Несомненно, в известное изречение «Измельчало нынешнее поколение» необходимо добавить слово «транзисторов».
Техпроцесс 90 нм или «Два ядра — один процессор»

Снижение размеров транзисторов не всегда дает очевидную выгоду. Конечно, каждый отдельно взятый транзистор, выполненный по более тонкому техпроцессу, рассеивает меньше энергии, но их количество на единицу площади увеличилось, и проблема отведения тепла никуда не исчезла.
Тем не менее как минимум одно революционное решение 90-нм техпроцесс все-таки позволит ввести: двухъядерные процессоры с набором команд х86. Оговорка о наборе команд обязательна, так как IBM и Sun уже представили свои многоядерные решения, но они применимы только в высокопроизводительных серверах. А компания AMD продемонстрировала двухъядерные Opteron, созданные по 90-нм процессу с применением технологии SOI (кремний-на-диэлектрике), в четырехпроцессорном сервере HP ProLiant DL585 (всего восемь ядер). В середине 2005 г. AMD намечает представить полную линейку двухъядерных ЦП для рабочих станций и серверов с одним—восьмью процессорами. Отрадно, что при этом используется существующий разъем Socket 940. Несколько позже, во второй половине 2005 г., должны последовать двухъядерные процессоры для рынка клиентских систем.
![]() |
AMD первой представила двухъядерный ЦП с архитектурой х86 |
Развитию многоядерных ЦП этой компании поможет и то, что они изначально разрабатывались как многоядерные продукты; например, в них реализована такая технология, как прямые соединения, что помогает «развязать» потоки информации. Интересно, что так же, как и в случае с введением технологии Hyper-Threading, возникли вопросы со схемой лицензирования. Дело в том, что корпоративное ПО, приспособленное для работы в многопроцессорном режиме, оплачивается в расчете на количество процессоров в системе. Естественно, двухъядерный ЦП такими программами распознается как два обычных, но клиент-то уверен, что купил лишь один! Аналитическая группа Gartner рекомендует пользователям договориться с владельцами лицензий на ПО об учете устройства на одном кристалле как одного процессора независимо от числа ядер. Корпорация Sun Microsystems (напомню, что она крупный производитель ПО, а не только серверов) уже объявила о приверженности такому подходу. Демонстрационная модель была построена на базе существующего разъема Socket 940, и потому не видно принципиальных препятствий для внедрения многоядерных процессоров в настольные ПК и ноутбуки.
По информации ComputerWorld, №35/04, на осеннем IDF-2004 показала свое двухъядерное решение и компания Intel. Она также планирует к середине 2005 г. выпустить серверный двухъядерный процессор под кодовым названием Montecito. Каждое его ядро будет поддерживать выполнение двух потоков задач (Hyper-Threading) — итого четыре потока на кристалле. И где-то на рубеже 2005—2006 гг. выйдет процессор Yonah для ноутбуков. В нем планируется поддержка технологий La Grande (повышение защищенности ПК) и Vanderpool (виртуализация). Для их реализации придется дождаться ОС, носящей кодовое имя Longhorn компании Microsoft. Если Montecito будет выполнен по 90-нм техпроцессу, то Yonah уже по 65-нм.
Техпроцесс 65 нм
Несомненный лидер покорения новых рубежей миниатюризации — компания Intel. В ноябре 2003 г. было объявлено о выпуске первых устройств по 65-нм технологическим нормам — 4-Мбит микросхем памяти типа SRAM. Тогда это еще были опытные образцы, но в августе 2004 г. появились уже полноценные микросхемы SRAM емкостью 70 Мбит. В следующем году планируется применить 65-нм техпроцесс для изготовления ЦП.
О новых технологиях, примененных для перехода на 65-нм техпроцесс, см. «Мир ПК», №1/04. С внедрением коммерческих образцов стали известны конкретные цифры. Его применение на 10—15% улучшит соотношение значения силы тока, проходящего через транзистор во включенном и выключенном состоянии. Это позволит достичь требуемого значения силы тока в рабочем режиме при меньших энергозатратах в моменты простоя полупроводника, в результате чего расход энергии сократится примерно в 4 раза. Снижение на 20% емкости диэлектрика затвора дало возможность повысить силу тока, управляющую переключением транзистора, и его рабочую частоту в 1,4 раза. Применение материала с низкой диэлектрической проницаемостью, изолирующего межсоединения, позволило уменьшить его емкость на 30%, что привело к снижению потребляемой энергии. Новое ухищрение применено и на уровне микросхем — теперь к каждому блоку ячеек памяти добавлен NMOS-транзистор, «запирающий» в ней электроны в моменты простоя. Нормы 65-нм техпроцесса будут применены Intel на фабриках Intel D1D, Fab 12 (обе — в США) и Fab 24 (Ирландия). В результате такого использования ячейка памяти с более чем полумиллиардом транзисторов имеет площадь всего 110 мм2.
![]() |
Техпроцесс 65 нм позволяет уместить более 500 млн. транзисторов на кончике пальца |
Остальные производители полупроводников обещают освоить этот процесс только в следующем году. Исключение составила компания Samsung, пообещавшая до конца этого года запустить 70-нм техпроцесс. Интересно, что в качестве материала проводников, соединяющих транзисторы, до сих пор используется алюминий, а не ставшая уже привычной медь.
Возвращаясь к ЦП для настольных ПК, отметим, что компания AMD продолжила сотрудничество с IBM, технологии которой помогут в середине 2005 г. запустить пилотное производство по технологическим нормам 65 нм, а в 2006 г. начать массовые поставки продукции. Так что в плане миниатюризации транзисторов компания AMD заметно отстает.
Техпроцессы 45 нм, 32 нм и далее
Когда компания Intel объявила о запуске 65-нм техпроцесса на ее фабриках, то стали известны и отдельные подробности о дальнейших шагах. При производстве по 45-нм технологическим нормам впервые планируется применить трехзатворные транзисторы. Эта технология и «растянутый кремний» считаются в Intel более эффективными, чем «кремний-на-диэлектрике», который по-прежнему применять не планируется.
Технология 45 нм станет последней, где для формирования изображения на фоторезисте используется ультрафиолетовое излучение (Ultraviolet) с длиной волны 193 нм. Для дальнейшего уменьшения транзисторов понадобится перейти на жесткое ультрафиолетовое излучение (Extreme Ultraviolet — EUV) с длиной волны 13,5 нм. Компания Intel установила аппарат EUV Micro Exposure Tool (установка по экспозиции жестким ультрафиолетовым излучением) и пилотную линию по нанесению EUV-масок, которые позволят корпорации Intel изготавливать печатные схемы с проектной нормой 32 нм, а в дальнейшем — 15 нм. Заметим, что сейчас размеры элементов транзистора в 3 раза меньше длины облучающей волны, но это достигается использованием масок с фазовым сдвигом и формой, учитывающей дифракционные эффекты. Но для нового типа излучения придется заново рассчитывать параметры и форму масок, поэтому сначала нормы техпроцесса будут больше длины волны. Согласно планам Intel, первые продукты по 32-нм техпроцессу будут выпущены в 2009 г.