MTE erklärt: Was ist die Prozessgröße eines Prozessors und warum ist sie wichtig?

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

Was bedeutet „Prozessgröße“?

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

Stellen Sie sich das so vor: Wenn das Design eines Prozessors ein digitales Bild ist, wäre die Größe eines „Pixels“ die Prozessgröße. Bei Intels aktuellem Prozess beträgt das kleinstmögliche Element beispielsweise 14 Nanometer oder 14 nm. Je kleiner der Prozess, desto größer die erreichbare Auflösung. Als Ergebnis können Hersteller Transistoren und andere Komponenten kleiner machen. Dies bedeutet, dass mehr Transistoren auf kleinerem Raum untergebracht werden können. Dies bietet einige große Vorteile sowie einige Nachteile.

Warum ist kleiner besser?

Prozessgröße-Silizium-Wafer

Wenn Sie alle Teile eines Transistors gleichmäßig verkleinern, ändern sich die elektrischen Eigenschaften dieses Transistors nicht. Und je mehr Transistoren Sie in einem gegebenen Raum unterbringen können, desto mehr Rechenleistung haben Sie. Dies ist auf die Zunahme der Rechenparallelität und der Cache-Größen zurückzuführen. Wenn Sie also versuchen, einen Chip zu beschleunigen oder neue Funktionen hinzuzufügen, besteht ein starker Anreiz, die Größe seiner Transistoren zu verkleinern.

Kleinere Prozesse haben auch eine geringere Kapazität, wodurch Transistoren schneller ein- und ausgeschaltet werden können, während sie weniger Energie verbrauchen. 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. Und Transistoren, die sich mit weniger Energie ein- und ausschalten, sind effizienter und reduzieren die von einem Prozessor benötigte Betriebsleistung oder den „dynamischen Stromverbrauch“. Ein Chip mit einem geringeren dynamischen Stromverbrauch entlädt die Batterien langsamer, kostet weniger im Betrieb und ist umweltfreundlicher.

Kleinere Chips sind auch weniger teuer in der Herstellung. Chips werden auf kreisförmigen Wafern aus Silizium hergestellt, wie dem oben genannten. 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 einzigen Siliziumwafer. Dies führt zu einer Erhöhung der Herstellungseffizienz, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden. Die Entwicklung eines neuen Prozesses erfordert zwar erhebliche Investitionen, aber nachdem diese Kosten gedeckt sind, sinken die Kosten pro Die erheblich.

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Was ist der Nachteil einer kleineren Prozessgröße?

Prozessgröße-4

Kleinere Transistoren sind schwieriger herzustellen. Da 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 Taktraten, da es schwieriger ist, einen „perfekten“ Chip herzustellen. Hersteller achten darauf, 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“. Leckage ist ein Maß dafür, wie viel Strom ein Transistor durchlässt, wenn er sich in der „Aus“-Position befindet. Dies bedeutet, dass mit zunehmendem Leckstrom auch der statische Stromverbrauch oder die Strommenge, die ein Transistor im Leerlauf verbraucht, steigt. Ein Chip mit größerer Leckage benötigt mehr Leistung, auch wenn er nicht aktiv ist, entlädt die Batterien schneller und läuft weniger effizient.

Ein kleinerer Prozess kann eine geringere Ausbeute haben, was zu weniger voll funktionsfähigen Chips führt. Dies kann zu Produktionsverzögerungen und Engpässen führen. Das erschwert die Amortisation der Investitionen, die für die Entwicklung eines neuen Verfahrens erforderlich sind. Dieses Risikoelement liegt jedem neuen Herstellungsverfahren zugrunde, aber es gilt insbesondere für einen so präzisen Prozess wie die Halbleiterherstellung.

Natürlich versuchen die Hersteller, diese Probleme bei der Entwicklung eines neuen Verfahrens zu reduzieren oder zu beseitigen, und sind häufig erfolgreich. Deshalb bekommen wir Chips, die schneller und effizienter sind, auch wenn die Prozessgröße schrumpft.

Abschluss

Die Prozessgröße zu verkleinern ist schwierig, aber die Vorteile schaffen einen starken Anreiz für Hersteller, immer kleineren Prozessgrößen nachzujagen. Und dank diesem Antrieb erhalten Verbraucher alle paar Jahre schnellere und effizientere Chips. Es sind diese Fortschritte, die technologische Wunderwerke wie Smartphones möglich gemacht haben und die die nächste Generation technologischer Errungenschaften ermöglichen werden.

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