Ua
Напівпровідник – мозок сучасної електроніки. Тільки уявіть, в 2019 році обсяг ринку напівпровідників становив аж 412 млрд доларів! Як думаєте, які компанії становили половину всього ринку? Безумовно, половина ринку напівпровідників зайнята компаніями з США. Швидко розвивається ринок напівпровідників для систем штучного інтелекту, де фахівці прогнозують зростання з 6 млрд доларів в 2019 році до 30 млрд доларів в 2022 році. При цьому, середньорічний темп зростання (CAGR) буде перебувати приблизно на рівні 50%.
Мало хто з нас знає, що рухає роботою наших комп'ютерів і телефонів. Кожен сучасний комп'ютер, смартфон, приставка мають ряд основних і розширених функцій. Клацаючи мишкою, проводячи пальцем по екрану, друкуючи на клавіатурі або кажучи в динамік ми змушуємо працювати саме напівпровідники. Саме вони відповідають за пошук інформації, здійснення обчислень і оптимізацію електронних пристроїв. Напівпровідники – це величезний список елементів, які використовуються в електронних пристроях: машинах, телефонах, ноутбуках, комп'ютерах, розумних годинниках і т.д. Напівпровідникові елементи відповідальні за все, від їх роботи залежать не тільки основні можливості наших пристроїв, але і розширені. Наприклад, коли ми ведемо потокову трансляцію зі свого персонального комп'ютера, все працює саме завдяки напівпровідникам. Всі CPU і GPU складаються з тисяч напівпровідникових елементів, які здійснюють обчислення.
Конкретні приклади напівпровідників в електроніці
Взагалі, це складна тема, в якій дуже часто новачки плутаються. Як приклад візьмемо інтегральні схеми, виготовлені з кремнію. Мікросхеми є найважливішою частиною сучасних електронних пристроїв. Щоб мати можливість здійснювати базові логічні обчислення, ці мікросхеми повинні бути здатні діяти подібно вимикачам з електронним управлінням. Щоб домогтися практично миттєвого перемикання, ці схеми повинні бути виготовлені з напівпровідникового матеріалу, значення електричного опору якого знаходиться між провідником і ізолятором.
Процес створення напівпровідникових пристроїв складається з декількох етапів. Саме тому між етапом тестування і запуску в масове виробництво знаходиться проміжок часу в кілька років. Наприклад, шлях процесора AMD до кінцевого споживача виглядає так:
- Ідея.
- Розробка архітектури.
- Виробництво.
- Тестування.
- Запуск в серійне виробництво.
- Транспортування.
- Кінцевий споживач.
Виготовлення напівпровідників – це складний технологічний процес. Час виготовлення напівпровідникової продукції може залежати від її складності, але в середньому з моменту початку досліджень до випуску готового продукту проходить від трьох до п'яти років.
Компанія AMD постійно працює над вдосконаленням напівпровідникових елементів. Це дуже сильно помітно протягом останніх декількох років. Саме за цей проміжок часу продукція компанії AMD змінилася до невпізнання. Ніхто не думав, що рішення від AMD будуть коли-небудь кращі за рішення від Intel.
Закон Мура та виклики сучасності
Гордон Мур – людина, яка заснувала компанію Intel. Це талановитий інженер, який зміг передбачити величезну кількість проблем сучасної електроніки. У цій частині статті ми коротко розповімо про 3 прогнози Гордона Мура.
Корективи в «Закон Мура» вносилися 3 рази. Спочатку він виглядав так: «Кількість компонентів, що розміщується на кристалі мікросхеми, буде подвоюватися кожен рік». Гордон Мур був упевнений, що цей закон буде актуальний протягом наступних 10 років і він мав рацію. Гордон Мур прийшов до висновку, що при збереженні цієї тенденції, потужність обчислювальних пристроїв за відносно короткий проміжок часу може вирости експоненціально. У 1975 році Гордон Мур вніс в свій закон корективи, згідно з якими подвоєння числа транзисторів буде відбуватися кожні два роки. Перед 2015 роком Гордон Мур передбачив, що швидкість росту щільності упакування елементів інтегральних схем досягне точки насичення в наступному десятилітті або близько того. Це станеться, коли зменшення розміру транзистора досягне свого природного обмеження – величини атома. Кількість транзисторів на серверному процесорі AMD EPYC 2-го покоління досягло приблизно 40 мільярдів.
Пропонуємо вам наочно порівняти зміни в розмірі техпроцесу на основі процесорів AMD:
- 1971 рік – 10 мкм
- 2019 рік – 6 нм
- 2027 рік – 3 нм
До речі, сучасний смартфон, має значно більшу обчислювальну потужність, ніж комп'ютери, які агентство NASA використовувало для посадки на Місяць космічного корабля «Аполлон-11» в 1969 році.
Новітні техпроцеси 7 нм і менше
AMD стала першою компанією, яка випустила на ринок виготовлені за техпроцесом 7 нм центральні і графічні процесори з архітектурою x86. Ці пристрої вже застосовуються в центрах обробки даних, персональних комп'ютерах і ноутбуках. З огляду на надзвичайно довгий виробничий цикл нових технологічних процесів, інженери AMD зосереджують свої зусилля на інноваціях, які одного разу зроблять можливим виготовлення мікросхем за техпроцесами 5 і 3 нм.
Іншим ключовим підходом до підвищення продуктивності процесорів стало використання багатокристального компонування, яке дозволяє виробникам напівпровідників зібрати воєдино безліч компактних кристалів і в результаті отримати ЦП з великою кількістю ядер. Наприклад, в серверному процесорі AMD EPYCTM 2-го покоління монолітний 32-ядерний серверний кристал розділений на вісім дискретних 7-нанометрових мікрочіпів, об'єднаних в багатокристальні модуль з високошвидкісною сигнальною шиною. Виготовлення цього процесора в формі одного кристала було б неможливим через обмеження масштабної сітки виробничого обладнання. За оцінками AMD, застосування багатокристального компонування дозволить знизити виробничі витрати приблизно на 40%.
Як ми бачимо, протягом понад 50 років AMD є лідером в розробці новаторських технологій для високопродуктивних обчислень і візуалізації.