Нанопроцесс мобильных процессоров — что это и почему это очень важно для смартфонов?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Смартфоны и телефоны

Очередной релиз нового iPhone, Samsung Galaxy или какого-нибудь другого флагмана сопровождается целым рядом характеристик, одна из которых звучит загадочно и немного научно: «выполнен по техпроцессу X нм». О чём речь? Почему вдруг размер транзистора стал важнейшим показателем производительности гаджета?

Автор: YandexART Источник: ya.ru

Что значит термин «техпроцесс Х нм»?

Техпроцесс — это технология производства полупроводниковых чипов, измеряемая в нанометрах (нм). Говоря проще, это ширина канала транзистора внутри кристалла микросхемы. Чем меньше значение, тем меньший физический размер имеет элементарный компонент процессора — транзистор.

Чтобы представить масштабы миниатюризации, вспомните, что человеческий волос толщиной примерно 80 тысяч нанометров, а современный процессор выполнен по техпроцессу около 5-7 нм. То есть один канал транзистора тоньше человеческого волоса примерно в 10 тысяч раз! Да-да, буквально микроскопическая революция свершилась прямо у вас в кармане.

Зачем уменьшать размеры транзисторов?

Представьте мегаполис, где дороги узкие, дома высокие, а население стремительно растёт. Для поддержания работоспособности такого города нужно больше дорог, линий электропередачи и площадей. Примерно такая же задача стояла перед инженерами микроэлектроники.

Автор: pikisuperstar Источник: www.freepik.com

С уменьшением размера транзисторов появляется сразу несколько преимуществ.

Больше транзисторов на единицу площади. За счёт уменьшения габаритов одного элемента увеличивается плотность размещения транзисторов на кремниевом кристалле. Больше транзисторов означает большую вычислительную мощность и производительность процессора.

Более высокая энергоэффективность. Уменьшенные транзисторы обладают меньшей ёмкостью и сопротивлением, следовательно, быстрее переключаются и потребляют меньше энергии. Благодаря этому смартфоны дольше работают без подзарядки.

Выход новых возможностей. Меньшие транзисторы позволяют реализовать новые архитектурные решения, улучшая многопоточную обработку, графические возможности и поддержку сложных алгоритмов машинного обучения.

Автор: rawpixel.com Источник: www.freepik.com

Поддержка будущих стандартов связи. Современный мобильный рынок развивается настолько быстро, что поддержка новых протоколов вроде 5G и 6G требует принципиально иных технических подходов. Только уменьшенный техпроцесс способен эффективно справляться с высокими нагрузками и обеспечивать стабильную скорость обработки данных.

Конкуренция на рынке. Производители стремятся обогнать конкурентов, предлагая пользователям наиболее производительные и эффективные решения. Чем ниже показатель техпроцесса, тем выше шансы занять лидирующую позицию на рынке высоких технологий.

А есть ли плюсы у большего техпроцесса?

Да, больший техпроцесс обладает своими преимуществами, которые становятся значимыми в зависимости от конкретной задачи или цели разработчика. Несмотря на то, что современная тенденция направлена на постоянное уменьшение техпроцесса, большие узлы сохраняют свою актуальность и востребованность в ряде областей.

Автор: rawpixel.com Источник: www.freepik.com

Такая технология, к примеру, более проста в производстве. Процессоры, выполненные по большим техпроцессам, легче производить и контролировать. Производство мелких элементов сопряжено с необходимостью дорогостоящего оборудования и сложной технологии изготовления. Большие узлы позволяют применять менее дорогие и распространённые производственные линии, обеспечивая надёжность и долговечность изделия. К тому же сама разработка стоит значительно дешевле.

Большие транзисторы демонстрируют лучшую устойчивость к воздействию окружающей среды, таких как температура, влажность и механические нагрузки. Это свойство делает их идеальными кандидатами для военной техники, космических аппаратов и промышленных применений, где условия эксплуатации могут быть крайне неблагоприятными.

Такие техпроцессы, как правило, используются в автомобильной промышленности, при производстве бытовой техники и так далее.

Развитие рынка

За последние десятилетия индустрия пережила настоящий прорыв в области масштабирования транзисторов. Ещё в середине нулевых доминировали процессоры с техпроцессом 65 нм, позже появилось поколение 45 нм, потом пришли 28 нм, затем 14/16 нм, и наконец наступили эпохи 7 нм и 5 нм.

Автор: xb100 Источник: www.freepik.com

На сегодняшний день компания TSMC выпускает коммерческие продукты с минимальным техпроцессом порядка 3-5 нанометров. Есть информация о разработке технологий на уровне 2 нанометров, а в лабораториях ведутся исследования в направлении 1-нанометровых структур.

Причина столь стремительного прогресса кроется в физических законах: уменьшение ширины каналов транзистора даёт пропорциональное увеличение количества элементов на единице площади, улучшает эффективность охлаждения и уменьшает задержку передачи сигнала. Однако впереди много сложностей, связанных с преодолением фундаментальных барьеров квантовой механики и достижением пределов физического масштаба транзисторов.

Далекое будущее

Дальше возникает интересная граница: с размерами меньше атомарного масштаба (~0,1 нанометра) начинают проявляться эффекты квантовой физики. Здесь появляются совершенно новые явления, такие как туннелирование электрона сквозь барьер, затрудняющее управление состоянием транзистора. Эти процессы ставят физические ограничения на дальнейшее сокращение размеров транзисторов традиционным способом.

Автор: pikisuperstar Источник: www.freepik.com

Следовательно, минимальное практичное значение техпроцесса ограничивается областью порядка нескольких нанометров. Дальнейшее уменьшение потребует перехода к новым технологиям и материалам, возможно, основанным на принципах спинтроники, фотонных технологий или мемристоров.

В данный момент ученые работают над несколькими потенциальными направлениями для обхода текущих ограничений:

  • Использование альтернативных материалов. Кремний постепенно заменяется новыми материалами, такими как углеродные нанотрубки, графен или II-VI полупроводники, которые имеют лучшие свойства для сверхмалых размеров;
  • Разрабатываются трехмерные конструкции. Многослойные структуры могут позволить размещать компоненты вертикально, решая проблему плотности транзисторов;
  • Ищут новые подходы к архитектуре. Развитие специализированных нейроморфных и аналоговых вычислителей способно снизить потребность в традиционной цифровой обработке, облегчая задачи проектирования.

Итог

В настоящий момент минимальный рабочий техпроцесс составляет около 3-5 нанометров, но физическое ограничение лежит в районе единиц нанометров, где вступают в силу законы квантовой физики. Будущие достижения будут зависеть от открытия новых материалов и концептуально новых способов организации вычислительных процессов.

Изображение в превью:
Автор: rawpixel.com
Источник: www.freepik.com
Другое
Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)

1 комментарий

s
Вообще то ограничение накладывает кремний и его структура, и к его ограничения уже давно приблизилась а замены пока ищут. И стоило упомянуть что реальные нанометры другие, те что указывают это маркетинг компаний и часто только один компонент может быть самым маленьким остальные гораздо крупнее, а указывается как вся плата сделана с одним тех процессом, в общем врут.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Блики от неизвестных объектов на орбите найдены на фото докосмической эры: что это может быть?

До 4 октября 1957 года, когда на околоземную орбиту был выведен первый искусственный аппарат «Спутник-1», космическое пространство вокруг нашей планеты должно было оставаться абсолютно пустым....

Самое большое природное зеркало в мире: солончак Уюни

Мечтали пройтись по облакам? В таком случае самое время собирать чемоданы и строить маршрут в Боливию. Ведь именно здесь раскинулось огромное зеркало, сотворенное самой природой. В сезон дождей...

С каждым годом мы произносим на 120 000 слов меньше: как автоматизация быта лишает нас живого общения

Современная жизнь в крупных городах выстроена так, чтобы свести к минимуму необходимость общения с посторонними людьми. Технологии избавили нас от множества мелких бытовых разговоров. Чтобы...

Обзор бюджетного лазерного дальномера MiLESEEY S2

При проведении ремонта или заказе мебели приходится делать множество замеров, включая труднодоступные места. Сегодня рассмотрим компактный лазерный дальномер MiLESEEY S2. Это недорогой и лёгкий...

Обзор KICKPI KP2: сертифицированная Google TV приставка в формате стика

KICKPI KP2 это компактная приставка в формате стика на лицензионной системе Google TV 14, которая прошла сертификацию и получила DRM Widevine L1. Модель ориентирована на официальные потоковые...

Фонарик в смартфоне больше не включаю: обзор мини-фонаря Sofirn SC13

Сколько раз видел как люди ночью светили себе на темных тропинках чахлым фонариком, встроенным в смартфон. Эффективности от этого совсем не много, еще смартфон садится и есть риск его уронить в...