De grootte van het procesknooppunt van een processor is altijd iets dat vaak wordt besproken in de specificaties van de chip. Maar wat is dat en waarom maakt het uit?

Wat betekent "procesgrootte"?

In deze context wordt "proces" gebruikt om het fabricageproces te beschrijven in plaats van de processor van de computer. Het gaat erom hoe de chip wordt gemaakt, niet wat hij kan doen. De grootte van het procesknooppunt, gemeten in nanometer, beschrijft de grootte van het kleinst mogelijke element van een processor.

Stel je het als volgt voor: Als het ontwerp van een processor een digitaal beeld is, zou de grootte van een "pixel" de procesgrootte zijn. Bij Intel's huidige proces is het kleinst mogelijke element bijvoorbeeld 14 nanometer of 14nm. Hoe kleiner het proces, hoe groter de resolutie die kan worden verkregen. Als gevolg hiervan kunnen fabrikanten transistors en andere componenten kleiner maken. Dit betekent dat meer transistors kunnen worden gepropt in een kleinere fysieke ruimte. Dit levert een aantal belangrijke voordelen op, evenals een paar nadelen.

Waarom is kleiner beter?

Als je alle delen van een transistor gelijkmatig krimpt, zullen de elektrische eigenschappen van die transistor niet veranderen. En hoe meer transistoren u in een bepaalde ruimte kunt plaatsen, hoe groter de verwerkingskracht die u zult hebben. Dit is te danken aan de toename in computationeel parallellisme en cachegroottes. Dus als u een chip probeert te versnellen of nieuwe functies wilt toevoegen, is er een sterke reden om de grootte van de transistors te verkleinen.

Kleinere processen hebben ook een lagere capaciteit, waardoor transistors sneller aan en uit kunnen schakelen terwijl ze minder energie verbruiken. En als je een betere chip probeert te maken, is dat perfect. Hoe sneller een transistor aan en uit kan schakelen, hoe sneller hij kan werken. En transistors die met minder energie in- en uitschakelen, zijn efficiënter, waardoor het operationele vermogen of "dynamisch stroomverbruik" dat een processor nodig heeft, wordt verminderd. Een chip met een lager dynamisch stroomverbruik zal de batterijen langzamer laten leeglopen, kost minder om te rennen en is milieuvriendelijker.

Kleinere chips zijn ook minder duur om te maken. Chips worden gemaakt op cirkelvormige siliciumwafels, zoals die hierboven. Een enkele wafer bevat meestal tientallen processorkestjes. Een kleinere procesgrootte zal een kleinere matrijsgrootte creëren. En als de matrijs kleiner is, passen er meer matrijzen op een enkele siliciumwafer. Dit leidt tot een verhoging van de productie-efficiëntie, waardoor fabricagekosten worden verminderd. Het ontwikkelen van een nieuw proces vereist grote investeringen, maar nadat die kosten zijn terugverdiend, dalen de kosten per dag aanzienlijk.

Wat is het nadeel van een kleinere procesgrootte?

Kleinere transistoren zijn moeilijker te maken. Naarmate transistoren kleiner worden, wordt het steeds moeilijker om chips te maken die met de hoogst mogelijke kloksnelheid werken. Sommige fiches zullen niet in staat zijn om op topsnelheid te draaien, en deze fiches worden "gebumpt" of gelabeld als fiches met lagere kloksnelheden of kleinere caches. Kleinere processen hebben over het algemeen meer chips die worden weggegooid bij lagere kloksnelheden, omdat het maken van een "perfecte" chip uitdagender is. Constructeurs zijn voorzichtig om zoveel mogelijk problemen te elimineren, maar het komt vaak neer op de onvermijdelijke variaties van de analoge wereld.

Kleinere transistoren hebben ook meer "lekkage". Lekkage is een meting van hoeveel stroom een ​​transistor doorlaat in de "uit" -stand. Dit betekent dat naarmate de lekkage toeneemt, ook het statische stroomverbruik of de hoeveelheid stroom die een transistor verbruikt tijdens inactiviteit toeneemt. Een chip met grotere lekkage vereist meer vermogen, zelfs wanneer deze niet actief is, waardoor batterijen sneller leeg raken en minder efficiënt werken.

Een kleiner proces kan een lagere opbrengst hebben, wat resulteert in minder volledig functionele chips. Dit kan productievertragingen en tekorten veroorzaken. Dat maakt het moeilijker om de investering terug te verdienen die nodig is om een ​​nieuw proces te ontwikkelen. Dit risico-element ligt ten grondslag aan elk nieuw productieproces, maar het is vooral waar voor een proces dat even precies is als de fabricage van halfgeleiders.

Natuurlijk proberen fabrikanten deze problemen te verminderen of te elimineren bij het ontwikkelen van een nieuw proces, en ze zijn vaak succesvol. Daarom krijgen we chips die sneller en efficiënter zijn, zelfs als de procesgrootte kleiner wordt.

Conclusie

De grootte van het krimpproces is moeilijk, maar de voordelen vormen een sterke stimulans voor fabrikanten om kleinere en kleinere procesgroottes na te jagen. En dankzij die drive krijgen consumenten om de paar jaar snellere, efficiëntere chips. Het zijn deze ontwikkelingen die technologische wonderen zoals smartphones mogelijk maakten, en die de volgende generatie van technologische prestaties mogelijk zullen maken.