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.

963