Storleken på processorns processnod är alltid något som ofta diskuteras i chipets specifikationer. Men vad är det, och varför spelar det roll?

Vad betyder "processstorlek"?

I detta sammanhang används "process" för att beskriva tillverkningsprocessen i stället för datorns processor. Det handlar om hur chipet görs, inte vad det kan göra. Storleken på processnoden, uppmätt i nanometer, beskriver storleken på en processors minsta möjliga element.

Föreställ dig det här: Om en processors design är en digital bild, skulle storleken på en "pixel" vara processstorleken. Till exempel, på Intels nuvarande process, är det minsta möjliga elementet 14 nanometer eller 14nm. Ju mindre process, desto större är upplösningen som kan erhållas. Som ett resultat kan tillverkare göra transistorer och andra komponenter mindre. Det betyder att fler transistorer kan vara hopfällda till ett mindre fysiskt utrymme. Detta ger några stora fördelar såväl som ett par nackdelar.

Varför är det mindre bättre?

Om du krymper alla delar av en transistor lika, kommer de elektriska egenskaperna hos den transistorn inte att förändras. Och ju fler transistorer du kan passa i ett visst utrymme, desto större processorkraft har du. Detta beror på ökningar av beräkningsparallellitet och cachestorlekar. Så om du försöker påskynda ett chip eller lägga till nya funktioner, är det ett starkt incitament att minska storleken på dess transistorer.

Mindre processer har också en lägre kapacitans, vilket gör att transistorer kan slå på och av snabbare när man använder mindre energi. Och om du försöker göra en bättre chip, så är det perfekt. Ju snabbare en transistor kan växla på och av, ju snabbare det kan fungera. Och transistorer som slår på och av med mindre energi är effektivare, vilket minskar driftseffekten eller "dynamisk strömförbrukning" som krävs av en processor. Ett chip med lägre dynamisk strömförbrukning dränerar batterierna långsammare, kostar mindre att springa och vara mer ekologiskt vänliga.

Mindre chips är också billigare att göra. Chips är gjorda på cirkulära wafers av kisel, som den ovanstående. En enkel skiva kommer normalt att innehålla dussintals processordioder. En mindre processstorlek skapar en mindre formstorlek. Och om dödstorleken är mindre, kommer fler döda att passa på en enda kiselplatta. Detta leder till en ökad tillverkningseffektivitet, vilket minskar tillverkningskostnaderna. Att utveckla en ny process kräver stora investeringar, men efter det att kostnaden återvinns minskar kostnaderna per dygn avsevärt.

Vad är nackdelen med en mindre processstorlek?

Mindre transistorer är svårare att göra. När transistorer krymper blir det svårare och svårare att göra chips som körs med högsta möjliga klockhastighet. Vissa marker kommer inte att kunna köras med högsta hastighet, och dessa marker kommer att bli "binned" eller märkta, som marker med lägre klockhastigheter eller mindre caches. Mindre processer har vanligtvis fler marker inåt vid lägre klockhastigheter eftersom det är mer utmanande att göra ett "perfekt" chip. Fabricators är försiktiga att eliminera så många problem som möjligt, men det kommer ofta ner till de oundvikliga variationerna i den analoga världen.

Mindre transistorer har också större "läckage". Läckage är en mätning av hur mycket ström en transistor tillåter genom när i "av" -läget. Det betyder att när läckaget ökar, förbrukar den statiska strömförbrukningen eller mängden ström en transistor förbrukar i tomgång. Ett chip med större läckage kräver mer ström även när den inte är aktiv, dränerar batterierna snabbare och körs mindre effektivt.

En mindre process kan ha lägre avkastning, vilket resulterar i färre fullt funktionella chips. Detta kan orsaka produktionsfördröjningar och brister. Det gör det svårare att få tillbaka den investering som krävs för att utveckla en ny process. Detta element av risk ligger till grund för en ny tillverkningsprocess, men det gäller särskilt för en process som är precis som halvledarfabrikation.

Självklart försöker tillverkare minska eller eliminera dessa problem när de utvecklar en ny process, och de är ofta framgångsrika. Det är därför vi får chips som är snabbare och effektivare även när processstorlek krymper.

Slutsats

Krympande processstorlek är svår, men fördelarna ger ett starkt incitament för tillverkare att jaga mindre och mindre processstorlekar. Och tack vare den körningen får konsumenterna snabbare och effektivare marker varje par år. Det är dessa framsteg som möjliggjorde tekniska förunderligheter som smartphones, och det kommer att möjliggöra nästa generations tekniska prestationer.