Yarı iletken üretimin sürekli yürüyüşü, nanometrelerde (nm) ölçülen ve Kompleks Öğretim Setleri Bilişim (CISC) mikroişlemciler için, birkaç gelişme, süreç düğümlerinin küçülmesine göre dönüşüme yol açıyor.Bu işlem - nanometers (nm) ile ölçülen transistör boyutların sistematik olarak azaltılması - tüm hikayeyi, elektrik verimliliği ve x86 mimarisine dayanan bu tür cihazların işlevsel karmaşıklığı.

Tanımlama Süreci Node Euler

Süreç düğümleri, transistör içindeki kritik boyutlardaki dönüştürücü azalmaya işaret eder – en küçük özelliğin neredeyse ölçütleri olsa da, modern isimlendirmeler ve bağlantı tabakaları arasında da yankılanır. Endüstri Moore'un adını takip eder (örneğin, 10μm, 1μm, 180nm, 14nm) her iki yılın yaklaşık iki katındaki hızçıların sayısını iki katına çıkarırken, her iki yıl daha küçük transistörlerin 10 erkenden 1970'ten beri her zamankinden daha küçük çaplı gelişmelerin 10.

Büyük, karmaşık öğretim setlerine ve ağır bir mikrokoleğe güvenen CISC mikroişlemciler için, her bir işlem, özellikle de sınırsız sayıdaki uygulama ve benzeri olmayan bir şekilde gelişmiştir.The x86 architecture - the dominant CISC family from Intel and AMD – has been developed through many node Transitions, from 180nm Ryzen 7040 serisine kadar[değiştir | kaynağı değiştir]

CISC Mimarisi ve Tek Talepleri

CISC mikroişlemciler, program başına gelen talimatların sayısını azaltır, ancak işlemcinin kontrol ünitesini ve verilerini azaltabilmesine izin verir.Compleation data, perform an arithmetic operation, and storage the result. This design philosophy reduce the number of instructions per schedule, but provides the complexity of the operator's control unit and datapathd to Reduced Instruction Set (RISC) tasarımları, CISC çipleri, öğretim decoding için daha fazla transiste ihtiyaç duyar. Örneğin, Intel's Core mikroarchitecture has been complex decoders, micro partition.

Bu doğal karmaşıklığı, CISC'nin özellikle de yok edici bir şekilde tasarımlarını yapar. Daha küçük bir node, standartt:0) Modern x86 performans için gerekli olan tüm yenilikleri, yoğunluk kazanmaksızın, tarihi CISC işlemcileri daha erken bir performans tavanına çarptıracaktır.

Nasıl düğümler Boost CISC Performansı

Node demes'in performansı üç birincil alanda ortaya çıkıyor: saat frekansı, güç verimliliği ve daha işlevsel blokları entegre etme yeteneği. Bunların her biri CISC mikroişlemcilerin gerçek dünya hızını artırmakta farklı bir rol oynamaktadır.

Saat Frekansları Kazandı

Küçük transistörler daha düşük kapı kapasitesi ve daha kısa kanal uzunluğu sergiliyor, onları daha hızlı ve hızlı bir şekilde değiştirmelerine izin veriyor. Örneğin, Intel'in 65nm'den geçişini 65nm (Conroe, ~2.93 GHz) hızlanan ısıtılmış ısıtılmış ısılar nedeniyle hızlanıyor.

Güç Verimliliği ve Termal Yönetim

CISC işlemcileri için daha önemli bir fayda, güç verimliliğinde iyileşmedir. Örneğin, Intel'in 14nm'den 10nm işlemi aynı frekansta aktif bir güç için izin verilir. Düşük güç, daha az ısıtılabilir, ki bu da yüksek derecede yüksek derecede yüksek bir ısıtılabilir. Örneğin, Intel'in 14nm'den 14nm'den 14nm'ye kadar 10nm işlemine kadar uzanan ısı üretimine yol açar.

Leakage akımı daha küçük düğümlerde daha sorunlu hale gelir, ancak yüksek hacimli metal kapılar (toplamalı 45nm'de dönüştürülen) ve FinFET transistörleri (en 22nm) bu, üç boyutlu kanal yapısıyla, daha iyi elektrostatik kontrol sağlar, düşük frekanslı gerilimlere izin verir.

Kompleks Özellikler için Transistor Bütçe

Belki de node demelerinin en derin etkisi, verilen bir ölü alanda daha fazla transistörlülüğü entegre etme yeteneğidir.Bu "transistor bonus", 45nm üzerinde doğrudan eğitim geliştiren sofistike özellikler eklemek için izin verdi. 7nm tasarımının dahil edilmesi, dramatik bir şekilde geç bellek gecikmeleri [Döneticileri 1,4 MB L3 CPU'lar.

Ek olarak, node des, birden fazla çipin bileşenlerinin entegrasyonuna izin verir (örneğin, AMD’nin çiplet tabanlı Ryzen ve EPYC işlemcileri) Gelişmiş düğümlerin karşıladığı büyük bir monolithic ölümü, tasarımcılar, gelişmiş işlem teknolojiden yararlanırken, gelişmiş düğümlerin elde ettiği yoğun bağlantı ve yüksek bantlı paketleme teknikleri olmadan mümkün olacaktır.

Heat ve Power Wall

Node, uygun olmayan performans kazançlarını teslim ederken, aynı zamanda derin zorluklar da ortaya koyarlar – ki bunlar arasında ısı ve güç duvarı. Alt-10nm süreçleri, güç yoğunluğu (kırdaki miller için) gerçekten artış gösterebilir, özellikle de işletim frekansı tırmanması gibi.Bu, yüksek performanslı bir CISC çipleri, masaüstü veya masaüstü sistemlerinin ötesinde birkaç yüz watt tüketebilir.

[FONT=0)Dark silikon[[Dönetici: çiplerin kısımları, ısıtılması için kullanım sırasında kasıtlı olarak bırakılırsa veya güçlendirilir. (TDP) sınırları içinde kalmak için, örneğin, modern multi-core CISC işlemcileri genellikle bir kaç tane çekirdek üzerinde geçici olarak çalışır:) Yüksek performanslı bir performans için daha yüksek verimlilik sağlarken, bu tür bir yönetime izin vermek için temel verimliliği sağlar.

Başka bir termal endişe şu şekildedir:0)hotspot formasyon[Dönetici:0)[Dörtüncü)[Dörtücüler, tümleşik ısıtıcıları ve buhar odaları gibi, diğerlerinden daha sıcak hale gelir. Gelişmiş düğümler daha iyi bir şekilde yayılabilir, ancak modern çiplerin kompaktlığı daha zor ısıtılır. Bu, entegre ısı yayıcıları ve buhar odaları gibi, aynı zamanda dağıtılan önbellekli aydınlatma tasarımları gibi, diğerlerinden çok sıcak hale gelir.

Üretim ve Ekonomik Hurdles

Her zaman küçük bir süreç düğümüne geçiş sadece teknik bir meydan okuma değildir - bir ekonomik olandır. 7nm veya 5nm wafers, sadece bir avuç şirket (TSMC, Samsung, Intel) karşı karşıya kalabilir.Bu, sonunda 150 milyon dolara mal olan adım atabilir.

Geri dönüş - işlevselliğin yüzdesi wafer başına ölür - aynı zamanda düğümler küçültülüyor. Küçük transistörler 7nm ve aşağıda, tek bir eksik atom bile tüm temel hataların birleştirilmesi) (örneğin, eşleme gerilimi yanlış eşleştirmeler) ve [[Döneticiler) ve adaptive techniques (örneğin, 7nm ve aşağıda, en iyi performans için% 70) bir miktar eksik atomu bile, en iyi şekilde kesmeye rağmen, tasarımcılar, kırmızıdan (örneğin, şarj edilebilir) ve bir şekilde şarj edilebilir teknikler (örneğin, daha iyi performans için) ve daha iyileştirici bir şekilde şarj edilebilir.

CISC mimarisi için, bu genellikle büyük monolithic ölüleri kullanır (örneğin, Intel'in ana sunucu işlemcileri), düşük verimler özellikle acı vericidir. AMD'nin büyük bir hesaplamayı kullanarak bu durumu daha iyi hale getirir, sonra onları yüksek bant genişliği ile birlikte diktirir.Bu strateji, AMD'nin 5nm düğümleri ile birlikte gelişmiş 5nm düğümleri sunmalarına izin verir.

Future: Beyond 3nm

Yarı iletken endüstri silikonun fiziksel sınırlarını yaklaşırken, CISC mikroişlemci performansı için ileriye dönük yol daha karmaşık hale gelir.Mevcut 3nm node (TSMC N3, Intel 3) 2nm ve 1nm düğümleri, transistör teknolojisini yerine getiren temel değişiklikler gerektirecektir.ETAF'lar veya nano tablolar sunar.

CISC işlemcileri için, bu, AI matrisleri, daha düşük güç ve daha yüksek frekanslar olasılığının - ancak% 10+ IPC kazançlarının tek başına sona erebileceği anlamına gelir. Bunun yerine, mimarların bu trend için transistör bütçesinden yararlanmaları gerekir.Thecrypt Matrixs, kriptograf birimleri ve gelişmiş hafıza kontrolörleri.

Başka bir sınır:0)3D yığınlama[DDDD][/FONTC) ile işlem bittiği ve önbellekli bittiği yerde, doğrudan analar altında, transistör yoğunluğunu artırmak ve IPC'nin önemli ölçüde artmasını sağlamak için tasarlanmıştır.

Ancak, bu gelişmiş teknikler kendi zorluklarıyla gelir: soğutma yığınları, birden fazla katman aracılığıyla güç teslimatını yönetmek ve silikonun ötesinde uzun vadeli güvenilirlik sağlamak. Kuantum etkiler, örneğin ) vetunneling:4[DVictt Dick Vic tr|s x x x x x x x x x x x tr|s x x x x x x x x x x

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Süreç düğümleri, son beş yılda CISC mikroişlemcilerinin olağanüstü performans kazanımlarının ardındaki motor olmuştur. Daha yüksek saat frekanslarına ve daha düşük güç tüketimine izin vermek için, karmaşık sipariş infaz motorları ve büyük önbellekler için, her yeni düğümün elde edebileceği bir seviyeye itti. Ancak, endüstri 1nm sınırına yaklaşırken, azalırken geri dönüş yasası o kadar düşük maliyetlidir: frekanslama durdu, güç yoğunluğu durmuş durumda, güç yoğunluğu birincil bir kısıtlama haline geldi ve üretim maliyetleri sadece en büyük oyuncuların devam edebileceği bir seviyeye kadar yol açtı.

CISC mimarlıkları için, gelecekte sadece daha küçük transistörlerde değil, daha akıllı olanları – uzman hızlandırıcılar, geçmişteki performans ve verimliliğin arttırılmasına yönelik 3D yığınlarını kullanarak, performans ve verimlilik çekirdeklerini kucaklayan heterojen tasarımları kucaklar. FinFET'den GAAFET'ye ve potansiyel olarak nano tablolar veya karbon nanotüpler için – geçmişteki mantıksal gelişmelerin ötesinde daha da artacaktır.