Содержание
Где делают процессоры | Computerworld Россия
Борис Бабаян: «Процессорные архитектуры разрабатываются только в Америке. И в нашем центре»
За временем маркетинговой шумихи Intel, направленной на продвижение «процессора XXI века», пришла пора реальных действий.
|
За временем маркетинговой шумихи Intel, направленной на продвижение «процессора XXI века», пришла пора реальных действий. Крупнейшие производители RISC-процессоров, еще так недавно выглядевшие неприступными бастионами всех оппозиционных платформе Wintel сил, один за другим заключают с Intel стратегические альянсы и берут курс на Merced, не найдя в себе сил противостоять ему в одиночку. По словам члена-корреспондента РАН Бориса Арташесовича Бабаяна, сейчас в мире процессорами архитектуры VLIW занимается всего тpи группы: в Intel, в IBM и в коллективе, который возглавляет он.
В «Московском центре SPARC-технологий», который теперь называется «Эльбрус-2000», трудится костяк разработчиков советских супеpЭВМ «Эльбрус». Здесь еще до 2000 года рассчитывают создать процессор, который должен превзойти Merced. Об этом Бабаян рассказал в беседе с научным редактором нашего еженедельника Игорем Левшиным.
Прежде чем окунуться в технологии XXI века, давайте немного поговорим о фундаменте, на который опирается ваш центр. Как финансируются ваши разработки?
Мы сами себя кормим. Несмотря на то что экономика сейчас переживает непростые времена, мы получаем заказы от государства — ведь мы делаем вещи, которые работают в реальных системах. У нас есть контракты на солидные суммы с западными фирмами. Но свой главный проект — процессор новой архитектуры — мы некоторое время финансировали сами, хотя он и очень велик: в нем участвует более 70 человек. Сейчас он активно поддерживается западными фирмами. Первый контракт с Западом мы подписали в 1992 году.
Тогда же я впервые встретился с Биллом Джоем (создатель SunOS, вице-президент и один из основателей Sun Microsystems. — Прим. ред.). Сейчас мы сопровождаем SunOS; к нам стекаются ошибки со всего мира. Полностью поддерживаем Pascal Sun — за эту работу отвечает филиал в Санкт-Петербурге. FORTRAN 77 поддерживает наш новосибирский филиал. Очень много работ по Java: мы занимаемся оптимизацией байт-кода. Все до одной библиотеки для расширения набора команд Visual Instruction Set написаны в нашем центре.
А купить ваш проект иностранные компании не пытались?
Пытаются постоянно. Можно было бы попытаться продать проект. Но мы хотим делать свой кристалл. Мы не тешим себя иллюзиями полной независимости, но вести работы должен именно наш коллектив. Положение у нас очень непростое. Если у фирмы-партнера есть грамотный коллектив разработчиков, который в состоянии разобраться в нашем проекте, то возникнет естественная творческая конкуренция. А если такого коллектива нет, фирме будет трудно развернуть столь серьезный проект.
Никто не возьмется за выпуск кристалла, не будучи полностью уверен в успехе. Поэтому мы много работаем над «раскручиванием» проекта, повышаем свой международный авторитет. Здесь помощь государства была бы очень полезна, но мы не чувствуем достаточно внимания государства. Многие коллективы утверждают, что делают совершенные проекты. Банкиры в России очень богатые, но от нас три года никакого возврата не будет — на такие инвестиции они вряд ли пойдут. А потом ведь очень большие доходы будут! Если мы «возьмем» лишь полпроцента рынка процессоров — это уже несколько миллиардов долларов в год.
А отечественная оборонная промышленность?
«Оборонка» нас очень любит, но у нее денег мало. Мы делаем для них рабочие станции: берем станции Sun, перепроверяем их и дополняем согласующими устройствами по оборонным нормам. Мы сделали свои SBus-карты, интерфейсы, «сделали математику». Для нас это не очень сложно, потому что мы владеем исходными кодами операционных систем Sun. Мы гарантируем, что наше оборудование «чистое», без жучков и закладок.
Следующий этап — более серьезный. Мы возьмем станцию SPARCStation 10, вытащим SPARC и вставим процессор собственной разработки. От SPARC в нем только система команд. Два миллиона транзисторов по 0,5-микронной технологии. Такой технологии у нас в России нет, процессор будет выпускаться во Франции. Первый экземпляр уже в производстве, выпуск намечен на февраль.
Вы говорили о возможности сборки на базе плат Sun UltraAX. Как идут дела?
Об этом проекте говорить пока рано. Это, кстати, не первая наша попытка собирать компьютеры Sun. Ближе всего мы были к этому два-три года назад, когда хотели организовать сборку станций на базе SPARC под торговой маркой Sun. В Воронеже есть великолепная, полностью автоматизированная фабрика. Даже слишком автоматизированная — на Западе, например, начинают отказываться от полной автоматизации: такая сборка, в частности, занимает больше площади. Мы разобрали рабочую станцию Sun и дали воронежцам, чтобы они «прогнали» ее по всем сборочным линиям — все прошло великолепно.
Договорились с Sun, приехали два вице-президента и сказали, что они полностью удовлетворены: все чисто, все работает. Но добавили, что сборочных мощностей у Sun вполне достаточно, поэтому собирать здесь имеет смысл лишь в расчете на резкий рост сбыта в России. Окончательное решение должен был принять московский офис, где, оценив рынок, решили, что это нецелесообразно. Тогда на этом дело и закончилось.
Процессор, о котором вы говорили, будет принципиально другой архитектуры?
Конечно да. Процессор необходимо делать, конечно, на западной элементной базе. Мы рассматриваем только вариант 0,18 мкм. Иначе то, что мы выиграем на логике, будет потеряно на технологии — кто у нас тогда такие процессоры купит?
А кто еще в стране этим занимается?
Я не знаю никого. Не в том смысле, что все хуже, а просто никто не работает. Тот, кто разработал кристалл, прекрасно знает, как делать из него систему. Создать свою архитектуру и выйти на рынок с микропроцессором — это весьма непростая задача.
Необходимо убедить организации, с которыми рассчитываешь сотрудничать. Хороший показатель — международное признание. Для меня критерий таков: тот, кто может обанкротиться, должен финансировать разработку. Тогда это действительно серьезно. Государство не может обанкротиться. А такого, чтоб положил кто-то деньги, — такого нет. Кроме сборки. У нас, конечно, хорошие и востребованные программисты. Здесь Россия очень сильна. Программисты, сборка, возможно, что-то в области связи…
А откуда уверенность в том, что ваш процессор, даже самый совершенный, нужен на рынке?
Давайте посмотрим немного вперед. Сейчас у многих компаний есть лицензии на технологии Intel. Когда-то Intel была не такой могущественной и продавала лицензии. Их срок истекает в 2000 году. Есть маленькие фирмы, которые производят процессоры несмотря на отсутствие патентов — просто на милость Intel.
Зачем с ними судиться, только лишние неприятности. В Merced, своем новом процессоре, Intel запатентовала буквально все.
После 2000 года наступит полная монополия Intel. А мы от Intel не зависим — так как все наши работы защищены собственными патентами, совместимость мы обеспечиваем с помощью двоичной компиляции.
Допустим. А как же производители RISC-процессоров?
RISC-процессоры производят HP, DEC, SGI, Sun и IBM. Но Intel доминирует на рынке. HP ведет совместный проект по Merced с Intel и несмотря на то, что компания продолжает выпускать собственные процессоры PA-RISC, велика вероятность, что она все же полностью перейдет на Merced. Была DEC с его великолепной Alpha. Что теперь будет с Alpha? Это основной конкурент Merced по скорости, и Intel будет выпускать Alpha? По контракту-то обязана, но ситуация ненадежна. Кристалл, конечно, великолепный, а вот фабрика — не на современном уровне. Они отстают на два года: переходят на 0,25, а Intel — уже на 0,18. Их кристалл хорош потому, что методология разработки прекрасная. Они каждый триггер делают индивидуально, у них неплохие средства САПР.
Кристалл рисуют просто блестящие инженеры. Сейчас за Alpha взялась Samsung, но будут ли Alpha покупать? В Digital долго меняли курс: то VAX, то MIPS, то Alpha… Слишком долго продолжали выпускать VAX — в этом виноват Олсон: все боялся перейти на RISC-платформу — уж больно хорошо шли VAX. Он переоценил проблему совместимости. Потом слишком поспешно перешли на MIPS. Тогда уж надо было покупать компанию MIPS.
Но остались IBM, SGI, Sun…
У IBM не просто хорошая технология — сверххорошая. Не хуже, чем у Intel. Очень дешевые кристаллы, но не слишком удачные разработки. Я имею в виду PowerPC. Сейчас они более серьезно продвигают Power 2, потому что тройственный союз распадается. Apple заботят свои собственные проблемы, Motorola думает, как бы уйти из этого союза. IBM остается одна. Процессор серии 620 они так и не выпустили. При всей их блестящей технологии они теряют свой рынок.
Дальше Silicon Graphics. Важный показатель — выпускает ли производитель, кроме собственной платформы, машины на базе Intel-процессоров.
SGI объявила, что намеревается выпускать рабочие станции на Intel. Раньше это были разные рынки: рабочие станции — один, а персоналки — другой. Поэтому, выпуская продукцию на двух платформах, производитель не конкурировал сам с собой. А сейчас Intel сделала Pentium Pro и просто ворвалась в рынок рабочих станций. Быстрый Merced, который в силу своей массовости будет дешевым, — как осиновый кол в могилу всех RISC-процессоров.
Сейчас только Sun пытается стоять на своем. А остальные собираются делать машины на Merced. Да и Sun дрогнула: недавно Макнили объявил, что они будут переносить Solaris на Merced. Скотт — боец. Sun уступила Intel в настольных системах. В Sun надеялись, что, сделав UltraSPARC, они смогут затмить Intel. Они не стали производить сложную архитектуру. Сделали простой микропроцессор, потому что не ожидали, что так скоро появится Pentium Pro. Теперь они выпускают UltraSPARC III. Они и в то, что Intel будет делать Merced, не очень верили — это моя оценка. Думали: мало ли что они там в Intel говорят.
Они вели разговоры и про Intel 432, и про Intel 860 — и все бросали.
Безрадостная картина… Как же столь глобальным процессам сможете противостоять вы со своим новым кристаллом?
Мы знаем, как сделать новый микропроцессор. Все принципиальные разработки ведутся в США. Intel — это американские разработки, хотя первый кристалл с MMX и создавался в Израиле. Архитектуры микропроцессоров, системы команд разрабатываются только в США. Сами кристаллы с уже заданной архитектурой делаются не только в Америке, но и в Японии; например, Fujitsu производит свой SPARC. В Южной Корее тоже собираются заняться выпуском таких кристаллов. Samsung делает Alpha. Выпускает кристаллы гораздо больше фирм, чем разрабатывает. Для встроенных систем кристаллы разрабатываются и в Японии, и в Корее, и в Европе. Но процессорные архитектуры и системы команд для использования с универсальной операционной системой создаются только в Америке. И в нашем центре.
Мы в свое время вышли из ИТМиВТ. Сейчас нас около 300 разработчиков плюс два филиала — в Новосибирске и Санкт-Петербурге.
У нас работают специалисты мирового уровня. Потому что мы всегда делали свои машины, а не копировали IBM или DEC. Государство всех заставило копировать, один наш директор, Лебедев, настоял на своем. Мы знаем, что мы не хуже американцев. Быстрая арифметика — быстрое сложение, деление и извлечение квадратного корня — была мной сделана в студенческой работе в 1954 году. Западные публикации появились только в 1956 году. Сейчас же этот принцип используется повсеместно. Первый настоящий суперскалярный процессор, где мы дешифровали две команды за такт с техникой out-of-order execution (внеочередное исполнение), register renaming (переименование регистров) и спекулятивным выполнением команд, мы сделали задолго до американцев. Причем в варианте, аналогичном Pentium Pro. В нем используется команда переменной длины, которая перекодируется по ходу исполнения в RISC-команду постоянной длины. Потом он уже работает как суперскалярный процессор. Это же «Эльбрус 1». У нас была стековая безадресная система команд, переменная байтовая организация — суперскалярный процессор на ней трудно сделать, поэтому мы на лету перекодировали ее в фиксированную трехадресную регистровую систему; декодировали две команды за такт — все, что реализовано в современном суперскалярном процессоре.
Американцы это предложили только в 1995 году, а наша машина заработала в 1978-м.
|
Ваш приоритет признали?
Сейчас этот факт на Западе признан. Но мы не только раньше американцев убедились в достоинствах суперскалярной архитектуры, мы первыми обнаружили и ее слабости. Они еще не начали делать суперкалярные процессоры, а мы уже поняли, в чем их недостатки. В 1986 году мы взялись за постсуперскалярный «Эльбрус 3». Создали мы его только в 1991-м. В 1991 году об «Эльбрусе 3» докладывали на конференции в США. Тут же приехал Питер Розенблат из HP, предлагал сотрудничать.
Теперь Розенблат — руководитель проекта, который потом превратился в Merced! В архитектуре Merced не реализовано и половины возможностей «Эльбруса». В Merced используется широкая команда, но не в полной мере.
Чем же «Эльбрус» лучше Merced?
Они многое не доделали. Архитектура, над которой мы сейчас работаем, будет значительно быстрее Merced. Фактически мы делаем вторую реализацию «Эльбруса 3». Огромная стойка «Эльбруса 3», разработанного в 1991 году, — 15 млн. транзисторов. Это два процессора Ultra SPARC. Эта машина съедала бы слишком много электричества и денег, была бы ненадежна. Мы решили, что надо реализовывать все на кристалле.
Каковы же преимущества нового «Эльбруса»?
В рамках этого проекта разработаны как минимум три серьезные технологии. Первый — широкая команда. Здесь мы — лидеры. Во всем мире этим занимаются всего три группы: Intel/HP, IBM и мы. Мы потратили на разработку около десяти лет. По нашим оценкам, разработанный нами процессор будет вдвое быстрее второй версии Merced, которая появится после наступления 2000 года (а на старых кодах Intel — намного быстрей).
При этом у Intel нет нашей второй важнейшей технологии. В Merced на входе предусмотрен некий блок, который перекодирует во время исполнения старые коды в новые. Это не самый быстрый способ.
Вы, возможно, что-то и знаете о Merced, мы же о его архитектуре осведомлены крайне скудно. Что вы можете сказать об архитектуре EPIC?
До сих пор происходило следующее: программист знает параллельную структуру, но пишет на языке с последовательной парадигмой. Транслятор проводит сложнейший анализ, чтобы распараллелить все, что можно, что-то оптимизировать, переставить местами команды. Но система команд — опять последовательная. Вслед за этим суперскалярная машина снова проводит анализ и снова переставляет команды! Это же просто глупо! Нужно в систему команд ввести явный параллелизм, и машина снова упростится, станет похожа на добрый старый RISC. В этом и заключается идея EPIC (Explicit Parallel Instruction Computing). Это не что иное, как микропрограммирование на новом витке. Дело не в самой идее — она проста, а в том, как ее реализовать.
В нашем компиляторе полмиллиона строк текста. Ясно, что систему команд надо менять, но с несовместимой машиной невозможно выходить на рынок. Мы решили почти полностью освободить архитектуру от «пут» совместимости, полностью сохранив в то же время совместимость для пользователя (но только почти: арифметические операции, например, должны быть стандартными, правда, с ними-то как раз проблем не возникает). Мы разработали технологию двоичной компиляции. При первой попытке исполнить коды Intel незаметно для пользователя будет активизирован двоичный компилятор; сначала запустится динамическая компиляция (почти интерпретация), и машина заработает сразу, но параллельно будет происходить обычная статическая компиляция. Откомпилированная программа окажется сохранена и в следующие, и отныне она уже будет работать очень быстро.
Почему же другие не пошли по этому пути?
Никто не верил в двоичную компиляцию, считали ее ненадежной. Но мы компилируем чужой двоичный код в свой собственный, а в машине есть встроенная поддержка двоичной компиляции, поэтому все функционирует очень надежно.
У нас, например, есть оттранслированные двоичные коды Windows, и мы их запускаем на SPARC! Это, пожалуй, наиболее сложная для компиляции программа. Мы совсем не разбираемся с двоичными кодами, все делает транслятор автоматически. А у нас все работает, причем эффективно. Мы берем UltraSPARC/166 МГц и Pentium/100 МГц — скорости получаются одинаковые. А ведь это трансляция почти без оптимизации. Мы еще ее ускорим раза в полтора. Здесь был мистер Росс из Ross Technology, который разрабатывал HyperSPARC. Он назвал наши планы по двоичной компиляции очень трудными. Я спросил его, что можно считать критерием успеха. Он в ответ предложил перекомпилировать игру FlightSimulator, там масса ассемблерного кода: дескать, если она заработает, считайте, что вы победили. FlightSimulator у нас уже давно работает. Если бы он знал, что мы транслируем операционные системы…
Третья наша технология — теги. Она использовалась на «Эльбрусах» всегда. В мире никто ее по-настоящему не опробовал. Теги задействовались в машинах компании Burroughs, но их там использовали для безопасности.
Теги открывают путь для очень мощной системы типизации. Java — очень хороший язык, но он все же статичен: когда вы объявляете переменную, то связываете тип с этой переменной, в то время как на языке Ассемблера, скажем, вы можете записать любые данные. В тегах же есть контроль типов, но это контроль динамический. А раз есть контроль типов — можно построить великолепную защиту. «Эльбрусы» все так работали. Базовый язык «Эльбрусов», Эль-76 — язык высочайшего уровня, ничуть не ниже любого из существующих. В нем, как и в языке Ассемблера, нет никаких статических ограничений — можно писать все что угодно; с другой стороны, благодаря тегам он защищен не хуже Java. На этом языке у нас пишут любые приложения: системы реального времени, и компиляторы, и операционную систему. С Java люди обретут нормальное интеллектуальное программирование, а не «чумазый» Ассемблер или незащищенный C++. Но Java не универсален, и из-за байт-кода не очень эффективен. Вводя теги в реализацию C++, мы получаем защищенный язык, лишенный главного недостатка Java.
Итак, имея двоичный код для процессоров Intel, мы можем его исполнять на своем кристалле как он есть, а при наличии исходных текстов получаем возможность выполнить программу в защищенном режиме. В любой программе на C наш компилятор обнаружит много ошибок, но если их подправить, программа станет защищенной. Мы переносили многие программы с ЕС на «Эльбрус», и всегда в любых отлаженных программах находили много ошибок. Это своего рода постоянно работающий бесплатный мощный отладчик.
Возможно ли добиться подобной совместимости со SPARC-командами?
Так как мы используем двоичную компиляцию, то нам, вообще говоря, почти все равно, с какого двоичного кода компилировать. Вот если будет какая-то несовместимая вещественная арифметика, при ее интерпретации мы потеряем всю скорость. Но, слава Богу, вещественная арифметика хорошо стандартизована, за исключением небольших мелочей. Но мы считаем, что главное — совместимость с Intel, поскольку это самый большой рынок. Ну а будет что-то расходиться со SPARC, скажем коды условий, ну что же — станем эмулировать.
Будет работать чуть-чуть медленней или с маленькими ограничениями.
В общем, позиции у нас очень сильные. Практически разработана логика кристалла. Выполнено моделирование, мы гоняем тесты, получаем хорошие показатели на тестах SPEC: наши скорости — это не просто теоретические оценки, это реальные миллиарды операций в секунду. Компилятор работает. Мы надеемся найти хорошего западного партнера для реализации этого проекта.
6 фишек процессоров Intel Core i7 и i9 серии HX, которые делают их хорошей начинкой для игровых ноутбуков
7 сентября
Советы
Проходить уровни без фризов и запускать тяжёлые игры за несколько секунд. Разбираемся, как ещё процессоры Intel серии HX помогают геймерам, вместе с MSI и интернет-магазином DNS.
1. Гибридная архитектура
Для современных игр обилие и качество ядер — своего рода фетиш. В процессорах Intel серии HX ядер на два больше, чем в предыдущих сериях мобильных процессоров H и HK, — целых 16. Половина из них производительные, остальные восемь энергоэффективные.
Первые как раз отвечают за качественное выполнение тяжёлых задач: запуск игр со сложной графикой, рендеринг, стриминг, монтаж видео. Вторые нужны для дел попроще, вроде работы с документами или просмотра роликов на YouTube.
Такая архитектура помогает компьютеру экономно расходовать энергию даже во время серьёзной нагрузки — он не будет нагреваться как сковородка и батарея проживёт дольше. Плюс процессоры Intel серии HX поддерживают до 24 потоков — так называют выделенные области внутри ядер, которые способны функционировать как самостоятельные вычислительные центры. Их обилие существенно увеличивает количество параллельно выполняемых операций и ускоряет работу компьютера, в частности обработку требовательных игр. Процессоры серии HX — первые в линейке мобильных процессоров Intel Core, которые могут похвастаться такими показателями. Прежде подобная архитектура была только у десктопных версий, например из серий KS и F.
2. Поддержка крутой графики
Изображение: MSI Raider GE77
Встроенной в процессор графической системы хватит, чтобы одновременно работать с четырьмя мониторами, — это расширяет возможности для гейминга и проведения стримов.
Вероятно, для этого понадобится обзавестись переходниками: столько подходящих разъёмов в ноутбуках не найти. Но всё же подключить дополнительный дисплей для просмотра комментариев от зрителей эфира или игры на большом экране будет реально. Кстати, процессоры HX поддерживают вывод картинки с разрешением вплоть до 8К. С актуальными версиями OpenGL и DirectX они, как и более старые серии, справляются.
Сам по себе процессор сделать картинку красивой, плавной и детализированной не сможет. Ему жизненно необходим второй игрок — качественная видеокарта. В ноутбуках MSI Raider GE77 эта команда мечты есть. В версии 12UGS‑084 с процессором Intel Core i7‑12800HX работает видеокарта NVIDIA GeForce RTX 3070Ti, а в 12UHS‑085RU с Intel Core i9‑12900HX — NVIDIA GeForce RTX 3080Ti. Они обеспечат реалистичное отображение света и максимальную детализацию картинки.
По достоинству оценить тандем процессора и видеокарты в MSI Raider GE77 позволяет большой безрамочный дисплей с разрешением до UHD.
Он поддерживает частоту обновления до 240Гц: не даст пропустить атаку даже в очень динамичной игре. А если нужно больше — через разъёмы HDMI, Thunderbolt™ 4 и USB Type‑C к ноутбуку можно подключить дополнительные экраны.
Узнать подробнее
3. Максимальная тактовая частота — до 5 ГГц
Тактовая частота отражает количество операций, которое процессор может выполнить за единицу времени. Это важный показатель как для загрузки игр, так и для самого гейминга. Большая частота помогает процессору быстрее обрабатывать графику и считывать сигналы от мышки, клавиатуры или джойстика — не медлить, когда каждая секунда на счету.
В обычном режиме работы процессоры серии HX поддерживают тактовую частоту в 2,3 ГГц. Такой хватит для нетребовательных игр, а вот современным с мощной графикой её будет недостаточно: они требуют 3,5–4 ГГц. Для онлайн‑игр же вообще лучше иметь 5 ГГц, чтобы железо справлялось с обработкой постоянного потока новой информации из сети. Специально для таких случаев у процессоров серии HX есть режим Turbo.
С ним версии Core i7 способны разогнаться до 4,70–4,80 ГГц, а Core i9 — до 5 ГГц. Но это не новая фича: подобное ускорение было доступно и в предыдущих сериях мобильных процессоров Intel.
Ещё один момент: чтобы процессор мог комфортно работать на пределе возможностей, важна и другая начинка ноутбука, в частности качественная система охлаждения. Если вентиляторы и тепловые трубки не справятся с отведением жара — долго поддерживать частоту на максимуме процессор не сможет.
4. Большой объём кеша L3
Изображение: MSI Raider GE77
Кеш — быстрая память, из которой процессор может получить уже прежде обработанную информацию, не тратя заново время на поиски её в оперативной памяти или хранилище. Это помогает увеличить производительность.
У кеша есть три уровня; последний, L3, — самый объёмный. Его размеры как раз больше отражаются на играх: для запуска программ и веб‑сёрфинга обычно хватает кешей L1 и L2. Для комфортного гейминга и запуска требовательных игр достаточно и 16–20 Мб кеша L3, но в процессорах Intel Core i7 HX его 25 Мб, а в i9 — целых 30 Мб.
Технология Intel Smart Cache позволяет всем ядрам обращаться к L3 одновременно, что даёт дополнительный буст перформансу. Однако размер кеша не всегда оказывает заметное влияние на игру и значителен только в комбинации с производительной архитектурой и тактовой частотой.
5. Поддержка оперативной памяти DDR5
Памяти последнего поколения. У неё есть несколько усиленных качеств. Во‑первых, большая скорость потока передачи данных — процессоры Intel HX поддерживают DDR5 с потоком до 4800 мегатрансферов в секунду. Во‑вторых, увеличение каналов памяти: в DDR4 он был один, в DDR5 — их два. Большее число каналов позволяет быстрее получать информацию и усиливать эффективность. Однако на игровой перформанс эти апгрейды, согласно тестам, повлияли незначительно.
Но у DDR5 есть ещё одна полезная фича — работа от интегральной системы питания (PMIC). Предыдущее поколение управлялось материнской платой. PMIC же оптимизирует расход энергии и запускается при более низком напряжении.
6.
Умные технологии
Изображение: MSI Raider GE77
Их в процессорах серии HX множество, но большинство присутствовали и в предыдущих моделях мобильных процессоров. Например, Smart Sound отвечает за качественную передачу звука и обработку голоса без ущерба для производительности и работы батареи. Это особенно важно для стримов и командных игр.
Hyper‑Threading обеспечивает многопоточную обработку для каждого ядра, а Speed Shift — быстрое переключение скорости в зависимости от сложности задачи. Загружать веб‑страницы, работая на максимум, он не будет — это полезно для энергоэффективности. Технологии термоконтроля сохраняют безопасность начинки даже во время самых жарких боёв. А Intel Adaptix помогает подкрутить настройки системы так, чтобы ноутбук выдавал максимальную производительность и характеристики графики.
Помочь процессору вывести возможности ноутбука до метауровня в Raider GE77 позволяет аккумулятор ёмкостью 99,9 Вт/ч и приложение MSI Center. Включите в нём режим экстремальной производительности перед долгой схваткой в требовательной игре, тогда компьютер активирует режим MSI Overboost: он поднимет лимит мощности видеокарты до 175 Вт, а процессора — до 75 Вт.
Всё это без перегрева: за регулирование температуры в Raider GE77 отвечают система охлаждения Cooler Boost 5 с двумя вентиляторами, семью тепловыми трубками и термопрокладкой «PHASE‑CHANGE THERMAL PAD».
В MSI Center можно подкручивать не только параметры производительности: настройки графики, работа тачпада, передача звука, подсветка клавиатуры — всё доступно для кастомизации. Дополнительно усилить работу звука позволит ПО Nahimic, а придать и без того стильному чёрному гаджету футуристичный вид — панорамная подсветка Mystic Light, опоясывающая всю переднюю часть корпуса.
Хочу такой ноутбук
Как производятся компьютерные чипы?
Ключевые пункты:
- Наиболее распространенными полупроводниковыми материалами, используемыми для производства компьютерных микросхем, являются диоксид кремния (или песок), германий и арсенид галлия.
- Одним из этапов процесса изготовления компьютерного чипа является фотолитография, при которой светочувствительный материал используется для переноса рисунка на подложку.
- Рисунок, сформированный в процессе травления, называется «маской», и именно он придает чипу его форму и функциональность.
Компьютерные чипы, также известные как кремниевые микрочипы, представляют собой невероятно маленькие электронные устройства, используемые для хранения и обработки информации. Они контролируют все, от электроприборов до оргтехники, цифровых камер и медицинского оборудования. Они берут всю эту информацию, будь то простое цифровое изображение или целый фильм, и превращают ее в полезный продукт. Каждый раз, когда вы нажимаете «Отправить» или «Ввод» на своем компьютере, вы используете новейшие технологии микрочипов для обработки и отправки ваших данных через Интернет или ваше офисное здание. Но откуда берутся эти чипы? Как они сделаны? Эта статья проведет вас через каждый шаг, связанный с процессом создания этих основных продуктов, которые держат нас на связи и ежедневно информируют.
Какие химические вещества используются при изготовлении компьютерных микросхем?
Компьютерный чип, также известный как интегральная схема, состоит из полупроводникового материала.
Наиболее распространенным типом полупроводникового материала является кремний. Диоксид кремния, или песок (основной материал в компьютерных чипах). Другие материалы, используемые при изготовлении компьютерных микросхем, включают германий и арсенид галлия. Эти материалы используются, потому что они обладают особыми свойствами, которые делают их пригодными для изготовления транзисторов. Когда вы включаете транзистор, прикладывая напряжение к его электроду затвора, вы заставляете электроны течь от электрода истока к электроду стока.
Изолятор препятствует протеканию тока до тех пор, пока транзистор не будет открыт. После включения транзистор действует как проводник, позволяя течь току. Если на электрод затвора не подается напряжение, ток не будет течь. Одним из важных моментов в этом процессе является то, что электрод затвора отключает ток только после того, как он достигает стока. Он не останавливает ток на полпути через устройство.
Другим ключевым элементом является то, что эти операции выполняются очень быстро, обычно с периодами, измеряемыми в наносекундах (миллиардных долях секунды).
На одном куске кремниевой пластины можно создавать схемы, содержащие сотни тысяч транзисторов!
Как производятся компьютерные чипы? Пошаговое руководство
Компьютерные микросхемы изготавливаются в процессе, называемом производством полупроводников. Полупроводники — это материалы, проводящие электричество, и их можно разделить на два основных типа: кремний (используемый для компьютерных микросхем) и германий. Вот обзор процесса.
Шаг 1: Начните с песка
Промытый кварцевый песок перед поставкой. Кварцевый песок используется для производства кремния электронного класса, который используется в производстве микрочипов.
Процесс изготовления компьютерного чипа начинается с особого вида песка, называемого кварцевым песком, который состоит из диоксида кремния. Основной компонент производства полупроводников, кремний, должен быть чистым, чтобы его можно было использовать в производственном процессе.
Шаг 2: Очистка для получения слитка кремния
Слиток кремния представляет собой цилиндрический кусок чрезвычайно чистого кремния, выращенный в контролируемой среде.
Кремний электронного качества, имеющий чистоту 99,9999%, производится с помощью ряда процедур очистки и фильтрации. Затем он разрезается на прямоугольные пластины, которые в конечном итоге станут компьютерными чипами. Размер и форма пластины зависят от конечного использования. Острые края сглажены и сделаны идеально ровными, чтобы электрические сигналы могли беспрепятственно проходить по его поверхности.
Этап 3: Нарезка пластин
На следующем этапе круглый слиток кремния нарезается на пластины. Производители чипов сначала разрезают кремниевые пластины до нужного размера, чтобы сделать компьютерный чип. Затем пластины полируются и очищаются перед дальнейшей обработкой. После того, как они нарезаны, они подвергаются ряду процессов, в ходе которых на поверхность штампа добавляются слои различных материалов. Эти слои служат разным целям, например, создают электрические пути или изолируют разные области чипа.
Шаг 4: Фотолитография
Затем на пластину наносится тонкий слой фоторезиста.
В фотолитографии светочувствительный материал используется для переноса рисунка на подложку. Первым шагом является покрытие подложки светочувствительным материалом, называемым фоторезистом. Затем пластина подвергается воздействию света с помощью маски, содержащей желаемый рисунок. Затем открытые области фоторезиста проявляются, что создает отверстия в резисте, соответствующие желаемому рисунку. Затем пластина протравливается, что переносит рисунок на нижележащую подложку.
Этап 5: Ионы и легирование
Легирование — это процесс бомбардировки кремниевой пластины ионами для изменения ее проводимости после того, как экспонированный фоторезист был стерт. После смывания остатков фоторезиста выявляется рисунок импактного и неповрежденного материала.
Этап 6: Травление
Тонкий слой кремния удаляется с поверхности путем нанесения реактивных химикатов. Они применяются с разной скоростью в зависимости от того, насколько глубоко вы хотите, чтобы они вошли в поверхность.
Если вы хотите удалить большое количество материала, применяйте химикаты в течение более длительного времени, чтобы они были как можно более сильными. Таким образом, многократно вытравливая и перерисовывая изображения, инженеры могут создавать сложные шаблоны для различных компонентов, таких как микросхемы памяти и процессоры.
Рисунок, сформированный в процессе травления, называется «маской», и именно он придает чипу его форму и функциональность. Маска изготовлена из фоторезистов — материалов, которые можно химически модифицировать для создания рисунка на поверхности.
Компьютерные микросхемы производятся в условиях «чистой комнаты» с соблюдением всех мер предосторожности во избежание загрязнения.
Шаг 7: Гальваническое покрытие
Почти готовый транзистор покрывается изолирующим слоем, и в нем вырезаются три отверстия. Затем производители наносят ионы меди на поверхность транзистора, используя процедуру, называемую гальванопокрытием, чтобы создать слой меди поверх изолятора.
После удаления лишней меди в отверстиях изоляционного слоя остается только три отложения меди.
Шаг 8: Многоуровневые межсоединения
Компьютерные чипы, на которых работают наши устройства, состоят из множества слоев межсоединений, каждый толщиной всего в несколько атомов. Межблочные соединения изготавливаются из металлических проводов, которые соединяют различные типы электрических компонентов. Каждый провод имеет определенную функцию, предназначенную для совместимости друг с другом, чтобы они могли общаться друг с другом. Теперь, когда все транзисторы взаимосвязаны, чип может выполнять операции, подобные процессору.
Шаг 9. Проверка и разрезание матрицы
Вафля разрезается на небольшие квадраты, называемые штампом. Каждый кристалл содержит миллионы транзисторов. Затем штампы тестируются и нарезаются на отдельные чипы. Затем чипы упаковываются и отправляются производителям компьютеров.
Шаг 10: Упаковка
В упаковку кристаллов входит подложка и теплораспределитель, и они принимают узнаваемую форму процессора для настольных ПК.
Тепло передается от кремния теплораспределителем к расположенному над ним радиатору. После этого процессоры тестируются с точки зрения энергопотребления, максимальной частоты и других показателей производительности.
Далее…
- 5 лучших рождественских огней на солнечных батареях Приближается Рождество, и вы хотите украсить свои залы огнями… с ограниченным бюджетом. Вот как это сделать в солнечном стиле.
- Исследуйте историю Fairchild Semiconductor Мы расскажем об истории и вкладе Fairchild Semiconductor в технологии.
- 10 лучших фильмов о космосе Вы любитель научной фантастики? Тогда ознакомьтесь с нашей подборкой лучших когда-либо снятых космических фильмов!
Как производятся компьютерные чипы? FAQs (часто задаваемые вопросы)
Как делают микросхемы для компьютеров?
Микрочипы создаются путем наслоения взаимосвязанных рисунков на кремниевой пластине. От проектирования до массового производства, процесс производства микрочипа включает в себя сотни операций и может занимать до четырех месяцев.
Что заставляет работать компьютерные чипы?
Транзисторы функционируют как крошечные электрические переключатели на микросхеме, которые могут включать и выключать ток. На кремниевой пластине формируется многослойная решетка из соединенных форм, создающая узор микроскопических переключателей.
Из чего большей частью состоят компьютерные микросхемы?
Кремний и металл — два основных компонента каждого компьютерного чипа. Процессор состоит из множества транзисторов, находящихся на каждом чипе. На одном чипе могут быть десятки миллионов транзисторов.
Как компьютерные чипы хранят данные?
Каждый двоичный бит данных хранится на полупроводниковой микросхеме памяти в ячейке памяти, небольшой схеме, состоящей из одного или нескольких транзисторов. Ячейки памяти на поверхности чипа расположены прямоугольными массивами.
об авторе
Элизабет Милн
Элизабет была внештатным писателем и редактором более 10 лет.
Она начала свою карьеру, работая в Cisco Systems в качестве технического писателя, специализирующегося на электронных книгах, содержании веб-сайтов, официальных документах и практических руководствах по внутренним технологическим обновлениям. Она любит писать на самые разные темы, включая кибербезопасность, электромобили, видеоигры, научную фантастику, криптографию, историю технологий, VR/AR и персональные технологии. Когда она не пишет и не мечтает о кругосветном путешествии, она проводит время за чтением. С кофе. Много кофе.
Следите за мной в:
Как песок становится кремнием? Объяснение производства ЦП
Мир живет на информации, и человечество создает примерно 2,5 миллиона терабайт данных в день. Однако все эти данные бесполезны, если мы не можем их обработать, поэтому, возможно, одна из вещей, без которых современный мир не может жить, — это процессоры.
Но как делается процессор? Почему это современное чудо? Как производитель может разместить миллиарды транзисторов в таком маленьком корпусе? Давайте углубимся в то, как Intel, один из крупнейших мировых производителей чипов, создает ЦП из песка.
Основной ингредиент любого процессора, кремний, добывается из песка пустыни. Этот материал в изобилии встречается в земной коре и состоит примерно на 25-50% из диоксида кремния. Он обрабатывается для отделения кремния от всех других материалов в песке.
Обработка повторяется несколько раз, пока производитель не создаст образец с чистотой 99,9999%. Затем очищенный кремний выливается в цилиндрический слиток электронного качества. Диаметр цилиндра составляет 300 мм, а вес около 100 кг.
Затем производитель нарезает слиток на пластины толщиной 925 микрометров. После этого он полируется до зеркального блеска, удаляя все изъяны и дефекты на его поверхности. Эти готовые пластины затем отправляются на завод Intel по производству полупроводников для превращения из пластины кремния в высокотехнологичный компьютерный мозг.
Шоссе FOUP
Поскольку процессоры являются высокоточными деталями, их основа из чистого кремния не должна загрязняться ни до, ни во время, ни после производства.
Здесь на помощь приходят открывающиеся спереди унифицированные контейнеры (FOUP). Эти автоматизированные контейнеры вмещают 25 пластин одновременно, сохраняя их в безопасном месте в помещении с контролируемой средой при транспортировке пластин между машинами.
Кроме того, каждая пластина может проходить одни и те же шаги сотни раз, иногда переходя из одного конца здания в другой. Весь процесс встроен в машины, так что FOUP знает, куда идти для каждого шага.
Кроме того, FOUP перемещаются по монорельсам, подвешенным к потолку, что позволяет им максимально быстро и эффективно перемещать деталь с одного производственного этапа на другой.
Фотолитография
Источник изображения: Chaiken/Wikimedia Commons
В процессе фотолитографии используется фоторезист для печати рисунков на кремниевой пластине. Фоторезист — это прочный, светочувствительный материал, похожий на то, что вы найдете на пленке. После этого пластина подвергается воздействию ультрафиолетового света с маской рисунка процессора.
Маска обеспечивает экспонирование только тех мест, которые они хотят обработать, оставляя фоторезист в этой области растворимым. После того, как рисунок полностью отпечатан на кремниевой пластине, он проходит через химическую ванну, чтобы удалить весь экспонированный фоторезист, оставив образец чистого кремния, который пройдет следующие этапы процесса.
Ионная имплантация
Этот процесс, также известный как легирование, заключается во встраивании атомов различных элементов для улучшения проводимости. После завершения первоначальный слой фоторезиста удаляется и наносится новый, чтобы подготовить пластину к следующему шагу.
Травление
После очередного этапа фотолитографии кремниевая пластина направляется на травление, где начинают формироваться транзисторы процессора. Фоторезист наносится на участки, где кремний должен остаться, а участки, которые необходимо удалить, химически травятся.
Оставшийся материал медленно становится каналами транзисторов, по которым электроны перетекают из одной точки в другую.
Депонирование материала
После создания каналов кремниевая пластина возвращается в фотолитографию для добавления или удаления слоев фоторезиста по мере необходимости. Затем он переходит к нанесению материала. Различные слои различных материалов, таких как диоксид кремния, поликристаллический кремний, диэлектрик high-k, различные металлические сплавы и медь, добавляются и травятся для создания, доработки и соединения миллионов транзисторов на чипе.
Химическая механическая планаризация
Каждый слой процессора подвергается химико-механической планаризации, также известной как полировка, для удаления лишнего материала. После удаления самого верхнего слоя обнажается лежащий в основе медный узор, что позволяет производителю создавать дополнительные медные слои для соединения различных транзисторов по мере необходимости.
Хотя процессоры выглядят невероятно тонкими, они обычно имеют более 30 слоев сложной схемы. Это позволяет ему обеспечивать вычислительную мощность, необходимую для современных приложений.
Тестирование, нарезка и сортировка
Кремниевая пластина может пройти все вышеперечисленные процессы для создания процессора. Как только кремниевая пластина завершит этот путь, она начнет тестирование. Этот процесс проверяет каждую созданную деталь на пластине на функциональность — работает она или нет.
После этого пластина разрезается на части, называемые штампом. Затем он сортируется, и годные матрицы отправляются на упаковку, а неисправные выбрасываются.
Превращение кремниевого кристалла в процессор
Этот процесс, называемый упаковкой, превращает штампы в процессоры. Подложка, обычно печатная плата, и теплораспределитель помещаются на кристалл для формирования процессора, который вы покупаете. Подложка — это место, где кристалл физически соединяется с материнской платой, а теплоотвод взаимодействует с охлаждающим вентилятором ЦП с постоянным током или ШИМ.
Тестирование и контроль качества
Готовые процессоры затем снова тестируются, но на этот раз на производительность, мощность и функциональность.
Этот тест определяет, какой это будет чип — хорошо ли это быть i3, i5, i7 или i9.процессор. Затем процессоры соответствующим образом группируются для розничной упаковки или помещаются в лотки для доставки производителям компьютеров.
Микроскопически маленький, но невероятно сложный
Процессоры кажутся простыми снаружи, но на самом деле они невероятно сложны. Производство процессоров занимает от двух с половиной до трех месяцев непрерывной работы 7 дней в неделю. И, несмотря на то, что за этими чипами стоит высокоточная инженерия, нет никакой гарантии, что они получат идеальную пластину.
На самом деле производители процессоров могут потерять от 20% до 70% кристаллов на пластине из-за дефектов, загрязнений и т. д. На это значение также влияют все более мелкие процессы ЦП, а новейшие чипы имеют размер всего 4 нм.
Однако, согласно закону Мура, мы по-прежнему можем ожидать, что производительность процессоров будет удваиваться каждые два года до 2025 года.