Процессор с каким техпроцессом потребляет меньше энергии

Добрый день, уважаемые любители компьютерного железа. Сегодня мы поговорим о том, что такое техпроцесс в процессоре. На что влияет данная величина, как помогает при работе компьютера, за что отвечает и так далее.

p, blockquote 1,0,0,0,0 —>

Начать хотелось бы с того, что процессоры состоят из транзисторов. Под крышкой теплораспределителя находится сам кристалл ЦП на кремниевой подложке, в состав которого входит миллиарды миниатюрных транзисторов. О внутренностях CPU – в отдельной статье.

p, blockquote 2,0,0,0,0 —>

Их габариты настолько крошечные, что измеряются в нанометрах. Отсюда и берет свое начало величина.

Возьмем к примеру компанию AMD и ее процессорные ядра семейства Bulldozer и Liano, выполненные по нормам 32 нм. На площади кристалла размером всего 315 мм2 размещено 1,2 млрд транзисторов. Если сравнивать с более старой технологией 45 нм, в которой на подложке 346 мм2 находилось «только» 900 млн транзисторов – прогресс очевиден.

p, blockquote 4,0,1,0,0 —>

Уменьшение, а точнее оптимизация техпроцесса дает следующие преимущества:

Эволюция техпроцесса

Если покопаться в истории полупроводников 70‑х и 80‑х годов, то можно встретить устройства, разработанные по нормам техпроцесса 3 мкм. К такому технологическому прорыву впервые пришли компании Zilog в 1975 году и Intel в 1979 году соответственно.

p, blockquote 5,0,0,0,0 —>

Компании активно развивали технологии и совершенствовали литографическое оборудование.В начале-середине 90‑х, прогресс достиг новых высот и на рынке стали появляться модели вроде Intel Pentium Pro и MMX, а также знаменитая «улитка» Pentium II.

p, blockquote 6,0,0,0,0 —>

Все изделия выполнялись по нормам процесса 0,35 мкм, т.е. 350 нм. Буквально через 10 лет технологии позволили сократить размер транзистора втрое, до 130 нм, и это был прорыв.Однако культовый период пришелся на 2004 год, когда инженеры начали осваивать для себя 65 нм. Тогда мир увидел знаменитые Pentium 4, Core 2 Duo, а также AMD Phenom X4 и Turion 64 x2. В это же время рынок наводнили чипы Falcon и Jasper для Xbox 360.

p, blockquote 7,0,0,0,0 —>

Текущий период разработки

Плавно подбираемся к современным разработкам и начнем со все еще актуального процесса 32 нм – эпоха Intel Sandy Bridge и AMD Bulldozer.

p, blockquote 8,0,0,0,0 —>

Синему лагерю удалось создать кристалл с частотой до 3,5 ГГц, на который можно поместить до 4 ядер и графический чип частотой до 1,35 ГГц. Также в чип встроили северный мост, PCI‑E контроллер версии 2.0, поддержку памяти DDR3. Все ядра получили по 256 КБ кэша L2 и до 8 МБ L3. И все это размещалось на подложке 216 мм2

p, blockquote 9,1,0,0,0 —>

Красные же умудрились разместить на подложке до 16 процессорных ядер частотой до 4 ГГц с поддержкой передовых на 2011 год инструкций x86, ввести поддержку Hyper Transport и оснастить чипы поддержкой DDR3.

p, blockquote 10,0,0,0,0 —>

Переход на 22 нм осуществил только Intel, добавив своим продуктам Ivy Br />Литография 14 нм подарила миру в 2017 году новый виток противостояния между AMD Ryzen и Intel Coffee Lake. В первом случае имеем совершенно новую архитектуру и признание во всем мире после многолетнего застоя. Во втором же – увеличение ядер на подложке в десктопном сегменте.

p, blockquote 11,0,0,0,0 —>

Дополнительно можно отметить снижение энергопотребления, добавление новых инструкций, снижение размера кремниевой пластины и повышение мощности в станах двух лагерей.Теперь ждем выход чипов, построенных по нормам 10 нм, который на данный момент доступен лишь в мобильном сегменте (Quallcomm Snapdragon 835/845, Apple A11 Bionic).

p, blockquote 12,0,0,0,0 —>

Зачем уменьшать техпроцесс?

Как я уже говорил выше, оптимизация литографии ведет к размещению большего числа транзисторов на подложке меньшего размера. Говоря простым языком, на одной площади можно расположить не 1, а 1,5 млрд транзисторов, что ведет к повышению производительности без увеличения тепловыделения.

p, blockquote 13,0,0,1,0 —>

Таким образом устанавливается больше ядер, вспомогательных компонентов и систем управления шинами.

Коэффициент умножения системной шины процессора также возрастает, а значит и его мощь растет.

p, blockquote 15,0,0,0,0 —>

На данный момент оптимальными процессорами, которые вобрали в себя самое лучшее из современных технологий, можно назвать Intel 8700k и AMD Ryzen 1800x. Есть конечно и более новый вариант от «красных» в лице Ryzen 2700 (12 нм), но его производительность немного скромнее.Надеемся, вы поняли суть, которую я хотели донести до вас в этой статье. В следующих обзорах мы коснемся таких понятий как разгон, нагрев, охлаждение и прочих животрепещущих вопросов, которые требуют пояснения. Оставайтесь с нами и следите за новыми публикациями. Удачи!

p, blockquote 16,0,0,0,0 —>

p, blockquote 17,0,0,0,0 —> p, blockquote 18,0,0,0,1 —>

Если вам хватает того, что телефон звонит, принимает смс и при необходимости снимает селфи, знать об устройстве чипсета, техпроцессе, герцах и других технических деталях вам ни к чему. Но если вас раздражает бешеный нагрев трубки при использовании любого мало-мальски требовательного приложения, если вас бесит разряжающаяся за полдня батарея и никудышное качество видеосъемки, архитектура чипсета должна быть ключевым фактором при выборе новой модели.

Как выбрать смартфон с мощным процессором?

Вычислительный центр любого смартфона — это чипсет, он же SoC, или System-on-Chip. Если коротко, чипсет объединяет процессор, графическое ядро, коммуникационные модули и оперативную память. Центральным элементом SoC является процессор, и его ключевые характеристики — техпроцесс, тактовая частота и количество ядер. Причем именно в таком порядке!

В сознании покупателя главные параметры процессора — это число ядер и тактовая частота. Маркетологи паразитируют на этом мнении, рекламируя 6-ядерных и 8-ядерных «монстров». Более того, для большинства показатели железа — далеко не главные критерии выбора смартфона. Мы чаще смотрим на диагональ, цифры PPI, разрешение экрана, емкость батареи, пиксели камеры, NFC, объем оперативки или наличие гироскопа для VR, а процессор отправляем в прочие, «второстепенные» параметры.

Результат такого подхода — разочарование, которое при активном использовании смартфона практически неизбежно. Повторюсь, если вы считаете, что телефон должен звонить и принимать сообщения, на характеристики процессора действительно можно закрыть глаза. Но если вы относите себя к категории активных пользователей, чипсет должен стать главным критерием при выборе смартфона. И смотреть надо не на ядра, а в первую очередь — на техпроцесс.

Почему значение техпроцесса столь велико? Для иллюстрации возьмем два смартфона с процессором Snapdragon восьмого поколения — LG G4 и LG G5. Берем две модели одного бренда, далекого от культовых противостояний яблочных и не-яблочных лагерей. Можно было бы взять Exinos-ы от Samsung, Apple А9 и А10 Fusion, Kirin или MediaTek, но сейчас не это главное. Мы на конкретном примере сравним схожие чипсеты, но собранные на разных техпроцессах, и LG для этих целей прекрасно подходит.

Железо под микроскопом

При беглом взгляде на характеристики разница невелика. LG G4 построен на чипсете Qualcomm Snapdragon 808, а его старший брат G5 — на Qualcomm Snapdragon 820. Разница между 808 и 820 может показаться незначительной — что такое 12 каких-то там единиц, обозначающих порядковый номер SoC в линейке компании Qualcomm?

Куда понятнее то, что в LG G4 целых шесть (!) ядер. Да, они работают на чуть меньшей частоте, всего 1,44-1,88 GHz, но зато их шесть против четырех у Пятерки. Дисплей у G4 больше, батарея чуть круче — 3000 мАч против 2800 мАч. При всем при этом Четверка еще и дешевле, пусть на какие-то 30-40 баксов, но все-таки дешевле. Поспешный вывод напрашивается сам — надо брать!

А теперь посмотрим на результаты синтетических тестов.

Во всех бенчмарках LG G5 превосходит младшую модель как минимум вдвое, в некоторых тестах перевес более впечатляющий. Кое-где, например, в бенчмарке AnTuTu, «Пятерка» вплотную приближается к Samsung Galaxy S7, а это уже заявка на победу. И батарею 2800 мАч G5 тоже держит дольше! В чем же дело, за счет чего G5 обходит G4 по всем статьям?

Разница в архитектуре и производительности чипсета. В G4 стоит Snapdragon 808, который производится по 20-нм техпроцессу. Процессор крупнее физически, а вычислительных блоков в нем намного меньше. Большой камень жрет много энергии, быстрее садит батарею, бешено греется, и даже в авральном режиме не справляется с серьезными задачами. Да, звонить и принимать смс он будет на ура, но если вы требуете от смартфона большего, в какой-то момент вы упретесь в потолок производительности (и температуры).

В LG G5 стоит Snapdragon 820, а это совсем другая архитектура Kryo, собранная на топовом на сегодня 14-нм техпроцессе. Вообще, переход на 14-нм техпроцесс стал важнейшим для смартфоно-строения событием. Компактные чипсеты занимают меньше места, потребляют меньше энергии, вмещают больше вычислительных блоков (миллиарды) и не так греются в сравнении с предшественниками.

От синтетики к практике

Какое отношение результаты синтетических тестов имеют к реальности? Все просто. Не нужно сравнивать пиковую производительность, читаем между строк и делаем правильные выводы:

1. Смартфон с мощным процессором 90% времени работает на холостых оборотах, а это значит, что ваш телефон всегда остается холодным.

2. Хороший чипсет потребляет на 40% меньше энергии, а это значит, что батарея на 2800 мАч держит заряд дольше, чем батарея на 3000 или 3200 мАч. Чипсет — не менее важный фактор автономности, чем паспортная емкость батареи.

3. Качество видео- и фотосъемки. Не удивляйтесь. Переводит фотографии в цифру и сохраняет снимки именно процессор, а камера лишь передает направленный пучок света на матрицу. Чем шустрее процессор, тем выше качество снимков, а если собираетесь снимать видео в формате HD, о старом железе лучше сразу забыть.

4. Производительность в играх и требовательных приложениях всегда на высоте. В сравнении с младшими моделями преимущество неоспоримо, более того, оптимизированный чипсет по скорости работы конкурирует с флагманами, которые оснащены очень мощным железом.

5. Комфортная ежедневная работа с рутинными задачами. Смартфон с мощным процессором будет летать, независимо от количества одновременно запущенных приложений.

Выводы

Мы взяли модели на чипсетах, разница между которыми не так уж и велика, но результат все равно впечатляет. Если же мы возьмем чипы прошлых поколений (Snapdragon 6хх или Snapdragon 4хх), то получим целую пропасть. При шести ядрах и 4GB оперативки в ваших руках может оказаться едва живой кусок железа, который за несколько часов убивает батарею, регулярно тупит и раскаляется до пугающих температур. К слову, именно по этой причине (плохие чипсеты) действительно дешевые китайцы временами плавят экран.

Сравнивайте чипсеты по всем параметрам. Выбирайте модели на чипах последних поколений, собранные по 20-нм, 16-нм или 14-нм техпроцессу. Поверьте, узнать техпроцесс чипсета намного проще, чем заработать 400-500 долларов на телефон. Не поленитесь перед покупкой потратить 5 минут, чтобы погуглить и понять, какое сердце у приглянувшейся вам модели. Добавлю, что Qualcomm объявил о переходе на 10-нм техпроцесс, так что вскоре мы получим новые чипы для флагманов, а сегодняшние лидеры станут значительно дешевле.

Будьте грамотным покупателем, и телефон в ваших руках всегда будет быстрым, холодным и с полным зарядом батареи!

Все современные вычислительные технологии базируются на основе полупроводниковой электронной техники. Для ее производства используются кристаллы кремния – одного из самых распространенных минералов в составе нашей планеты. С момента ухода в прошлое громоздких ламповых систем и с развитием транзисторных технологий этот материал занял важное место в производстве вычислительной техники.

Центральные и графические процессоры, чипы памяти, различные контроллеры – все это производится на основе кремниевых кристаллов. Уже полвека основной принцип не меняется, совершенствуются только технологии создания чипов. Они становятся более тонкими и миниатюрными, энергоэффективными и производительными. Главным параметром, который при этом усовершенствуется, является техпроцесс.

Что такое техпроцесс

Практически все современные чипы состоят из кристаллов кремния, которые обрабатываются методом литографии, с целью формирования отдельных транзисторов. Транзистор – ключевой элемент любой интегральной микросхемы. В зависимости от состояния электрического поля, он может передавать значение, эквивалентное логической единице (пропускает ток) или нулю (выступает изолятором). В чипах памяти с помощью комбинаций нулей и единиц (положений транзистора) записываются данные, а в процессорах – при переключении производятся вычисления.

В 14-нм технологии (по сравнению с 22-нм) сокращено количество барьеров, увеличена их высота, уменьшено расстояние между диэлектрическими ребрами

Технологический процесс – это процедура и порядок изготовления какой-либо продукции. В электронной промышленности, в общепринятом значении, это величина, которая указывает на разрешающую способность оборудования, применяемого при производстве чипов. От нее также напрямую зависит размер функциональных элементов, получаемых после обработки кремния (то есть, транзисторов). Чем чувствительнее и точнее оборудование используется для обработки кристаллов под заготовки процессоров – тем тоньше будет техпроцесс.

Что значит числовая величина техпроцесса

В современном полупроводниковом производстве наиболее распространена фотолитография – вытравливание элементов на кристалле, покрытом диэлектрической пленкой, с помощью воздействия света. Именно разрешающая способность оптического оборудования, излучающего свет для вытравливания, и является техпроцессом в общепринятом толковании этого слова. Это число указывает, насколько тонким может быть элемент на кристалле.

Фотолитография – вытравливание элементов на кристалле

На что влияет техпроцесс

Техпроцесс напрямую сказывается на количестве активных элементов полупроводниковой микросхемы. Чем тоньше техпроцесс – тем больше транзисторов поместится на определенной площади кристалла. В первую очередь это значит увеличение количества продукции из одной заготовки. Во вторую – снижение потребления энергии: чем тоньше транзистор – тем меньше он расходует энергии. Как итог, при равном количестве и структуре размещения транзисторов (а значит, и увеличения производительности) процессор будет меньше расходовать энергию.

Минусом перехода на тонкий техпроцесс является удорожание оборудования. Новые промышленные агрегаты позволяют делать процессоры лучше и дешевле, но сами набирают в цене. Как следствие, лишь крупные корпорации могут вкладывать миллиарды долларов в новое оборудование. Даже такие известные компании, как AMD, Nvidia, Mediatek, Qualcomm или Apple самостоятельно процессоров не делают, доверяя это задание гигантам вроде TSMC.

Что дает уменьшение техпроцесса

При уменьшении технологического процесса производитель получает возможность поднять быстродействие, сохранив прежние размеры чипа. К примеру, переход с 32 нм на 22 нм позволил вдвое увеличить плотность транзисторов. Как следствие, на том же кристалле, что раньше, стало возможным размещение не 4, а уже 8 ядер процессора.

Для пользователей главное преимущество заключается в снижении энергопотребления. Чипы на более тонком техпроцессе требуют меньше энергии, выделяют меньше тепла. Благодаря этому можно упростить систему питания, уменьшить кулер, меньше внимания уделить обдуву компонентов.

Схематический прогноз изменения техпроцесса в будущем

Техпроцесс процессоров на смартфонах

Смартфоны требовательны к аппаратным ресурсам и быстро расходуют заряд аккумулятора. Поэтому, для замедления расхода разряда, разработчики процессоров для мобильных устройств стараются внедрять в производство самые новые техпроцессы. К примеру, некогда популярные двухъядерники MediaTek MT6577 производились по техпроцессу 40 нм, а Qualcomm Snapdragon 200 ранних серий изготавливались по 45-нанометровой технологии.

В 2013-2015 годах основным техпроцессом для чипов, используемых в смартфонах, стал 28 нм. MediaTek (вплоть до Helio X10 включительно), Qualcomm Snapdragon серий S4, 400, а также модели 600, 602, 610, 615, 616 и 617 – это все 28 нм. Он же использовался и при изготовлении Snapdragon 650, 652, 800, 801, 805. «Горячий» Snapdragon 810, что интересно, был выполнен по более тонкому техпроцессу 20 нм, но это ему не сильно помогло.

Apple в своем A7 (iPhone 5S) тоже обходилась 20-нанометровой технологией. В Apple A8 для шестого Айфона применили 20 нм, а в модели A9 (для 6s и SE) уже используется новый 16 нм технологический процесс. В 2013-2014 годах Intel делали свои Atom Z3xxx по 22-нанометровой технологии. С 2015 года в производство запустили чипы с 14 нм.

Следующим шагом в развитии процессоров для смартфонов является повсеместное освоение техпроцессов 14 и 16 нм, а дальше стоит ожидать 10 нм. Первыми экземплярами на нем могут стать Qualcomm Snapdragon 825, 828 и 830.