Veličina procesorske tehnologije je nešto što se uvijek spominje kod specifikacija čipa. Ali o čemu se zapravo radi, i je li to uopće važna specifikacija?
Što znači „veličina procesa“ kod procesora?
U ovom kontekstu, „proces“ označuje proces proizvodnje ili tehnologiju na kojoj je procesor napravljen, a ne procesor računala. On opisuje proces izrade čipa, a ne ono što čip može raditi. Veličina procesa u nanometrima opisuje dimenzije najmanjeg mogućeg sastavnog elementa procesora.
Zamislite to ovako: Ako bi dizajn procesora bio digitalna slika, veličina jednog piksela bi bila veličina procesa. Na primjer, na Intelovom trenutnom procesu, najmanji mogući element je velik 14 nanometara, ili 14 nm.
Što je proces manji, to se veća rezolucija može postići, a u slučaju procesora dobivamo veće performanse. Kao rezultat, proizvođači mogu napraviti manje tranzistore i druge dijelove. To znači da veći broj tranzistora može biti utisnut na manji fizički prostor. To ima neke prednosti, ali i nekoliko mana.
Zašto je manje bolje?
Ako podjednako smanjite sve dijelove tranzistora, električna svojstva tog tranzistora se neće promijeniti. Što više tranzistora možete stisnuti u dati prostor, to ćete imati veću snagu procesora. Na tome možemo zahvaliti poboljšanja na polju multitaskinga, kada procesor obavlja više procesa u isto vrijeme, kao i povećanja keš memorija koje mu pomažu u tom procesu.
Uz današnji trend mobilnosti najnoviji smartfoni imaju sve jače procesore koji mogu obavljati sve složenije procese, ali uz imperativ ubrzanja čipova javlja se i potreba za smanjenjem njihovih dimenzija, a samim time i dimenzija tranzistora koji su sastavni djelovi svakog čipa.
Manji procesi imaju i niži električni kapacitet, pa omogućavaju brže paljenje i gašenje tranzistora uz smanjenu potrošnju energije, što je opet vrlo poželjna značajka za mobilne uređaje, koji ovise o vlastitoj bateriji.
Ovo su savršeni uvjeti ako želite napraviti bolji čip. Što se brže tranzistor može uključiti i isključiti, to brže može obaviti posao. Isto tako, tranzistori koji se pale i gase s manje energije su učinkovitiji, jer smanjuju operativnu snagu, ili „potrošnju dinamičke snage“, koju procesor traži. Čip s manjom potrošnjom dinamičke snage sporije troši baterije, manje košta i ekološki je prihvatljiviji.
Manji čipovi su isto tako jeftiniji za proizvesti, jer trebaju manje osnovnog materijala tj. silicija. Čipovi se proizvode na kružnim silicijskim kalupima. Jedan kalup obično sadrži više desetaka procesorskih matrica.
Manja veličina procesa stvara manju veličinu matrice. Ako je veličina matrice manja, više će matrica stati u jedan silicijski kalup. To vodi do povećanja učinkovitosti proizvodnje i smanjenja troškova proizvodnje.
Razvoj novog procesora iziskuje velika ulaganja, ali nakon što se troškovi pokriju, cijene procesora znatno padaju, a proizvođači zarađuju veći novac. Jer tko nebi htio imati brži, jači procesor u svom mobitelu, računalu ili tabletu?
Što je mana manjih dimenzija procesa?
Manje tranzistore je teže proizvesti. Kako se tranzistori smanjuju, postaje sve teže napraviti čipove koji rade na najvećim mogućim frekvencijama. Zato je i zaustavljen rast frekvencije takta na kojima rade procesori.
Jer ako malo pogledamo unazad prije 7-8 godina su procesori radili na frekvencijama od 2Ghz da bi se ta frekvencija samo udvostručila u prprilično dugom periodu trehnološkog napretka.
Neki čipovi neće moći raditi na najvećim brzinama, i takvi čipovi se obično etiketiraju kao čipovi s manjom brzinom rada ili manjom predmemorijom. Manji procesi uglavnom imaju više čipova koji rade na manjim brzinama, jer je izrada „savršenog“ čipa sve veći izazov. Proizvođači kod proizvodnje paze da se uklone svi probleme s čipa, koji mogu praviti probleme u radu, ali to nije uvijek moguće, pa nekad možemo iskusiti i neobjašnjive probleme na svom uređaju.
Manji tranzistori imaju i veće „osipanje“. Osipanje mjeri koliko struje tranzistor propušta kad je u ugašenom položaju, teoretski bi trebala biti 0, koja u praksi nije čista 0. To znači da, kako se osipanje povećava, tako se i potrošnja statičke energije, odnosno količina energije potrošene u praznom hodu tranzistora povećavaju.
Čip s većim osipanjem treba više energije čak i kad nije aktivan, čime brže troši baterije i manja mu je učinkovitost.
Manja procesorska tehnologija može uzrokovati i manju dobivenu količinu ispravnih procesora, što će proizvođača ostaviti s manjim brojem potpuno ispravnih i funkcionalnih čipova.
To može proizvesti kašnjenja i manjak u proizvodnji (sjetimo se zašto još čekamo Samsung Galaxy S8 da se pojavi na tržištu), a ona otežavaju povrat novca uloženog u razvoj novog procesa. Ovaj rizik je u pozadini svakog novog proizvodnog procesa, ali se posebno odnosi na preciznije procese, poput proizvodnje poluvodiča i čipova.
Naravno, proizvođači pokušavaju smanjiti ili potpuno eliminirati ove probleme tijekom proizvodnje novog procesa, i često uspijevaju u tome. Zbog toga sa svakim smanjenjem dimenzija procesa dobivamo brže i učinkovitije čipove.
Zaključak
Smanjenje veličine tehnoločkog procesa proizvodnje čipa je vrlo teško, ali donosi prednosti koje potiču proizvođače na proizvodnju manjih i manjih procesa. Zahvaljujući ovom trendu svakih par godina potrošači dobivaju brže i učinkovitije čipove.
Na taj način smo dobili tehnološka čuda poput pametnih telefona, a ovo će omogućiti i sljedeću generaciju tehnoloških dostignuća.
Piše: J.Š.
