Що означає «7 нм техпроцес»?

У вересні Apple, як завжди, випустила нове покоління iPhone. Цього разу серцем смартфонів iPhone 11, iPhone 11 Pro і iPhone 11 Pro Max став новий процесор від Apple A13 Bionic, докладний огляд якого AppleInsider.ru вже випустив. Цей процесор, як і його попередник A12 Bionic, виконаний за 7-нанометровим техпроцесом, про що згадують всі журналісти. Але що таке цей «техпроцес»? Чим 7-нанометровий краще 10-нанометрового і коли буде 5-нанометровий? Давайте розберемося.

Що таке «7 нм техпроцес»?

Якщо говорити дуже спрощено, то процесор - це мільярди крихітних транзисторів і електричних затворів, які включаються і вимикаються при виконанні операцій. «7 нм» - це розмір цих транзисторів у нанометрах. Для розуміння масштабів варто нагадати, що в одному міліметрі мільйон нанометрів, а людське волосся завтовшки 80000 - 110000 нанометрів. Транзистором, нагадаю, називають радіоелектронний компонент з напівпровідника (матеріал, у якого питома провідність змінюється від впливу температури, різних випромінювань та іншого), який від невеликого вхідного сигналу управляє значним струмом у вихідний ланцюга. Він використовується для посилення, генерування, комутації та перетворення електричних сигналів. Зараз транзистор є основою схемотехніки переважної більшості електронних компонентів та інтегральних мікросхем. Розмір транзистора корисно знати фахівцям для оцінки продуктивності конкретного процесора, адже чим менше транзистор, тим менше потрібно енергії для його роботи.

При виробництві напівпровідникових інтегральних мікросхем застосовується фотолітографія (нанесення матеріалу на поверхні мікросхеми за участю світла) і літографія (нанесення матеріалу за допомогою потоку електронів, випромінюваного катодом вакуумної трубки). Дозволяюча здатність у мікрометрах і нанометрах обладнання для виготовлення інтегральних мікросхем (так звані «проектні норми») і визначає розмір транзистора, а з ним і назву застосовуваного конкретного технологічного процесу.

Які бувають техпроцеси?

Ранні техпроцеси, до стандартизації NTRS (National Technology Roadmap for Semiconductors) і ITRS, позначалися «ХХ мкм» (мкм - мікрометр), де ХХ позначало технічну роздільну здатність літографічного обладнання. У 1970-х існувало кілька техпроцесів, зокрема 10, 8, 6, 4, 3, 2 мкм. В середньому, кожні три роки відбувалося зменшення кроку з коефіцієнтом 0,7.

За сорок років розвитку технологій дозвіл обладнання досяг значень у десятках нанометрів: 32 нм, 28 нм, 22 нм, 20 нм, 16 нм, 14 нм. Якщо говорити про iPhone, то в поки ще актуальному iPhone 8 використовується процесор А11 Bionic, виготовлений за 10-нанометровим техпроцесом. Серійний випуск продукції по ньому почався в 2016 році тайванською компанією TSMC, яка виготовляє процесори і для iPhone 11.

16 квітня 2019 року компанія TSMC анонсувала освоєння 6-нанометрового технологічного процесу, що дозволяє підвищити щільність упаковки елементів мікросхем на 18%. Даний техпроцес є більш дешевою альтернативою 5-нанометровому техпроцесу, також дозволяє легко масштабувати вироби, розроблені для 7 нм.

У першій половині 2019 року все та ж компанія TSMC почала дослідне виробництво чіпів по 5-нм техпроцесу. Перехід на цю технологію дозволяє підвищити щільність упаковки електронних компонентів порівняно з 7-нанометровим техпроцесом на 80% і підвищити швидкодію на 15%. Очікується, що IPhone 2020 року отримає процесор, створений за новим техпроцесом, а не на другому поколінні 7-нанометрового техпроцесу.

На початку 2018 року дослідницький центр imec у Бельгії і компанія Cadence Design Systems створили технологію і випустили перші пробні зразки мікропроцесорів за технологією 3 нм. Судячи зі звичайних темпів впровадження нових техпроцесів у серійне виробництво, чекати процесорів, виготовлених за 3-нанометровим техпроцесом, варто не раніше 2023 року. Хоча Samsung вже до 2021 року має намір почати виробництво 3-нанометрової продукції з використанням технології GAAFET, розробленої компанією IBM.

Що дає 7 нм техпроцес?

І ось ми прийшли до найцікавішої частини. Що ж дає користувачеві зменшення розміру транзисторів у процесорі його пристрою?

Зменшення транзисторів має величезне значення для малопотужних чіпів мобільних пристроїв і ноутбуків. Якщо порівняти схематично однакові процесори, але виготовлені за 14-нанометровим і 7-нанометровим техпроцесом, то другий буде на 25% продуктивнішим при тій же витраченій енергії. Або ви можете отримати однакову продуктивність, але другий буде вдвічі енергоефективніше, що дозволить ще довше читати блог Hi-News.ru на Яндекс.Дзен.

Одним словом, впровадження більш сучасних технологічних процесів дасть нам збільшення часу роботи iPhone і iPad від батареї при однаковій продуктивності (отже, не треба роздувати розміри пристроїв для великих акумуляторів), а також набагато більш потужні процесори для MacBook. Ми вже бачили, як чіп A12X від Apple обходив деякі старі чіпи Intel в тестах, незважаючи на те, що він був тільки пасивно охолоджений і упакований всередині iPad Pro (2018).

Щоб завжди бути в курсі сучасних технологій, обов'язково підпишіться на Telegram-канал AppleInsider.ru.