Декабрь 19, 2019 Просмотры 2 просмотра

Миссия выполнима: новый рубеж в истории полупроводниковых технологий

Все выдающиеся достижения проходят долгий путь, измеряемый тысячами человеко-часов напряженных исследований, годами трудоемкой работы по отработке идей, десятилетиями упорного научного подвижничества.

Долгий путь – во времени и пространстве – проходит процессор, прежде чем оказаться в нашем настольном ПК, ноутбуке, сервере, готовом воплотить в жизнь все наши самые смелые пожелания. Сколь долог и кропотлив процесс его разработки, отладки, производства и интеграции...

Долгий путь от идеи к ее воплощению, от постановки задачи до ее решения, от создания инженерного чуда до его использования в каждом уголке земного шара...

Вдумайтесь: 60 лет назад обычный кремний – одно из самых распространенных веществ на Земле, буквально лежащее у нас под ногами, - был выбран в качестве основы для создания в общем-то радиодетали, ставшей впоследствии элементом, пожалуй, самого интеллектуального на планете устройства – микропроцессора.

60 долгих лет мы шли к тому, чтобы сегодня с гордостью констатировать – ИТ-отрасль, полупроводниковая индустрия, имеющая богатейшую историю развития, только что перешла на ее новый виток. 60 лет, из которых несколько последних были отданы достижению нового прорыва – и он наступил тогда, когда, казалось бы, индустрии предрекали закат...

Но началось все несколько лет назад...

Конец 90-х годов прошлого века – минуло 30 лет, как микропроцессоры прочно вошли в нашу жизнь. Поколения интегральных микросхем, следуя закону Мура, сменяли друг друга, становясь все более производительными, а транзисторы – компактными. Однако битва за миниатюризацию исчерпала возможности одного из наиболее критических компонентов транзистора: прослойки из диоксида кремния (SiO2), служившей изолирующим слоем между затвором транзистора и его каналом. С каждым новым поколением процессоров слой диэлектрика становился все более тонким, пока не достиг всего 5 атомов, что значительно увеличивало токи утечки и, соответственно, энерговыделение процессора. Инженеры Intel приступили к поиску решения проблемы...

В ноябре 2003 г. исследователи Intel нашли выход – диоксид кремния должен заменить диэлектрик high-k на основе гафния, а базой для затвора может стать уникальное сочетание металлов. Индустрия получила шанс выйти из тупика и продолжить свое прогрессирующее развитие. Уже первые оценки транзисторов, созданных на основе 45-нанометрового техпроцесса с использованием инновационных компонентов, показали: скорость переключения транзисторов возрастает на 20%, энергия, требующаяся им для переключения, уменьшается на 30%, а утечка тока через диэлектрик падает в 10 раз! Перспективы потрясли воображение даже сведущих специалистов...

В январе 2007 г., спустя год после создания «пробного» кремниевого устройства с использованием революционных транзисторов – 153-мегабитной микросхемы памяти SRAM, на опытно-экспериментальной фабрике Intel D1D в Орегоне был получен и первый жизнеспособный микропроцессор, получивший кодовое наименование Penryn. Корпорация Intel форсирует выполнение миссии «45» – вскоре будет объявлено, что новейшие чипы будут выпускаться еще на 3 фабриках Intel, помимо D1D: Fab11X в Рио-Ранчо (Нью-Мексико), Fab 32 в Чэндлере (Аризона) и Fab 28 в Кирьят-Гате (Израиль). Общие инвестиции Intel в перевооружение своих производственных мощностей превысили $8 млрд.

В октябре 2007 г. корпорация Intel объявила о начале массового производства микропроцессоров на основе передового 45-нм техпроцесса. Всего месяц спустя мир облетит официальная весть о выпуске первых 16 моделей новейших процессоров Intel для серверов и высокопроизводительных ПК. Фабрика, общая производственная площадь которой эквивалентна 17 футбольным полям, должна обеспечить успех продукции Intel во всех уголках света.

Этапы большого пути

С момента изобретения первого транзистора (1947 год) быстрое развитие технологий подготавливало почву для создания более совершенных и производительных, и в то же время экономичных и энергосберегающих устройств. Несмотря на успехи в этой области, рост выделения тепла и электрические токи утечки оставались важнейшим препятствием на пути уменьшения размеров транзисторов и следования закону Мура. Поэтому нет ничего удивительного в том, что некоторым материалам, применявшимся на протяжении последних 40 лет в производстве транзисторов, потребовалась замена.

Для создания своих 45-нанометровых (нм) транзисторов корпорация Intel применила передовые материалы, сочетание которых позволяет добиться очень низких токов утечки и рекордно высокой производительности. Создав на базе новой 45-нанометровой производственной технологии первые работоспособные образцы пяти процессоров с кодовым названием Penryn (новое поколение процессоров семейств Intel® Core™ 2 и Intel® Xeon®), корпорация Intel смогла успешно преодолеть сложные барьеры, в очередной раз подтвердив справедливость закона Мура. Тем самым устранены многие преграды на пути дальнейшего развития микроэлектроники, что обеспечит возможности для разработки и выпуска энергосберегающих, экономичных, высокопроизводительных компонентов (процессоров и др.) для различных устройств: от ноутбуков и мобильных устройств до настольных ПК и серверов. Как и было запланировано ранее, корпорация Intel начала массовый выпуск продукции на основе 45-нанометровой производственной технологии.

В связи с этим уместно оглянуться назад, вспомнить историю микроэлектроники и важнейшие вехи на пути создания инновационной 45-нанометровой полупроводниковой технологии Intel, которая обеспечит выполнение закона Мура и его актуальность и в следующем десятилетии.

16 декабря 1947 г.: Уильям Шокли (William Shockley), Джон Бардин (John Bardeen) и Уолтер Браттейн (Walter Brattain) из Bell Labs создали первый транзистор.

1950 г.: Уильям Шокли разработал биполярный планарный транзистор, сегодня это устройство обычно называют просто транзистором.

1953 г.: выпущено на рынок первое коммерческое устройство на базе транзистора – слуховой аппарат.

18 октября 1954 г.:
на рынке появился первый транзисторный радиоприемник (Regency TR1), в нем использовалось всего четыре германиевых транзистора.

25 апреля 1961 г.: выдан первый патент на интегральную схему; его получил Роберт Нойс (Robert Noyce), впоследствии ставший одним из основателей корпорации Intel. Первые транзисторы можно было использовать в радиоприемниках и телефонах, однако новым электронным устройствам требовалось нечто более компактное – интегральные схемы.

1965 г.: провозглашен закон Мура – Гордон Мур (Gordon Moore), также один из основателей корпорации Intel, в статье, опубликованной в журнале Electronics Magazine, предсказал, что в будущем число транзисторов на одной микросхеме будет удваиваться примерно каждый год (десять лет спустя прогноз был скорректирован на каждые два года).

Июль 1968 г.: Роберт Нойс и Гордон Мур уволились из компании Fairchild Semiconductor и основали новую корпорацию, получившую название Intel (сокращение от «Integrated Electronics» – микроэлектроника).

1969 г.: Intel создала первую успешную транзисторную технологию на базе кремниевого затвора – PMOS. В транзисторах по-прежнему использовался затвор с диэлектриком из традиционного диоксида кремния (SiO2), однако появились новые управляющие электроды из поликристаллического кремния.

1971 г.: Intel выпустила свой первый микропроцессор – 4004. Микропроцессор 4004 имел размеры 1/8 дюйма на 1/16 дюйма (3,18х1,59 мм), содержал лишь немногим больше 2000 транзисторов и выпускался по 10-микронной производственной PMOS-технологии Intel.

1978 г.:
16-разрядный процессор 8088, содержавший 29000 транзисторов, работал с тактовыми частотами 5, 8 или 10 МГц. Важнейшее торговое соглашение с новым подразделением корпорации IBM, разрабатывавшим персональный компьютер, позже (в 1981 г.) сделало микропроцессор Intel 8088 «мозгом» нового хита на рынке – IBM PC. Успех микропроцессора 8088 позволил Intel войти в престижный рейтинг Fortune 500, а журнал Fortune назвал Intel одним из «бизнес-триумфаторов семидесятых годов».

1982 г.:
создан микропроцессор 286, известный также как 80286, – 16-разрядный процессор Intel, который был способен выполнять программы, написанные для его предшественника. 286-й процессор содержал 134000 транзисторов, его тактовые частоты составляли 6, 8, 10 и 12,5 МГц.

1985 г.: выпущен микропроцессор Intel386™, в котором содержалось 275000 транзисторов – это более чем в 100 раз превосходило число транзисторов в первом микропроцессоре 4004. Он представлял собой 32-разрядную микросхему и поддерживал многозадачность, т. е. был способен выполнять несколько программ одновременно.

1993 г.: выпущен процессор Intel® Pentium®, насчитывавший 3 миллиона транзисторов и изготовленный по 0,8-микронной производственной технологии Intel.

Февраль 1999г.: Intel выпустила в продажу процессор Pentium® III – кремниевый кристалл, содержавший более 9,5 миллионов транзисторов и изготовленный по 0,18-микронной производственной технологии Intel.

Январь 2002 г.: представлена новейшая версия процессора Intel® Pentium® 4 c тактовой частотой 2,2 ГГц, предназначенная для высокопроизводительных настольных ПК. Процессор выпускался по 0,13-микронной производственной технологии и содержал 55 миллионов транзисторов.

13 августа 2002 г.: Intel представила несколько технологических инноваций, вошедших в состав новой 90-нанометровой производственной технологии, среди которых были более производительные транзисторы с пониженным энергопотреблением, технология напряженного кремния, высокоскоростные медные межсоединения и новый диэлектрический материал low-k. Это был первый в отрасли пример применения технологии напряженного кремния при производстве процессоров.

12 марта 2003 г.:
дата рождения революционной технологии Intel® Centrino® для мобильных ПК; в ее состав была включена новейшая версия процессора Intel для мобильных ПК – Intel® Pentium® M. Этот процессор, созданный на базе новой микроархитектуры, специально оптимизированной для мобильных ПК, выпускался по 0,13-микронной производственной технологии Intel и состоял из 77 миллионов транзисторов.

26 мая 2005 г.: дебютировал первый массовый двухъядерный процессор Intel – Intel® Pentium® D, содержавший 230 миллионов транзисторов и выпускавшийся по самой передовой на то время 90-нанометровой производственной технологии Intel.

18 июля 2006 г.:
начался выпуск двухъядерного процессора Intel® Itanium® 2, имеющего по сей день самую сложную в мире структуру и содержащего более 1,72 миллиарда транзисторов. Этот процессор выпускается по 90-нанометровой производственной технологии Intel.

27 июля 2006 г.:
дебют нового двухъядерного процессора Intel® Core™ 2 Duo – процессора, опередившего время. Этот процессор, содержащий более 290 миллионов транзисторов, создавался в нескольких передовых лабораториях мира на основе революционной микроархитектуры Intel® Core™ с использованием 65-нанометровой производственной технологии.

26 сентября 2006 г.: Intel анонсировала, что в разработке находятся более 15 видов продукции на основе новой 45-нанометровой производственной технологии, включая семейство с кодовым названием Penryn (эволюционный шаг в развитии микроархитетуры Intel Core), предназначенной для сегментов рынка настольных, мобильных и корпоративных систем.

8 января 2007 г.: расширяя доступность четырехъядерных процессоров на сегмент массовых ПК, Intel начала продажи своего процессора Intel® Core™ 2 Quad для настольных ПК, изготовленного по 65-нанометровой производственной технологии, а также выпустила еще два четырехъядерных серверных процессора семейства Intel Xeon. Процессор Intel Core 2 Quad содержит более 580 миллионов транзисторов.

27 января 2007 г.: Intel опубликовала данные о начале использования двух новых материалов для создания транзисторов (high-k и metal gate), которые будут применяться для изоляционных стенок и логических затворов в сотнях миллионов микроскопических 45-нанометровых транзисторов (или переключателей) в составе многоядерных процессоров нового поколения семейств Intel Core 2 Duo, Intel Core 2 Quad и Intel Xeon (кодовое наименование Penryn). На базе этих передовых 45-нанометровых транзисторов были изготовлены первые работоспособные образцы пяти будущих процессоров.

Но вернемся к новейшей истории, к недавнему достижению Intel.

12 ноября 2007 года. В этот день корпорация Intel представила миру продукцию, воплотившую в себе самые выдающиеся достижения в области полупроводниковой индустрии, сделанные когда-либо за последние 40 лет.

Самое большое достижение IT-отрасли за послежние 40 лет

12 ноября 2007 г. корпорация Intel представила 16 процессоров для серверов и высокопроизводительных ПК, созданных с использованием совершенно новой технологии производства транзисторов, позволяющей значительно снизить токи утечки в транзисторах, являющиеся препятствием для будущего развития вычислительной техники. Помимо того, что эти процессоры демонстрируют высокий уровень производительности вычислений и потребляют меньше электроэнергии, при их производстве больше не используется экологически небезопасный свинец, а начиная с 2008 года не будут применяться также галогеносодержащие материалы.

Названные Гордоном Муром (Gordon Moore), одним из основателей корпорации Intel, самым большим достижением отрасли за последние 40 лет, эти процессоры являются первыми устройствами, для производства которых корпорация Intel использует металлический затвор и диэлектрик с высоким коэффициентом диэлектрической пропускаемости (high-k) на основе гафния. Процессоры Intel® Core™ 2 Extreme и Intel® Xeon® также являются первыми процессорами, изготавливаемыми по 45-нм технологическому процессу, позволяющему еще больше увеличить производительность и снизить энергопотребление.

Сочетание этих двух достижений с новыми возможностями процессоров позволяет корпорации Intel выпускать более производительные и энергоэффективные процессоры, безопасные по отношению к окружающей среде. Технологическое лидерство корпорации Intel обусловило возможность спроектировать решения, на 25% меньшие по размерам, чем предыдущие версии, и поэтому являющиеся более экономически привлекательными, в том числе, с точки зрения создания однокристальных систем для новых мобильных устройств и бытовой электроники.

«Интеллект, физика и технологические проекты, использованные при решении одной из самых колоссальных задач отрасли, по-настоящему впечатляют, и я поздравляю все рабочие группы корпорации Intel с этим достижением, – заявил Пол Отеллини (Paul Otellini), президент и главный исполнительный директор корпорации Intel. — Мы гордимся, что этот технологический прорыв в сочетании с нашей лучшей в отрасли архитектурой позволит создавать более быстродействующие и функциональные компьютеры, обеспечит большее время работы от батарей для мобильных ПК и большую энергоэффективность для всех процессоров. Наша задача – предоставить заказчикам новый класс компьютеров с полным набором возможностей пользования Интернетом в еще более компактном и мобильном форм-факторе».

Новые процессоры, изготовленные по 45-нм технологическому процессу (1 нанометр (нм) равен одной миллиардной части метра), обладают почти в два раза большей плотностью размещения транзисторов по сравнению с микропроцессорами предыдущих поколений, изготавливаемых по 65-нм технологическому процессу, и содержат до 820 миллионов транзисторов для четырехъядерных процессоров.

Новые процессоры для высокопроизводительных настольных ПК

Четырехъядерный процессор Intel® Core™ 2 Extreme QX9650, первый в мире процессор для настольных компьютеров, изготовленный по 45-нм технологическому процессу с применением новых транзисторных технологий, демонстрирует производительность, превосходящую самые смелые ожидания заядлых игроков и любителей мультимедиа-развлечений. Технологические улучшения, такие как увеличенный объем кэш-памяти второго уровня и поддержка нового набора команд Intel® SSE4, позволяют вывести производительность настольных компьютеров на по-настоящему высокий уровень.

«Одной из наших задач было оптимизировать игру Crysis для работы на современном оборудовании, чтобы обеспечить наилучшее качество изображения, позволяющее получить потрясающее впечатление от игры, – сказал доктор Дуглас Бинкс (Douglas Binks), менеджер отдела исследований и развития компании Crytek. — Благодаря новым процессорам Intel Core 2 Extreme, изготовленным по 45-нм технологическому процессу, мы использовали возможности многоядерных процессоров для обеспечения расчета физики, многоэлементных эффектов и звука с помощью различных ядер, что позволило компании Crysis создать поразительную игровую атмосферу».

Семейство серверных процессоров, изготовленных по 45-нм технологическому процессу, — самая высокое в мире быстродействие

Семейство процессоров для серверов производства корпорации Intel пополнилось 15 двухъядерными и четырехъядерными процессорами Intel® Xeon®, изготовленными по 45-нм технологическому процессу. 12 новых четырехъядерных микропроцессоров обладают тактовыми частотами от 2 до 3,20 ГГц с частотой системной шины до 1600 МГц и объемом кэш-памяти 12 МБ. Три новых двухъядерных микропроцессора обладают тактовой частотой до 3,40 ГГц, частотой системной шины до 1600 МГц и объемом кэш-памяти 6 МБ.

Процессоры Intel Xeon, изготовленные по 45-нм технологическому процессу, совместимы с серверными платформами на базе наборов микросхем Intel® семейства 5000. Кроме того, корпорация Intel объявила о запуске трех новых платформ с поддержкой процессоров, изготовленных по 45-нм технологическому процессу:
* платформа на базе набора микросхем Intel® 5400 (ранее носила кодовое наименование Stoakley), оптимизированная для работы высокопроизводительных программ, таких как приложения для высокопроизводительных вычислений;
* платформа на базе набора микросхем с контроллером-концентратором памяти Intel® 5100 и контроллером устройств ввода/вывода Intel® ICH-9R (ранее носила кодовое наименование Cranberry Lake). Это доступное решение поддерживает установку одного или двух процессоров и позволяет сократить энергопотребление благодаря использованию памяти DDR2;
* платформа на базе набора микросхем Intel® 3200 (ранее носила кодовое наименование Garlow), специально разработанная для однопроцессорных серверов начального уровня.

Четырехъядерные процессоры Intel Xeon семейства 5400, изготовленные по 45-нм технологическому процессу, установили ряд мировых рекордов в ключевых эталонных тестах, соответствующих отраслевым стандартам. Сервер HP Proliant DL380 G5 показал производительность в тесте TPC-C, равную 273 666 транзакций в минуту, и установил рекорд в тесте SAP-SD, равный 2449 виртуальных пользователей SAP-SD. Сервер Dell PowerEdge 2950 под управлением виртуальной машины Java BEA JRockit продемонстрировал рекордный результат в тесте SPECjbb2005, равный 303130 миллиардов операций в секунду. Сервер производства компании Dell под управлением VMWare ESX Server смог установить новый рекорд производительности виртуальной вычислительной среды в эталонном тесте VMmark, набрав 8,47 очков на 6 образцах. Сервер PRIMERGY RX300 S4 производства компании Fujitsu Siemens установил новый рекорд в эталонном тесте SPECint_rate2006, набрав 138 очков.

Кроме того, платформа на базе набора микросхем Intel 5400 с частотой системной шины 1600 МГц смогла показать рекордные результаты в ключевых тестах для высокопроизводительных вычислений и интенсивное использование пропускной способности шины, в том числе в эталонном тесте SPECfp_rate2006, предназначенном для измерения производительности вычислений с плавающей запятой. Мировые рекорды были также установлены в эталонных тестах для высокопроизводительных вычислений, таких как Fluent, LS-Dyna, SPECOMP2001 и Abaqus.

Процессоры Intel Xeon, изготавливаемые по 45-нм технологическому процессу, укрепляют лидирующие позиции Intel по показателю производительности на ватт потребляемой мощности, демонстрируя улучшение на 38%1 по сравнению с четырехъядерными процессорами Intel Xeon серии 5300 предыдущего поколения.

Переход с 65-нм на 45-нм технологический процесс – это нечто большее, чем просто уменьшение современных схем процессоров. Процессоры будут оснащаться дополнительными возможностями, такими как новый набор команд для многопоточной обработки данных корпорации Intel® (Intel® Streaming SIMD Extensions 4, SSE4), представляющий собой 47 новых команд, позволяющих ускорить выполнение рабочих процессов, в том числе кодирование видеозаписей в высоком разрешении и обработку фотоизображений, а также ключевых программ для высокопроизводительных вычислений и корпоративных приложений. В число поставщиков программного обеспечения, объявивших о поддержке нового набора команд SSE4, входят компании Adobe и Symantec, а также корпорация Microsoft.

В число дополнительных архитектурных возможностей, расширяющих производительность процессора, входят:

  • Улучшенная технология виртуализации Intel® Virtualization Technology – время обработки информации (от получения до вывода) уменьшается на 25-75% только за счет аппаратного обеспечения без необходимости внесения изменений в программное оснащение.
  • Технология быстрого деления чисел (Fast Division of Numbers) – скорость работы нового делителя, работающего по новой технологии Radix 16, почти вдвое превосходит аналогичный показатель для процессоров предыдущих поколений в расчетах, используемых практически во всех приложениях.
  • Уникальный механизм создания случайного порядка (Super Shuffle Engine) – благодаря использованию более функционального 128-разрядного блока создания случайного порядка, производительность команд, входящих в набор класса SSE и работающих по случайным механизмам, существенно возросла. Эта возможность позволит увеличить производительность системы при создании контента, обработке изображений и видеозаписей и проведении высокопроизводительных вычислений.
Стоимость процессоров Intel Xeon, изготавливаемых по 45-нм технологическому процессу, зависит от модели, скорости работы, функциональности и объема заказа и варьируется от 177 до 1279 долл. при поставке партиями по 1000 шт. Стоимость четырехъядерного процессора Intel Core 2 Extreme QX9650, изготовленного по 45-нм технологическому процессу, составляет 999 долл. при поставке партиями по 1000 шт.

Просто факты
  • В одном метре содержится 1 миллиард нанометров (нм).
  • Первый транзистор, созданный исследователями Bell Labs в 1947 году, помещался на ладони, в то время как новый 45-нанометровый транзистор Intel в 400 раз меньше красной кровяной клетки человека.
  • Если бы удалось в такой же степени, как транзисторы, уменьшить жилой дом, мы бы не смогли разглядеть его невооруженным глазом. Увидеть 45-нанометровый транзистор можно только при помощи самого современного микроскопа.
  • 45-нанометровый транзистор, входящий в состав процессора Intel нового поколения (кодовое название Penryn), примерно в миллион раз дешевле, чем транзистор образца 1968 года. Если бы цены на автомобили упали столь же значительно, сегодня новый автомобиль стоил бы около 1 цента.
  • Толщина человеческого волоса более чем в 2000 раз превосходит размер 45-нанометрового транзистора.
  • На булавочной головке, диаметр которой составляет 1,5 миллиона нанометров, поместится более 30 тысяч 45-нанометровых транзисторов.
  • На диаметре точки, стоящей в конце этого предложения (примерно 0,1 миллиметра, или 100 тысяч нм), может уместиться 2 тысячи 45-нанометровых транзисторов.
  • 45-нанометровый транзистор способен включаться и выключаться примерно 300 миллиардов раз в секунду. За время, необходимое 45-нанометровому транзистору для включения или выключения, луч света проходит меньше одной десятой дюйма (2,5 мм).
С чем еще можно сравнить 45 нанометров?
  • Ноготь = 20 миллионов нм
  • Диаметр человеческого волоса = 90000 нм
  • Частица пыльцы амброзии = 20000 нм
  • Бактерия = 2000 нм
  • Риновирус = 20 нм
  • Атом кремния = 0,24 нм


Просмотры 2 просмотра

Статистика просмотров страницы:

  • за последние 3 месяца (Январь 2021 - Март 2021) - 2;
  • за последний год (Апрель 2020 - Март 2021) - 2;

Отзывы

Админ
Отлично!
Март 28 Админ

Статьи и обзоры Все статьи

Современный бизнес вынужден работать в непростых условиях регулярных перегрузок и ...
Разработка веб сайтов – одна из самых востребованных услуг в ...
В прошлом году многие впервые попробовали работать удалённо — такой ...
Уже более 70 десятилетий телевизор является наиболее популярным бытовым прибором ...