Onde está a Intel em geral? Apenas rastejou 10 nm?
Decidimos descobrir o que esses nanômetros medem? E é tão importante medi-los ou é só marketing? E a Intel está realmente tão desatualizada sem Deus?
Antes de passar para os processadores em nossos smartphones e computadores, um pouco noções básicas, como funciona um processador?
Conheça este transistor! Um elemento-chave de todos os processadores. Na verdade, um transistor é uma chave. A corrente flui através dele - isto é 1, a corrente não flui - isto é 0. Isso permite a contagem no sistema binário - a base de todos os processadores!
Anteriormente, os transistores eram lâmpadas a vácuo. Condicional - ligado ou desligado: um ou zero.
Havia muitas dessas lâmpadas para que tudo funcionasse de alguma forma. Por exemplo, o computador ENIAC de 1946 que ajudou a criar a bomba de hidrogênio tinha 17,5 mil tubos de vácuo e pesava 27 toneladas, ocupando 167 metros quadrados. Ao mesmo tempo, ele consumiu 150 kW de eletricidade.
E aqui está um dos pontos-chave que vale a pena prestar atenção. Mais uma vez, o consumo de energia dessas 17,5 mil lâmpadas foi de 150 kW.
Porém, no início dos anos 1960, houve uma revolução - a invenção e o início da produção de transistores de efeito de campo. Eles têm o silício como semicondutor inicial - daí o conhecido silicone, ahem, isto é, o Vale do Silício!
E então começou! O tamanho dos transistores diminuiu tanto que eles consomem significativamente menos eletricidade e ocupam menos espaço. E o número de transistores na computação começou a aumentar a uma taxa tremenda! E com ele o poder dos sistemas de computação!
O primeiro processador industrial Intel 4004, lançado em 1971, tinha 2.250 transistores.
E agora, por exemplo, no A13 Bionic desses transistores 8,5 bilhões - isso é mais do que pessoas no planeta! Então tchau…
Mas quanto os transistores modernos realmente diminuíram, quão pequenos eles são? Comparação simples, fácil de entender - por exemplo, com um cabelo humano!
Quase 1,5 milhão de transistores modernos feitos com uma tecnologia de processo de 7 nanômetros podem ser colocados em seu corte!
Ou seja, você pode colocar 4 vezes mais transistores na espessura de um cabelo humano do que no processador Intel 4004!
Por que deveria ser reduzido? Tudo é mais ou menos óbvio aqui!
Primeiro, quanto menor o transistor, menos energia ele consome. Você já entendeu isso com o exemplo do tubo.
E em segundo lugar, há mais deles na matriz, o que significa que a produtividade aumenta. Benefício duplo!
E aqui passamos para o conceito de processo técnico ou Nó de Tecnologia - o que é?
Se for para simplificar o máximo possível, então o valor do processo técnico tem sido historicamente o comprimento mínimo do canal do transistor - como você pode ver na foto - não deve ser confundido com o tamanho do transistor inteiro.
Ou seja, quanto menor o tamanho do processo técnico, melhor - é isso que as empresas estão tentando nos transmitir, mas é tudo tão simples?
E aqui outra coisa é importante: os transistores são diferentes e diferem não apenas no tamanho, mas também na estrutura.
Os transistores clássicos, planos ou planos deixaram de ser usados há relativamente pouco tempo - em 2012. Eles deram lugar a transistores tridimensionais, onde estenderam o canal para a terceira dimensão, reduzindo sua espessura e, portanto, reduzindo o próprio transistor. Essa estrutura é chamada de FinFET e eles são usados agora.
Essa tecnologia ajudou muito a reduzir o tamanho dos transistores e, o mais importante, aumentou muito o número de transistores por unidade de área, que é um dos principais indicadores de desempenho!
Mas o conceito de processo técnico significa o mesmo hoje e há alguns anos?
Uma tendência muito importante foi observada em toda a indústria - cada processo técnico subsequente foi 30% menor que o anterior, o que ajudou a dobrar o número de transistores, mantendo o mesmo consumo de energia - por exemplo, 130 * 0,7 = 90 nm, 90 * 0,7 = 65 nm, depois até 45 nm, 32 nm e assim por diante.
E isso ainda está de acordo com a Lei de Moore:
O número de transistores em um chip de circuito integrado dobra a cada 24 meses.
O que está por trás desse jogo de números?
Já descobrimos que o processo técnico é o tamanho da porta do transistor, ou seja, o comprimento do canal que passa ou não passa corrente por si mesmo, e esse tamanho é a chave!
Mas acontece que isso só é verdade se estivermos falando sobre os antigos 32 nm - tudo é preciso lá, mesmo se você medir com uma régua! E esse parâmetro foi documentado!
Mas isso foi até 2009, quando o conceito de processo técnico e sua designação foram excluídos do chamado “Plano internacional de desenvolvimento de tecnologia de semicondutores”!
Em termos simples - os números indicados nesses processos hoje são apenas um rótulo de marketing!
Os fabricantes enlouqueceram e começaram a chamar tudo de 10, 7 e geralmente 5 nanômetros, e alguém já está falando em 3 nanômetros! Você pode colocar tudo isso entre aspas, como uma designação simples de uma geração de processadores!
Aqui está um exemplo da estrutura do processador Apple A12, produzido na fábrica da TSMC usando uma tecnologia de processo de 7 nanômetros. Preste atenção à escala da escala no canto esquerdo inferior.
Se compararmos a escala e calcularmos, verifica-se que a largura do canal é de 8 nanômetros, apesar de o processo ser oficialmente chamado de 7 nanômetros.
Agora vamos comparar o processo de 10nm da Intel e o processo de 7nm da TSMC.
A propósito, saiba que hoje a TSMC é uma empresa que faz processadores para AMD, e também faz Apple A13 e Snapdragon 865 - então considere que estamos comparando todos os seus chips de uma vez.
Preste atenção à dimensão. Você pode ver imediatamente que o mesmo 10nm da Intel é quase o mesmo que 7nm da TSMC! Então a Intel não está tão atrás da AMD e de outros fabricantes - eles apenas perderam a batalha de marketing? Também aqui nem tudo é tão simples!
De repente, a Intel até supera o TSMC em alguns aspectos.
Olhe para 1 milímetro quadrado de um die Intel de 10 nm, cabem cerca de 5% mais transistores do que 7 nm da mesma Apple, Qualcomm ou AMD.
Mas, ao mesmo tempo, o aumento da densidade também tem desvantagens - maior aquecimento!
Isso significa que os cristais Intel são mais poderosos, mas devido à sua densidade, eles esquentam mais. Assim, obtemos o mesmo afogamento notório.
E os processadores fabricados pela TSMC - Apple Qualcomm e AMD se beneficiam precisamente devido ao arranjo mais espaçoso de transistores de aproximadamente o mesmo tamanho.
Como eles fazem isso é mais uma questão de arquitetura interna, e não um número que está em nome desses processos.
Não pense que esqueci a arquitetura N7FF + - sim, é ainda mais densa que a Intel, mas se falamos de chips AMD Zen 2, Appl A13, Snapdragon 865 - todos são feitos com base em TSMC 7FF e perde em densidade Intel.
O único processador já produzido com a nova tecnologia N7FF + usando litografia ultravioleta extrema é o Kirin 990 5G. Aqui, é claro, a densidade dos transistores aumenta muito - em até 15%!
Em teoria, os fabricantes apenas seguem um caminho ligeiramente diferente e, se você olhar para o futuro, ficará claro qual deles: aqui está um sinal de como tudo será - os chips da próxima geração.
Estamos interessados na linha sobre a densidade de transistores por milímetro quadrado!
De acordo com esses dados, a Intel em mais de 30 por cento ultrapassa Samsung e TSMC na densidade de transistores - e isso apesar do fato de que aqui já estamos comparando 7 nm de um fabricante e 5 de outro.
De onde vem esse aumento? Como esse aumento na densidade é possível - os prots simplesmente explodirão ou funcionarão apenas com um sistema de resfriamento sofisticado?
Certamente não dessa forma. O fato é que a Intel planeja mudar para transistores de uma estrutura completamente diferente - chamada HNS - Horizontal Nano Sheets - isso nos permitirá dar o salto!
Mas a Samsung tem planos semelhantes - eles vão um pouco na direção contrária em relação à estrutura Gate-All-Around FET.
É assim que parece na realidade - não tão fofo, mas pense em como eles são pequenos!
Como resultado, percebemos que por trás dos nomes de marketing de 7 nm e 5 nm existe uma batalha de arquiteturas, e no futuro seremos capazes de descobrir qual caminho foi o certo.
O que pode ser dito com certeza - estamos prestes a dar um grande salto entre todos os chips, móveis e desktops, nos próximos anos.
Por falar nisso, não quero encerrar o tema dos processadores, porque estudamos muitas informações e documentos, inclusive resolvemos durante o processo de produção. Por exemplo, você já ouviu falar desse processo de Litografia Ultravioleta Extrema? Se nos dedos, isso é algum tipo de fantasia - uma gota de estanho se transforma em plasma após um golpe de laser: é assim que os processadores modernos são criados. Mas as próprias instalações podem ser criadas por apenas uma empresa no mundo, e todos os gigantes dependem disso.