Die Größe des Prozessknotens eines Prozessors wird immer häufig in den Spezifikationen des Chips diskutiert. Aber was ist das und warum ist das wichtig?

Was bedeutet "Prozessgröße"?

In diesem Zusammenhang wird "Prozess" verwendet, um den Herstellungsprozess und nicht den Computerprozessor zu beschreiben. Es geht darum, wie der Chip hergestellt wird und nicht, was er kann. Die Größe des Prozessknotens, gemessen in Nanometern, beschreibt die Größe des kleinsten möglichen Elements eines Prozessors.

Stellen Sie sich Folgendes vor: Wenn das Design eines Prozessors ein digitales Bild ist, wäre die Größe eines "Pixels" die Prozessgröße. Zum Beispiel ist bei Intels aktuellem Prozess das kleinste mögliche Element 14 Nanometer oder 14 nm. Je kleiner der Prozess ist, desto größer ist die erreichbare Auflösung. Infolgedessen können Hersteller Transistoren und andere Komponenten kleiner machen. Dies bedeutet, dass mehr Transistoren in einen kleineren physikalischen Raum gestopft werden können. Dies bietet einige große Vorteile sowie einige Nachteile.

Warum ist kleiner besser?

Wenn Sie alle Teile eines Transistors gleich schrumpfen, ändern sich die elektrischen Eigenschaften dieses Transistors nicht. Und je mehr Transistoren Sie in einem bestimmten Raum einsetzen können, desto größer ist Ihre Rechenleistung. Dies liegt an der Erhöhung der rechnerischen Parallelität und der Cache-Größe. Wenn Sie also versuchen, einen Chip zu beschleunigen oder neue Funktionen hinzuzufügen, gibt es einen starken Anreiz, die Größe der Transistoren zu verkleinern.

Kleinere Prozesse haben auch eine geringere Kapazität, so dass Transistoren schneller und mit weniger Energie ein- und ausgeschaltet werden können. Und wenn Sie versuchen, einen besseren Chip zu machen, ist das perfekt. Je schneller ein Transistor ein- und ausschalten kann, desto schneller kann er arbeiten. Transistoren, die mit weniger Energie ein- und ausgeschaltet werden, sind effizienter und reduzieren die für einen Prozessor erforderliche Betriebsleistung oder den "dynamischen Stromverbrauch". Ein Chip mit niedrigerer dynamischer Leistungsaufnahme wird Batterien langsamer entladen, kostet weniger Strom und ist umweltfreundlicher.

Kleinere Chips sind auch weniger teuer in der Herstellung. Chips werden auf runden Siliziumwafern wie dem obigen hergestellt. Ein einzelner Wafer enthält typischerweise Dutzende von Prozessorchips. Eine kleinere Prozessgröße erzeugt eine kleinere Chipgröße. Und wenn die Chipgröße kleiner ist, passen mehr Chips auf einen einzelnen Siliziumwafer. Dies führt zu einer Erhöhung der Herstellungseffizienz und reduziert die Herstellungskosten. Die Entwicklung eines neuen Prozesses erfordert große Investitionen, aber nachdem die Kosten wieder hergestellt sind, sinken die Kosten pro Werkzeug deutlich.

Was ist der Nachteil einer kleineren Prozessgröße?

Kleinere Transistoren sind schwieriger herzustellen. Wenn Transistoren schrumpfen, wird es immer schwieriger, Chips herzustellen, die mit der höchstmöglichen Taktgeschwindigkeit laufen. Einige Chips können nicht mit Höchstgeschwindigkeit laufen, und diese Chips werden als Chips mit niedrigeren Taktraten oder kleineren Caches "binned" oder bezeichnet. Kleinere Prozesse haben im Allgemeinen mehr Chips bei niedrigeren Taktgeschwindigkeiten, da die Herstellung eines "perfekten" Chips eine größere Herausforderung darstellt. Fabricators sind vorsichtig, um so viele Probleme wie möglich zu beseitigen, aber es kommt oft auf die unvermeidlichen Variationen der analogen Welt an.

Kleinere Transistoren haben auch eine größere "Leckage". Die Leckage ist ein Maß dafür, wie viel Strom ein Transistor durchlässt, wenn er sich in der "Aus" -Position befindet. Dies bedeutet, dass mit steigender Leckage auch der statische Stromverbrauch oder die Leistungsaufnahme eines Transistors im Leerlauf steigt. Ein Chip mit größerer Leckage benötigt mehr Energie, auch wenn er nicht aktiv ist, wodurch Batterien schneller entladen werden und weniger effizient läuft.

Ein kleinerer Prozess könnte eine geringere Ausbeute haben, was zu weniger voll funktionsfähigen Chips führt. Dies kann Produktionsverzögerungen und -mangel verursachen. Das macht es schwerer, die Investitionen zurückzugewinnen, die für die Entwicklung eines neuen Prozesses erforderlich sind. Dieses Risikoelement unterliegt jedem neuen Herstellungsverfahren, aber es gilt insbesondere für ein Verfahren, das so präzise ist wie die Halbleiterherstellung.

Natürlich versuchen Hersteller, diese Probleme zu reduzieren oder zu beseitigen, wenn sie einen neuen Prozess entwickeln, und sie sind häufig erfolgreich. Deshalb erhalten wir Chips, die schneller und effizienter sind, auch wenn die Prozessgröße schrumpft.

Fazit

Die Größe des Schrumpfprozesses ist schwierig, aber die Vorteile schaffen einen starken Anreiz für Hersteller, immer kleinere Prozessgrößen zu verfolgen. Und dank dieses Antriebs erhalten die Verbraucher alle paar Jahre schnellere und effizientere Chips. Es sind diese Fortschritte, die technologische Wunderwerke wie Smartphones möglich machen und die nächste Generation technologischer Errungenschaften ermöglichen.