözlem olan Moore Yasası adı verilen bir şeye ayak uydurmaktır. Orijinal yasa, en hızlı CPU'daki transistörlerin büyüme oranının her iki yılda bir ikiye katlandığını belirtiyordu; bir yıldaki en hızlı işlemcinin 500 milyon transistörü varsa, iki yıl içinde bir milyar transistöre sahip olması gerekir. 40 yılı aşkın süredir sektör, her biri bir öncekinden daha yüksek yoğunluğa sahip yeni süreçler icat ederek bu tempoya ayak uydurabildi.

Ancak sektör 2000'li yıllarda engellerle karşılaşmaya başladı. İlk olarak, Dennard ölçeklendirmesi 2000'li yılların ortalarında 65 nm'den 45 nm'ye kadar çöktü, ancak 2000'li yılların sonlarında ve 2010'ların başında 32 nm'lik süreç ortaya çıktıktan sonra her şey dağıldı. Çoğu dökümhane için bu, yıllarca teslim edecekleri son büyük düğümdü. TSCM'nin 2014'teki 20nm'si tek kelimeyle kötüydü ve yalnızca 2015'teki 16nm süreci, 2011'deki 28nm'den değerli bir yükseltmeydi, Samsung bunu başaramadı 2015 yılına kadar 14nm'ye ulaşıldı ve GlobalFoundries (2000'li yıllarda AMD'nin fabrikalarından ayrıldı) kendi üretimini yapmak yerine Samsung'un 14nm'sini kiralamak zorunda kaldı. sahip olmak.

Bu çalkantının dikkate değer bir istisnası, 2011 yılında 22nm sürecini başarıyla piyasaya süren Intel'di. Ancak Intel'in yayın programı ve süreç kalitesi 22nm işaretinden sonra düşmeye başladı. 14nm işleminin 2013'te çıkması gerekiyordu ancak düşük saat hızları ve yüksek düzeyde kusurlarla 2014'te piyasaya sürüldü. Intel'in 10nm düğümüyle ilgili gülünç hedefleri, 2015 lansman penceresini kaçırarak sonuçta onu geliştirme cehennemine mahkum etti. İlk 10nm çip 2018'de geldi ve Intel'in şimdiye kadarki en kötü CPU'larından biri. Pazarlama amacıyla Intel 7 olarak yeniden adlandırılan Intel'in 10 nm'si, 2021 yılına kadar tamamen hazır değildi.

Son felaket TSMC'nin 3nm düğümünü ilgilendiriyorBu, mantık transistörlerindeki (diğer şeylerin yanı sıra CPU ve GPU'lardaki çekirdekleri oluşturan) yoğunlukta önemli bir iyileşme sağlar, ancak kelimenin tam anlamıyla yoğunlukta hiçbir gelişme yoktur. SRAM olarak da bilinen önbellek. Önbelleği küçültememek tam bir felakettir ve dökümhanelerin gelecekteki düğümlerde benzer sorunlarla karşılaşması olasıdır. TSMC, önbelleği küçültmekte zorlanan tek fabrika olsa da aynı zamanda gezegendeki en büyük çip üreticisidir.

Moore Yasasının sona erdiğini okuduğunuzda bunun anlamı budur, çünkü şirketler her yıl yoğunluğu artıramazsa transistör sayısı da artamaz. Transistör sayısı artamazsa, bu Moore Yasasının öldüğü anlamına gelir. Günümüzde şirketler teknik sonuçlardan ziyade Moore Yasasının performans sonuçlarına ayak uydurmaya odaklanmış durumda. Performans her iki yılda bir iki katına çıkarsa her şey yolunda demektir. AMD ve Intel, maliyetleri düşürürken hem transistör sayısını hem de performansı artırmak için chiplet kullanıyor ve Nvidia, boşluğu doldurmak için yalnızca yapay zekaya güveniyor.

Sonuçta süreç düğümleri bir çipin iyi olup olmadığını belirleyen faktörlerden yalnızca biridir

Yeni bir sürecin bir çipi küçültebileceğini, saat hızını artırabileceğini ve daha fazlasını yapabileceğini göz önünde bulundurursak verimli, üstelik tasarımda ya da mimaride büyük bir değişiklik yapmadan, süreçlerin neden böyle olduğu açık önemli. Ancak paketleme (yongacıklar veya döşemeler veya istifleme yongaları gibi) ve yapay zeka gibi diğer faktörler giderek daha uygulanabilir hale geliyor Basit optimizasyonun yanı sıra, performansı artırarak veya özellikler ekleyerek işlemciye değer vermenin yolları yazılım. Moore Yasasının ölümü ideal değil ancak yarı iletken endüstrisinin sonu değil.

Ek olarak, düğümler pazarlama nedenleriyle adlandırıldığından, bir çipin yeterliliğini yalnızca sürecine dayalı olarak tahmin etmenin gerçek bir nedeni yoktur; örneğin Intel'in 10nm'si, 7'nin 10'dan küçük olmasına rağmen aslında TSMC'nin 7nm'si kadar iyidir. Ancak bir işlemcide önemli olan tek özelliğin süreç olmadığı da doğrudur. Çok sayıda CPU, GPU ve diğer işlemciler, AMD'ninki gibi iyi düğümlerde olmalarına rağmen kötü durumdaydı Nvidia'nın RTX 2080 Ti'sinin ilerisinde tam işlem düğümü olan Radeon VII, ancak yine de o kadar yavaştı ki şimdiye kadarki en kötü GPU'lardan biri.

Bir çipin süreç düğümü tek başına hiçbir şey ifade etmez. Bu, yalnızca kaç çekirdeğe sahip olduğuna göre bir CPU veya yüksek işlem gücüne sahip olduğu için bir konsol satın almaya benzer. Bir işlemcide gerçekten önemli olan, diğer donanım özelliklerine ve uygulamaların o donanım için ne kadar iyi optimize edildiğine bağlı olarak gerçek performansıdır. Eğer sadece ne olduğunu bilmek istiyorsan en iyi CPU veya GPU veya dizüstü bilgisayar yani süreç düğümü bunu size söylemeyecek. Sadece çipi kimin yaptığını söylüyor.