La dynamique du matériel PC est la suivante: de temps en temps, un nouveau nœud de fabrication apparaît qui nous permet de fabriquer de meilleures puces que les précédentes, que ce soit en complexité, en consommation ou en vitesse. Cependant, la véritable évolution n’a pas été celle attendue pour diverses raisons. Dans cet article, nous vous expliquons comment les processeurs auraient dû évoluer si les choses n’avaient pas mal tourné.
Les nœuds de fabrication ne sont plus mis à l’échelle
L’observation faite par le fondateur d’Intel, Gorden Moore, dans laquelle il disait que le nombre de transistors double tous les deux ans, est restée vraie pendant des décennies. À une époque où les caractéristiques des transistors évoluaient d’une manière qui pouvait être facilement prédite.
Cette métrique de mise à l’échelle a été découverte et donnée par Dennard, où S est le rapport dans lequel les transistors sont mis à l’échelle et U le rapport entre deux tensions différentes. A partir des valeurs de S et U, la mise à l’échelle de la géométrie d’une puce et de sa tension a été réalisée conjointement. Malheureusement, lorsque les nœuds de 65 nm ont été atteints, cette relation a été rompue et les équations de Dennard étaient complètement incorrectes. De nouvelles équations étaient donc nécessaires pour mesurer l’échelle.
La raison pour laquelle ces erreurs apparaissent est que, à certaines tailles des transistors, la plus petite distance entre les transistors commence à affecter, provoquant des pertes de flux de courant, où des éléments tels que la longueur de la porte logique, le seuil de tension et même l’épaisseur du oxyde modifie complètement les équations d’origine.
Règles de mise à l’échelle: nouvelles et anciennes
Lorsque nous parlons de la façon dont les nœuds de fabrication ont évolué au fil du temps, nous devons prendre en compte les règles de base de la mise à l’échelle Dennard.
Le premier élément à prendre en compte est la densité géométrique d’un nœud à l’autre, qui est mesurée par l’équation suivante:
Densité géométrique: 1 / (S2)
Où S est le facteur de mise à l’échelle d’un nœud à un autre, pour l’obtenir, il suffit d’exécuter l’équation suivante:
S = Nouveau nœud en nanomètres * (1 / ancien nœud en nanomètres).
Traditionnellement, les nœuds qui ont une densité qui est deux fois celle du précédent ont un facteur d’échelle de S.Comme pour le reste des facteurs, qui sont la capacité et la tension, ceux-ci précédemment mis à l’échelle avec des valeurs de 1 / S, c’est-à-dire ,, de manière linéaire.
Avec les nouvelles normes où l’échelle de tension et la géométrie ne sont pas liées, c’est lorsque la valeur U qui marque le différentiel entre deux tensions prend une grande importance, qui est mesurée comme suit:
U = Nouvelle tension * (1 / ancienne tension)
Avec cela, nous pouvons déjà avoir une idée approximative de la façon dont les nœuds ont évolué dans le temps, mais il est préférable de le voir à travers les nombres eux-mêmes pour avoir une idée approximative.
Densité géométrique aux nœuds de fabrication au fil du temps
Le tableau que vous allez voir ci-dessous indique les tailles des portes logiques dans chaque nœud selon les rapports ITRS. Dont les acronymes représentent la feuille de route internationale pour les semi-conducteurs ou la feuille de route internationale pour les semi-conducteurs. La première colonne nous montre le nœud en nanomètres, la seconde nous montre le Metal Half-Pitch, qui était jusqu’à récemment ce qui était mesuré pour connaître le niveau de mise à l’échelle d’un nœud à un autre, c’est donc une indication de l’évolution des nœuds de fabrication. heures supplémentaires
| Nanomètres | Métal I Halfpith (nm) | Mise à l’échelle réelle (S) |
|---|---|---|
| 180 | 230 | – |
| 130 | 150 | 0,65 |
| 90 | 90 | 0,60 |
| 65 | 68 | 0,76 |
| Quatre cinq | 59 | 0,87 |
| 32 | Quatre cinq | 0,76 |
| vingt | 40 | 0,71 |
| 16/14 | 40 | 1 |
| dix | 31,9 | 0,8 |
| 7 | 25,3 | 0,8 |
Quant à la troisième colonne, c’est le niveau de mise à l’échelle réel du nœud précédent, c’est pourquoi pour le nœud 180 nm il est avec une valeur vide. La quatrième colonne, d’autre part, la plage d’échelle qui aurait été si le nœud avait une correspondance physique avec son nom.
Tension et capacité aux nœuds de fabrication au fil du temps
L’autre point important concerne la tension, traditionnellement, elle est toujours mise à l’échelle d’un facteur 1 / S, mais cette relation a été complètement interrompue. Pour obtenir à nouveau la valeur de U, nous avons pris les informations de l’ITRS et non d’un fabricant de processeur spécifique.
| Nœud | Tension |
|---|---|
| 180 nm | 1,8 |
| 130 nm | 1.2 |
| 90 nm | 1.1 |
| 65 nm | 1.1 |
| 45 nm | 1.1 |
| 32 nm | 0,97 |
| 20 nm | 0,9 |
| 16 nm / 14 nm | 0,86 |
| 10 nm | 0,83 |
| 7 nm | 0,8 |
Comme on peut le voir dans le tableau, la tension pour les nœuds de 90, 65 et 45 nm est maintenue à 1,1 V, faisant passer la différence de l’énergie consommée en fonction de la tension et de la capacité à la seule capacité desdits nœuds. La réalité est que la tension évolue très peu d’un nœud à l’autre et si nous faisions les calculs pertinents, nous verrions que le différentiel est compris entre 0,8 et 0,9 d’un nœud à l’autre.
La capacité, d’autre part, évolue toujours avec la formule 1 / S, qui est la façon dont elle était utilisée pour mettre à l’échelle la tension. Compte tenu du fait que tous les transistors actifs consomment de l’énergie, cela signifie que le différentiel de consommation d’énergie est beaucoup plus faible, ce qui oblige la création de processeurs avec des zones qui peuvent être activées et désactivées en fonction du moment, ce que nous appelons le silicium noir. . et dont nous avons parlé il y a quelques jours.