나노 미터 : 현재 상태 및 CPU에 미치는 영향

프로세서의 나노 미터에 대해 들어 보셨습니까? 글쎄, 이 기사에서 우리는이 측정에 대해 모두 말할 것입니다. 그리고 가장 중요한 것은 나노 미터가 전자 칩과 이러한 측정에서 언급하는 다른 요소에 미치는 영향입니다.

나노 미터 란?

이 간단한 사실은 컴퓨팅뿐만 아니라 생물학과 연구에 중요한 다른 과학에서도 많은 놀이를 할 것이기 때문에 나노 미터가 무엇인지 정의함으로써 정확하게 시작합시다.

나노 미터 (nm) 는 국제 시스템 (SI)의 일부인 길이 측정 단위입니다. 미터가 저울 의 표준 또는 기본 단위 라고 생각 하면 나노 미터는 10 억분의 1 미터입니다.

나노 미터를 측정하는 정상적인 인간에게는 이해할 수있는 용어로, 우리는 고성능 전자 현미경을 통해서만 볼 수 있습니다. 예를 들어, 사람의 모발은 약 80, 000 나노 미터의 직경을 가질 수 있으므로 전자 부품의 크기는 14nm에 불과합니다.

이 법안은 항상 존재하지만 분명하지만 하드웨어 커뮤니티의 경우 최근 몇 년 동안 특별한 관련성이있었습니다. 점점 더 작은 반도체 또는 트랜지스터를 기반으로 집적 회로 를 생성하는 제조업체의 강력한 경쟁으로 인해.

트랜지스터

트랜지스터 및 전자 회로도

프로세서 의 트랜지스터에 대해 수동적이고 능동적 인 이야기를 들었을 것입니다 . 트랜지스터 는 전자와 전기 에너지를 피하면서 전자 회로에서 찾을 수있는 가장 작은 요소 라고 말할 수 있습니다.

트랜지스터는 실리콘 또는 게르마늄 과 같은 반도체 재료 로 만들어진 요소입니다. 그것은 물리적 조건에 따라 전기 전도체 또는 절연체로 작동 할 수있는 요소입니다. 예를 들어, 자기장, 온도, 방사선 등 그리고 물론 CPU의 트랜지스터의 경우 인 특정 전압으로.

트랜지스터 는 오늘날 존재하는 모든 집적 회로 에 존재합니다. 입력 신호에 대한 응답으로 출력 신호를 생성하는 것, 즉 자극 이전에 전류가 통과하는지 여부 에 따라 출력 신호 를 생성하여 이진 코드 (1 전류, 0)를 생성하는 것이 매우 중요합니다. 현재가 아님).

논리 게이트 및 집적 회로

NAND 포트

리소그래피 프로세스를 통해, 로직 게이트를 형성하기 위해 몇 개의 트랜지스터로 구성된 특정 구조를 갖는 회로를 생성 하는 것이 가능하다. 논리 게이트는 트랜지스터 뒤에있는 다음 장치로 , 특정 논리 또는 부울 기능을 수행 할 수 있는 전자 장치입니다 . 어떤 방식 으로든 몇 개의 트랜지스터를 연결 하면 SI, AND, NAND, OR, NOT 등의 게이트를 더하거나 빼고 만들 수 있습니다. 이것이 전자 부품에 논리가 부여되는 방식입니다.

이것이 바로 전자 칩 이라고 불리는 것을 형성 할 수있는 트랜지스터, 저항 및 커패시터의 연속으로 집적 회로를 만드는 방법입니다.

리소그래피 또는 사진 석판 술

실리콘 웨이퍼

리소그래피 는 이러한 초소형 전자 칩을 만드는 방법입니다. 특히이 기술은 처음에는 석판 이나 금속에 내용을 조각하는 데 사용 되었기 때문에 포토 리소그래피 및 나노 리소그래피 의 이름으로 파생되었습니다.

현재 수행중인 작업은 유사한 기술을 사용하여 반도체와 집적 회로를 만드는 것입니다. 이를 위해, 나노 미터 두께의 실리콘 웨이퍼 가 사용되는데, 이는 특정 구성 요소의 빛에 대한 노출 및 다른 화합물의 사용에 기초한 공정을 통해 미세한 크기의 회로를 생성 할 수 있습니다. 차례로, 이 웨이퍼들은 복잡한 3D 칩 을 얻을 때까지 쌓입니다.

전류 트랜지스터는 몇 나노 미터입니까?

최초의 반도체 기반 프로세서 는 1971 년 인텔이 혁신적인 4004 로 출시했습니다. 제조업체는 10, 000 nm 트랜지스터 또는 10 마이크로 미터를 생성하여 칩에 최대 2, 300 개의 트랜지스터를 만들 수있었습니다.

그리하여 현재 나노 기술로 유명한 마이크로 기술의 우위 경쟁이 시작되었습니다. 2019 년에는 인텔의 Broadwel 아키텍처, 7nm, AMD의 Zen 2 아키텍처와 함께 제공되는 14nm 제조 프로세스를 갖춘 전자 칩이 있으며, IBM 및 기타 제조업체가 5nm 테스트를 수행하고 있습니다. 우리가 상황에 처하게하려면 5nm 트랜지스터는 원자의 전자 구름보다 50 배 더 큽니다. 몇 년 전에는 순전히 실험적인 과정이지만 1nm 트랜지스터를 만드는 것이 이미 가능했습니다.

모든 제조업체가 자체 칩을 만든다고 생각하십니까? 사실은 아닙니다. 세상에서는 전자 칩 제조에 전념하는 4 가지 큰 힘 을 찾을 수 있습니다.

• TSMC:이 마이크로 기술 회사는 세계 최고의 칩 어셈블러 중 하나입니다. 실제로 AMD (핵심 부분), Apple, Qualcomm, Nvidia, Huawei 또는 Texas Instrument 와 같은 브랜드의 프로세서를 만듭니다. 7nm 트랜지스터의 주요 제조업체입니다. 글로벌 파운드리 -AMD, Qualcomm 등을 포함하여 가장 많은 고객을 보유한 실리콘 웨이퍼 제조업체 중 하나입니다. 그러나이 경우 12 및 14 nm 트랜지스터가 있습니다. 인텔: 블루 자이언트 에는 자체 프로세서 팩토리 가 있으므로 다른 제조업체가 제품을 만드는 데 의존하지 않습니다. 아마도 이것이 10nm 아키텍처가 7nm 경쟁사에 비해 개발하는 데 오랜 시간이 걸리는 이유 일 것입니다. 그러나 이러한 CPU는 잔인 할 것이므로 안심하십시오. 삼성: 한국 회사 에도 자체 실리콘 공장 이있어 인텔과 같은 용어입니다. 스마트 폰 및 기타 장치를위한 자체 프로세서 만들기

무어의 법칙과 물리적 한계

그래 핀 트랜지스터

유명한 무어의 법칙 (Moore 's Law)에 따르면 2 년마다 마이크로 프로세서의 전자 수가 두 배가 되며 사실은 반도체가 시작된 이래로 사실이었습니다. 현재 chis는 7nm 트랜지스터와 함께 판매됩니다. 특히 AMD는 데스크탑 용 리소그래피에 프로세서, Zen 2 아키텍처를 갖춘 AMD Ryzen 3000 을 갖추고 있으며 Qualcomm, Samsung 또는 Apple 과 같은 제조업체도 모바일 장치 용 7nm 프로세서.

5nm 나노 미터는 실리콘 기반 트랜지스터를 만들기위한 물리적 한계로 설정된다. 우리는 원소들이 원자들로 구성되어 있고 그것들은 일정한 크기를 가지고 있음을 알아야합니다. 세계에서 가장 작은 실험용 트랜지스터는 1nm를 측정하며 실리콘보다 훨씬 작은 탄소 원자를 기반으로하는 그래 핀 으로 만들어집니다.

인텔 틱톡 모델

인텔 진드기 모델

인텔 제조업체가 2007 년부터 프로세서 아키텍처를 개발하고 발전시키기 위해 채택한 모델입니다. 이 모델은 제조 공정을 줄이고 아키텍처를 최적화하는 데 기반을 둔 두 단계로 나뉩니다.

틱 단계는 제조 공정이 예를 들어 22nm에서 14nm로 감소 할 때 발생합니다. Tock 단계는 동일한 제조 공정을 유지 하고 나노 미터를 더 줄이지 않고 다음 반복에서 최적화합니다. 예를 들어 2011 Sandy Bridge 아키텍처는 Tock (Nehalem의 32nm에서 개선 된 기능) 이고, Ivy Bridge는 2012 년의 Tick (22nm로 감소)이었습니다.

선험적으로, 이 계획은 그가 1 년 동안 틱을 만들고 톡을 계속하는 것이었지만 우리는 이미 블루 자이언트가 2013 년부터 Haswell에서 22nm를 계속하고 14nm로 이동 하면서이 전략을 포기 했다는 것을 알고 있습니다 . 2014 년 그 이후로 전체 단계는 Tock, 즉 2019 년 9 세대 Intel Core에 도달 할 때까지 14nm가 계속 최적화 되었습니다. 같은 해 또는 2020 년 초에 10 nm에 도달하는 새로운 Tick 단계가있을 것으로 예상됩니다.

다음 단계: 양자 컴퓨터?

아마도 반도체 기반 아키텍처의 한계에 대한 대답은 양자 컴퓨팅에 있습니다. 이 패러다임은 항상 튜링 머신을 기반으로 컴퓨터의 시작부터 컴퓨팅 철학을 완전히 바꿉니다.

양자 컴퓨터는 트랜지스터 나 비트를 기반으로하지 않습니다. 그것들은 분자와 입자와 Qbits (양자 비트) 가 될 것 입니다. 이 기술은 전자에 의해 물질에서 분자의 상태와 관계를 제어하여 트랜지스터와 유사한 동작을 얻습니다. 물론, 1 Qbit는 1 비트와 전혀 같지 않습니다. 이 분자들은 2 개가 아닌 3 개 이상의 다른 상태를 생성 할 수 있기 때문에 복잡성뿐만 아니라 연산 수행 능력도 배가됩니다.

그러나이 모든 것에 대해 입자의 상태를 제어 하기 위해 절대 영점 (-273 ^o C) 에 가까운 온도 를 필요로 하거나 시스템을 진공 상태로 설치하는 등 약간의 제한이 있습니다.

• 이 모든 것에 대한 자세한 내용은 양자 프로세서가 무엇인지에 대해 얼마 전에 공부 한이 기사를 방문하십시오.

나노 미터는 프로세서에 어떤 영향을 미칩니 까?

우리는 제조업체와 엔지니어 만이 자신이하는 일을 실제로 알고있는이 흥미롭고 복잡한 전자 세계를 남겨 둡니다. 이제 우리는 전자 칩 트랜지스터 의 나노 미터를 줄이는 것이 어떤 이점 이 있는지 알게 될 것입니다.

5nm 트랜지스터

더 높은 트랜지스터 밀도

핵심은 트랜지스터이며 몇 평방 밀리미터의 실리콘 안에 넣을 수있는 논리 포트 및 회로의 수를 결정합니다. 우리는 14nm Intel i9-9900K와 같은 174mm ² 매트릭스에서 약 30 억 개의 트랜지스터에 대해 이야기하고 있습니다. AMD Ryzen 3000의 경우 7nm의 74mm ² 어레이에서 약 39 억 개의 트랜지스터.

더 빠른 속도

이것이 수행하는 것은 더 높은 밀도의 반도체를 가진 칩에서 더 많은 상태로 잠글 수 있기 때문에 훨씬 더 많은 처리 능력을 칩에 제공 하는 것입니다. 이런 식으로 사이클 당 더 많은 명령어를 얻 거나 같은 점에서 Zen +와 Zen 2 프로세서를 비교할 때와 같이 프로세서의 IPC를 높 입니다. 사실, AMD는 새로운 CPU가 이전 세대에 비해 최대 15 %의 핵심 CPI

더 큰 에너지 효율

더 적은 나노 미터를 갖는 트랜지스터를 가짐으로써, 그것들을 통과하는 전자의 양은 더 적다. 결과적으로, 트랜지스터는 더 낮은 전력 공급으로 상태를 변화 시키므로, 에너지 효율이 크게 향상된다. 적은 전력으로 동일한 작업을 수행 할 수 있으므로 와트 당 더 많은 처리 전력을 생성한다고 가정 해 보겠습니다 .

이는 랩톱, 스마트 폰 등과 같은 배터리 전원 공급 장치에 매우 중요합니다. 7nm 프로세서를 사용함으로써 놀라운 자율성을 갖춘 전화기와 새로운 Snapdragon 855, Apple의 새로운 A13 Bionic 및 Huawei의 Kirin 990 으로 놀라운 성능을 발휘할 수 있습니다.

더 작고 신선한 칩

마지막으로 미니어처 기능이 있습니다. 단위 면적당 더 많은 트랜지스터를 넣을 수있는 것과 같은 방법으로, 더 적은 열을 발생시키는 더 작은 칩 을 갖도록 이것을 줄일 수 있습니다. 우리는 이것을 TDP라고 부릅니다. 그것은 실리콘이 최대 충전량으로 생성 할 수있는 열이므로주의하십시오. 소비되는 전력이 아닙니다. 덕분에 우리는 장치를 더 작게 만들 수 있으며 동일한 처리 능력을 갖는 열을 훨씬 적게 가열 할 수 있습니다.

단점도 있습니다

모든 큰 발전에는 위험이 있으며 나노 기술에서도 마찬가지입니다. 나노 미터 미만의 트랜지스터를 사용 하면 제조 공정을 수행하기가 훨씬 더 어려워집니다. 우리는 훨씬 더 진보되거나 값 비싼 기술 수단이 필요하며, 실패 횟수가 크게 증가 합니다. 새로운 Ryzen 3000에서는 올바른 칩의 웨이퍼 당 성능이 감소했다는 것이 분명한 예입니다. Zen + 12 nm에서는 웨이퍼 당 완벽하게 기능하는 칩의 약 80 %가 Zen 2에서는이 비율이 70 %로 감소했습니다..

마찬가지로 프로세서의 무결성도 손상 되어보다 안정적인 전력 시스템이 필요하고 신호 품질이 향상됩니다. 그렇기 때문에 새로운 AMD X570 칩셋 보드 제조업체는 고품질 VRM을 만드는 데 특별한주의를 기울였습니다.

나노 미터에 대한 결론

우리가 볼 수 있듯이, 기술은 도약과 한계에 의해 발전하지만 몇 년 안에 3 ~ 1 나노 미터의 트랜지스터와 함께 사용되는 재료의 물리적 한계에 이미 도달 할 제조 공정을 찾을 수 있습니다. 다음은 무엇입니까? 양자 기술은 매우 친환경 적이고 실험실 환경 밖에서 그러한 컴퓨터를 구축하는 것은 사실상 불가능하기 때문에 우리는 확실히 알지 못합니다.

우리가 지금 가지고있는 것은 그러한 경우에 코어 수가 더 많이 증가하는지, 또는 전자 회로를위한 더 높은 밀도의 트랜지스터를 허용하는 그래 핀 과 같은 재료가 사용되기 시작 하는지를 보는 것이다.

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1nm 프로세서를 보게 될 것이라고 생각하십니까? 어떤 프로세서가 있습니까? 우리는 기사가 재미 있기를 바랍니다. 어떻게 생각하는지 알려주세요.