¿Dónde está Intel en general? ¿Apenas se arrastró 10 nm?
Decidimos averiguar qué miden estos nanómetros. ¿Y es tan importante medirlos o es solo marketing? ¿Y Intel realmente está tan desactualizado?
Antes de pasar a los procesadores en nuestros teléfonos inteligentes y computadoras, algunos conceptos básicos, ¿cómo funciona un procesador?
¡Conoce este transistor! Un elemento clave de todos los procesadores. De hecho, un transistor es un interruptor. La corriente fluye a través de él - esto es 1, la corriente no fluye - esto es 0. Esto permite contar en el sistema binario - ¡la base de todos los procesadores!
Anteriormente, los transistores eran bombillas de vacío. Condicional: activado o desactivado: uno o cero.
Había muchas de esas bombillas para que todo funcionara de alguna manera. Por ejemplo, la computadora ENIAC de 1946 que ayudó a crear la bomba de hidrógeno tenía 17.5 mil tubos de vacío y pesaba 27 toneladas, ocupando 167 metros cuadrados. Al mismo tiempo, consumió 150 kW de electricidad.
Y aquí está uno de los puntos clave a los que vale la pena prestar atención. Una vez más, el consumo de energía de estas 17,5 mil bombillas fue de 150 kW.
Pero a principios de la década de 1960, hubo una revolución: la invención y el comienzo de la producción de transistores de efecto de campo. Tienen silicio como su semiconductor inicial, de ahí la conocida silicona, ejem, es decir, ¡Silicon Valley!
¡Y entonces empezó! El tamaño de los transistores ha disminuido tanto que consumen mucha menos electricidad y ocupan menos espacio. ¡Y la cantidad de transistores en informática comenzó a aumentar a un ritmo tremendo! ¡Y con él el poder de los sistemas informáticos!
El primer procesador industrial Intel 4004, que se lanzó en 1971, tenía 2250 transistores.
Y ahora, por ejemplo, en el A13 Bionic de estos transistores 8.500 millones, ¡eso es más que personas en el planeta! Entonces adiós…
Pero, ¿cuánto han disminuido realmente los transistores modernos, qué tan pequeños son? Comparación simple, fácil de entender, por ejemplo, ¡con un cabello humano!
¡Su corte puede acomodar casi 1,5 millones de transistores modernos fabricados con una tecnología de proceso de 7 nanómetros!
Es decir, puede colocar 4 veces más transistores en el grosor de un cabello humano que en el procesador Intel 4004.
¿Por qué debería reducirse? ¡Todo es más o menos obvio aquí!
Primero, cuanto más pequeño es el transistor, menos energía consume. Ya entendiste esto con el ejemplo del tubo.
Y en segundo lugar, hay más en el dado, lo que significa que la productividad aumenta. ¡Doble beneficio!
Y aquí pasamos al concepto de proceso técnico o nodo tecnológico, ¿qué es?
Si se quiere simplificar tanto como sea posible, entonces el valor del proceso técnico históricamente ha sido la longitud mínima del canal del transistor; como puede ver en la imagen, no debe confundirse con el tamaño de todo el transistor.
Es decir, cuanto menor sea el tamaño del proceso técnico, mejor, esto es lo que las empresas están tratando de transmitirnos, pero ¿es todo tan simple?
Y aquí algo más es importante: los transistores son diferentes y difieren no solo en tamaño, sino también en su estructura.
Los transistores clásicos, planos o planos han dejado de usarse hace relativamente poco tiempo, en 2012. Dieron paso a los transistores tridimensionales, donde extendieron el canal a la tercera dimensión, reduciendo su grosor y reduciendo así el transistor en sí. Esta estructura se llama FinFET y se utilizan ahora.
Esta tecnología ayudó mucho a reducir el tamaño de los transistores y, lo más importante, aumentó considerablemente la cantidad de transistores por unidad de área, que es uno de los indicadores clave de rendimiento.
Pero, ¿el concepto de proceso técnico significa lo mismo hoy que hace unos años?
Se observó una tendencia muy importante en toda la industria: cada proceso técnico posterior fue un 30% menor que el anterior, lo que ayudó a duplicar la cantidad de transistores manteniendo el mismo consumo de energía, por ejemplo, 130 * 0.7 = 90 nm, 90 * 0.7 = 65 nm, luego hasta 45 nm, 32 nm y así sucesivamente.
Y esto todavía está en línea con la Ley de Moore:
El número de transistores en un chip de circuito integrado se duplica cada 24 meses.
¿Qué hay detrás de este juego de números?
Ya hemos descubierto que el proceso técnico es el tamaño de la puerta del transistor, es decir, la longitud del canal que pasa o no pasa corriente a través de sí mismo, ¡y este tamaño es clave!
Pero resulta que esto es cierto solo si estamos hablando de los antiguos 32 nm: ¡todo es preciso allí, incluso si lo mide con una regla! ¡Y este parámetro fue documentado!
Pero esto fue hasta 2009, cuando el concepto de proceso técnico y su designación fueron excluidos del llamado “Plan internacional para el desarrollo de tecnología de semiconductores”.
En términos simples, los números indicados en esos procesos hoy son solo una etiqueta de marketing.
Los fabricantes se volvieron locos y comenzaron a llamar a todo 10, 7 y generalmente 5 nanómetros, ¡y alguien ya está hablando de 3 nanómetros! ¡Puede poner todo esto entre comillas, como una simple designación de la generación de procesadores!
Aquí hay un ejemplo de la estructura del procesador Apple A12, producido en la planta de TSMC utilizando una tecnología de proceso de 7 nanómetros. Preste atención a la escala de escala en la esquina inferior izquierda.
Si comparamos la escala y la calculamos, resulta que el ancho del canal es de 8 nanómetros, a pesar de que el proceso se llama oficialmente 7 nanómetros.
Ahora comparemos el proceso de 10 nm de Intel y el proceso de 7 nm de TSMC.
Por cierto, sepa que hoy TSMC es una empresa que fabrica procesadores para AMD y también fabrica Apple A13 y Snapdragon 865, así que considere que estamos comparando todos sus chips a la vez.
Preste atención a la dimensión. ¡Puede ver inmediatamente que los mismos 10nm de Intel son casi lo mismo que 7nm de TSMC! Entonces, Intel no está tan lejos de AMD y otros fabricantes, ¿acaban de perder la batalla del marketing? ¡Aquí tampoco todo es tan sencillo!
De repente, Intel incluso supera a TSMC en algunos aspectos.
Mire 1 milímetro cuadrado de una matriz Intel de 10 nm, aproximadamente un 5 por ciento más de transistores caben que uno de 7 nm de Apple, Qualcomm o AMD.
Pero al mismo tiempo, el aumento de densidad también tiene desventajas: ¡mayor calentamiento!
Significa que los cristales de Intel son más potentes, pero debido a su densidad se calientan más. Por lo tanto, obtenemos el mismo estrangulamiento notorio.
Y los procesadores fabricados por TSMC: Apple Qualcomm y AMD se benefician precisamente debido a la disposición más espaciosa de transistores de aproximadamente el mismo tamaño.
Cómo lo hacen es más una cuestión de arquitectura interna, y no un número que está en el nombre de esos procesos.
No creas que me he olvidado de la arquitectura N7FF + - sí, es incluso más densa que Intel, pero si hablamos de los chips AMD Zen 2, Appl A13, Snapdragon 865 - todos están hechos sobre la base de TSMC 7FF y pierde densidad Intel.
El único procesador ya producido con la nueva tecnología N7FF + que utiliza litografía ultravioleta extrema es el Kirin 990 5G. Aquí, por supuesto, la densidad de transistores aumenta enormemente, ¡hasta en un 15 por ciento!
En teoría, los fabricantes simplemente siguen un camino ligeramente diferente, y si miras hacia el futuro, queda claro cuál: aquí hay una señal de cómo será todo: chips de próxima generación.
¡Estamos interesados en una línea sobre la densidad de transistores por 1 milímetro cuadrado!
Según estos datos, Intel en más de un 30 por ciento pasa por alto tanto a Samsung como a TSMC en la densidad de transistores, y esto a pesar de que aquí ya estamos comparando 7 nm de un fabricante y 5 de otro.
¿De dónde viene este aumento? ¿Cómo es posible tal aumento en la densidad? ¿Los prots simplemente explotarán o funcionarán solo con un elegante sistema de enfriamiento?
Ciertamente no de esa manera. El caso es que Intel planea cambiar a transistores de una estructura completamente diferente, llamados HNS - Horizontal Nano Sheets, ¡esto nos permitirá dar el salto!
Pero Samsung tiene planes similares: van un poco al revés hacia la estructura Gate-All-Around FET.
Así es como se ve en realidad, no tan lindo, ¡pero solo piensa en lo pequeños que son!
Como resultado, nos dimos cuenta de que detrás de los nombres de marketing de 7 nm y 5 nm hay una batalla de arquitecturas, y en el futuro podremos descubrir cuál es el camino correcto.
Lo que se puede decir con absoluta certeza: nos espera un gran salto entre todos los chips, tanto móviles como de escritorio, en los próximos años.
En esta nota, no quiero terminar el tema de los procesadores, porque hemos estudiado mucha información y documentos, incluso resueltos durante el proceso de producción. Por ejemplo, ¿ha oído hablar de este proceso de Litografía Ultravioleta Extrema? Si está en los dedos, esto es una especie de fantasía: una gota de estaño se convierte en plasma después de un golpe de láser: así es como se crean los procesadores modernos. Pero las instalaciones en sí pueden ser creadas por una sola empresa en el mundo, y todos los gigantes dependen de ella.