Дайджест 054 - новые техпроцессы и новая архитектура мобильных процессоров

ARM разрешила делать многоядерные структуры любого состава!

Новости микропроцессорного производства открываются радостной вестью: ARM разрешила таки собирать процессорные кластеры любого состава! Ну, конечно, не просто взяла и разрешила, а разработала архитектуру чипов DynamIQ, способную выстраиваться в любые сложные наборы: 1 ядро + 3 ядра, 1 ядро + 5 ядер, 3 ядра + 7 ядер и т.д. Более гибкое разбиение позволит делать более умные мобильные платформы с более точным распределением нагрузки и попутным снижением энергопотребления. Раньше как было: кластеры могли содержать только парные ядра, например, 2+2 (Snapdragon 821), 2+4 (Snapdragon 650), 4+4 (Kirin 960, Snapdragon 835 и большинство прочих восьмиядерных чипов), 2+4+4 (десятиядерный Helio X30 и его предшественник Helio X20) и их можно было хоть как-то классифицировать, что мы и делаем вот уже несколько лет подряд (см. обзор мобильных процессоров 2017), а теперь сам чёрт ногу сломит где сколько и каких ядер... Зачем это? Ну, есть пара предположений...

Зачем нужно разбивать ядра мобильного процессора на кластеры

 

Зачем вообще разбивать ядра на кластеры? Вроде бы нам это ещё в 2011 году, при появлении архитектуры big.LITTLE объяснили: верхний кластер с более производительными ядрами осилит тяжёлые задачи, но при этом будет жрать батарею аки конь. Нижний кластер работает в обычном режиме: звонки, смс-ки, чатики всякие, то есть до 90% времени пользования смартфоном среднестатистического юзера (мобильные геймеры не в счёт!), ему особо большой производительности и не нужно, ядра кластера вообще обычно работают вполсилы, а потому и энергии потребляют в разы меньше. Телефон живёт дольше от одного заряда, все довольны. 

Потом MediaTek выпустил 10-ядерный процессор с тремя кластерами и долго и невнятно пытался объяснить, зачем нарисовался средний кластер. Оказывается, большинству часто используемых приложений не хватает мощности нижнего кластера и им приходится гонять верхний, то есть излишне напрягать смартфон, жрать батарею и творить прочие асоциальные действия. Вот инженеры MediaTek и предложили фееричное решение - разбить процессор на три кластера, запихать в верхний всего два ядра, но зато мощных, чтобы тащили игрушки и обработку видео, в средний кластер - тоже нормальные такие ядра, но менее энергозатратные, чтобы в основном аппарат работал с ними, а в нижний - совсем дохлые ядра с низкой частотой, чтобы они грели аппарат во время лежания на столе и помогали синхронизировать всякие соцсети в фоновом режиме. Вроде бы на этом можно и остановиться, только развивать структуру: сделать четыре кластера, увеличить число ядер в среднем, но вот загвоздка: если ты используешь два ядра в топе, то в нижнем кластере может быть только 2 или 4 ядра, другое количество не пойдёт! Опять снижение эффективности, простой, энергозатраты и т.д. Вот ARM и вылезла вперёд со своим предложением...

Архитектура ARM DynamIQ и её применение

На что заточена новая архитектура ARM DynamIQ? Конечно, на повышение энергоэффективности чипов и их удешевлению: ведь если вам для работы достаточно трёх ядер, зачем пихать четыре, когда одно можно оставить для следующего процессора в партии? Это ж с миллиона чипов какая экономия получится!

С другой стороны, подобной архитектуре нужно более гибкое управление, позволяющее распределять нагрузки ещё более хитрым образом, чем раньше, однако его реализация в новых версиях андроида уже не за горами. Уже в шестёрке нагрузка отлично скачет между кластерами, нет ничего сложного чтобы научить SoC работать и с такими структурами. Набор 1 мощное + 3 слабых ядра сможет найти применение не только в ультрабюджетных смартфонах, но и в более тонких и специфических устройствах: умных браслетах, часах, одежде, сумках, элементах обихода. Полным ходом идёт проникновение интернета вещей в нашу жизнь, эксперты прогнозируют, что к 2020 году количество домашней утвари, обладающей собственными мозгами, достигнет численности 38 миллиардов штук по всему миру и если благодаря новой архитектуре в каждом девайсе можно будет сэкономить по одному ядру, то экономия от технологии будет просто космическая!

Техпроцесс 7нм может появиться уже в 2018 году

Чёртов прогресс! Не успели выйти процессоры, построенные по 10нм проектным нормам (Exynos 8895 и Snapdragon 835), как уже вовсю ходят толки о переходе к уровню 7нм. Крупнейший фабричный производитель мобильных чипов в мире - компания TSMC - переносит часть оборудования на свой завод в Нанкине в материковом Китае, чтобы развернуть там линию по выпуску чипов с проектной точностью 7нм. Завод будет раскачиваться постепенно: в первом полугодии 2018 года он обкатает техпроцесс 16нм, обслужив целый ряд заказчиков бюджетных процессоров, а во втором полугодии уже перейдёт на более тонкий техпроцесс 7нм. При этом тестовые образцы покажут миру, возможно, уже в конце 2017 года, а массовое производство будет запущено ещё до наступления 2019 года. Как же производителю удаётся столь стремительный переход на всё более тонкие техпроцессы? Ну, они долго к этому готовились и параллельно с 10нм техпроцессом уже разрабатывали 7нм и поглядывали на 5нм. В производстве используется экстремальный ультрафиолет, без которого был бы невозможен выход на уровень 7нм, но при этом он поможет работать и с 5нм чипами!

Что такое 7нм техпроцесс? Это много или мало? Уверен, для большинства это просто ничего не значащая цифра. Однако подумайте над следующими моментами:

• С большой долей вероятности в вашем текущем смартфоне стоит процессор, выполненный по 28нм техпроцессу. В процессорах на 7нм техпроцессе транзисторы, наименьшие элементы системной логики, будут примерно в 4 раза меньше ваших! И это значит, что на плате процессора их поместится в 16 раз больше (если рассматривать только планарное размещение транзисторов), а по факту увеличение плотности может составить от x20 до x40 раз!
• Производительность процессоров возрастёт не столь значительно, но всё равно десятикратное увеличение скорости работы гарантировано
• При этом энергопотребление будет не увеличиваться, а уменьшаться, так как более мелкие элементы схемы требуют меньшего тока для своей работы
• То же и с нагревом: чему ж там греться, если энергопотребление снизится в десять раз?
• Размеры чипов могут быть уменьшены почти на порядок с сохранением достойного уровня производительности. Если сейчас мобильный процессор легко уместится у вас на кончике пальца (размер чуть больше карты памяти microSD), то 7нм чипы могут быть размером меньше, чем тетрадная клетка. Для высокоточной машинной сборки это не составит никакой проблемы
• Мы получим совершенно новый класс устройств: уже совсем не смартфоны, и даже не часы и браслеты, а микроустройства, которые можно прикрепить к одежде или даже имплантировать под кожу без каких-либо неудобств!

Вот что такое 7нм техпроцесс. И это всё только цветочки! Ягодки начнутся на техпроцессе 5нм!

Samsung тоже освоит 7нм техпроцесс

На конференции China Semiconductor Technology Conference (CSTIC) в Шанхае, что проходила совсем недавно, в марте этого года, товарищи из Самсунга заявили, что планируют перейти на 7нм техпроцесс в производстве собственных чипов уже в 2018 году. То есть хотят не отстать от TSMC. В архитектуре чипов появятся транзисторы GAA FET - очередной шаг к объёмному литью схем. Они же потом перейдут и в 5нм техпроцесс. 

На презентации много говорили о машинной логике на базе искусственного интеллекта, высокопроизводительных серверах и жутко умных системах автопилотирования автомобиля. Всё это с трудом будет работать на современных процессорах и требуется переход к более мощным решениям на более тонких техпроцессах. 

Представители компании Samsung также отметили стремительный рост китайских компаний, которые сфокусировали своё внимание на разработке приложений в сфере IoT. Принимая во внимание огромный потенциал продукции данного сегмента рынка, Samsung выпустила технологию FD-SOI в качестве недорогой альтернативы технологическому процессу FinFET, а также представила 28-нм полупроводники на FD-SOI пластинах специально для устройств IoT.

Техпроцесс 5нм: кто разрабатывает и когда будет?

Intel заявлял, что в 2020 году начнёт производство 5нм процессоров. Как и упоминалось выше, для производства чипов по проектным нормам 5нм потребуется жёсткий ультрафиолет и фотолитография по технологии EUVL. Глубокий ультрафиолет, используемый в данном методе производства, имеет длину волны вплоть до 15нм. и способен работать с элементами размером 4нм и даже 2нм. Этого вполне достаточно для "выжигания" на пластине 5нм транзисторов, однако для дальнейшей миниатюризации скорее всего придётся подумать о чём-то более жёстком. Возможно, придётся задействовать уже и радиоактивное излучение.

О планах перехода на 5нм техпроцесс заявляли и представители Samsung на упомянутой выше конференции, и срок тоже ставили 2020 год.

TSMC же пошёл дальше всех и уже заложил новый завод на родном Тайване, в одном из научных парков на юге острова, там же, где уже успешно функционирует несколько их фабрик. Строительство начнётся в текущем, 2017 году, ввод в эксплуатацию фабрики - до 2019 года и в 2020-м году первые рабочие образцы процессоров. Выход на проектные мощности будет сопровождаться одновременной разработкой 5нм и 3нм техпроцессов. Массовое производство 5нм чипов будет начато в 2020 году, а 3нм - в 2022 году. Конечно, эти планы воспринимаются как очень реалистичные, так что можно накидывать по году-полтора на заявления китайцев и получим более реальные даты. 

Что такое техпроцесс? Популярное объяснение

 

< Предыдущая		Следующая >