Мы знаем, что практически все электронные устройства греются, но особенно греются процессоры. И вроде бы это обычное явление, к которому все привыкли. Но почему это происходит? Какие физические процессы за этим стоят и как этого избежать?

Поэтому сегодня мы ответим на фундаментальный вопрос: почему греются процессоры?

Разберем зачем нужен троттлинг? Узнаем, как нагрев мешает закону Мура? И определим можно ли охладить процессор ниже температуры команты?

Что такое тепло?

Для начала давайте освежим в памяти школьную программу по физике. Что вообще такое тепло?

Как вы знаете, мир состоит из атомов и молекул. А тепло — это энергия, которая выделяется или поглощается при столкновении этих молекул. Иными словами, чем быстрее движутся молекулы и чем быстрее они сталкиваются, тем больше тепла выделяется.

Хороший пример — трение. Когда мы быстро трем ладони друг от друга, мы чувствуем тепло, потому как мы в буквальном смысле разгоняем и сталкиваем частицы на поверхности кожи. По такому же принципу мы можем развести костер при помощи палочки. Или разжечь страстное пламя любви, тут тоже трение работает.

Но причем тут процессоры? Откуда тепло берётся там? А всё дело в электричестве. Смотрите.

Тепло и электричество

Сама природа электрического тока подразумевает нагрев. Ведь ток – это упорядоченное движение электронов по проводнику. А где есть движение неизбежно возникнет какое-никакое сопротивление.

Перемещаясь по проводнику электроны перепрыгивают, от молекулы к молекуле, что заставляет их сильнее колебаться, что и приводит к нагреву. И чем выше сопротивление внутри проводника, тем выше нагрев.

По науке этот процесс выражен в законе Джоуля-Ленца «Количество теплоты, выделяемое в единицу времени, пропорционально произведению квадрата силы тока на участке и сопротивлению проводника».

Q = I2Rt

• Q – тепло, которое выделяется в момент прохождения электрического тока по проводу,
• I – значение силы тока,
• R – сопротивление проводника,
• t – время, за которое электрический ток проходит через проводник.

С одной стороны, это свойство электричества нагревать всё и вся, в прямом смысле даёт нам тепло и свет. Всевозможные электрические обогреватели, плиты, чайники, лампы накаливания — все эти приборы используют во благо свойство электрической энергии преобразовываться в тепловую. Но вот в микроэлектронике, нам это сильно мешает. И больше всего от этот страдают центральные процессоры и другие сложные интегральные схемы.

А почему? Давайте разбираться.

Почему греются процессоры?

Итак, процессоры состоят из транзисторов — миниатюрных переключателей с электрическим управлением. Именно эти переключатели создают большие проблемы с нагревом. А виной тому сам принцип, по которому транзистор работает. Смотрите, состоит транзистор из трёх основных частей: исток, сток и затвор.

• Исток — это вход, сюда мы подаем ток.
• Сток — это выход, отсюда ток должен выходить.
• Затвор — это ворота, которые, собственно, либо пропускают ток от истока к стоку, либо не пропускают.

Собственно задача транзистора — переключаться? миллиарды раз в секунду открывать и закрывать ворота. Если ворота закрыты? ток дальше не течет и на выходе мы получаем логический 0, а если ворота открыты — логическую 1.

Но как мы можем открывать и закрывать ворота? Отличный вопрос!

Смотрите, затвор — это, по сути, маленький аккумулятор. Чтобы его открыть, нам нужно его нужно зарядить. Поэтому, что мы делаем? Мы подаем на него напряжение, затвор быстро заряжается и ворота открываются. В этом случае какого-то существенного выделения тепла не происходит, ведь ток свободно течет по цепи.

Но ведь нам нужно не только открывать ворота, но и закрывать их! А что бы их закрыть, нам нужно куда-то очень быстро сбросить заряд с затвора. Мы сбрасываем заряд на “землю”. И именно в этот момент — при каждом таком сбросе — выделяется небольшое количество тепла. А чем чаще мы будем открывать и закрывать эти ворота, тем больше тепла будет выделяться. Иными словами, чем выше тактовая частота процессора, тем больше он будет нагреваться и это совершенно неизбежно.

Именно поэтому, самый популярный способ бороться с перегревом процессора – троттлинг. Когда проц перегревается, это улавливают специальные датчики и система понижает тактовую частоты. Способ неприятный, зато действенный.

Но есть и более приятный вариант – для борьбы с перегревом мы можем уменьшить не частоту, а напряжение. В народе этот способ называется андервольтинг. Кто делал — знает.

Нагрев от переключения транзисторов называют динамическом источником тепла, потому как нагрев тут зависит от частоты переключений.

И это полбеды, ведь существует и статический, то есть постоянный источник тепла. Даже когда транзистор выключен, всё равно на исток подаётся ток. И раньше это не было проблемой. Но по мере уменьшения размеров транзисторов, расстояние между стоком и истоком стало настолько маленьким, а затворы стали настолько тонкими, что электроны стали просто просачиваться, даже если затвор закрыт. И это называется токами утечки. Они приводят не только к дополнительному энергопотреблению современных процессоров, но и к дополнительному нагреву. Токи утечки — основная проблема, сдерживающая прогресс и мешающая выполнению закона Мура.

Охлаждение

Теперь понятно почему процессоры греются? Но можем ли мы как-то их охладить? Конечно, можем! Но есть хорошая и плохая новость.

По закону сохранения энергии мы не можем взмахом волшебной палочки заставить тепло исчезнуть в никуда. Это плохая новость.

Зато, в результате теплообмена мы можем это тепло переместить. Собственно, этим и занимаются все существующие системы охлаждения. Они отводят тепло подальше от процессора и рассеивают на большой поверхности или в воздухе. Многим мобильным процессорам с потреблением 1-5 Вт мощная система охлаждения вообще не нужна. Они могут эффективно рассеивать тепло просто через корпус девайса.

Поэтому поговорим про охлаждение десктопных процессоров.

Чтобы быстро и эффективно отводить тепло нам нужно создать некий беспрепятственный тепловой коридор от кристалла до воздуха. Поэтому кристалл процессора обвешивается максимально теплопроводными материалам.

Для начала создается термосоединение с высокой теплопроводностью: кристалл закрывается металлической крышкой, а эту крышку смазывают термопастой или жидким металлом. А дальше этот бутерброд зажимают сверху либо системой из тепловых трубок, либо жидкостным охлаждением. В чем разница между этими системами?

В целом, они выполняют выполняют одну и ту же задачу – передать максимально возможное количества тепла от чипа к теплоотводу или радиатору, который может дополнительно обуваться кулером.

Просто в случае с жидкостным охлаждением — по трубам тупо течёт вода, которая переносит тепло от чипа большому резервуару с водой — водоблоку. А вот в случае тепловых трубок охлаждение переходит за счет фазового перехода.

Внутри трубок также находится жидкость, но она там не просто течет, а при нагревании превращается в пар, проходит по тепловой трубке, пока не достигнет холодного конца, там пар отдает тепло и конденсируется, то есть обратно становится жидкостью. И дальше, под под действием силы тяжести или капиллярного эффекта жидкость возвращается обратно в горячий конец.

Как правило в больших корпусах, где есть много места и много денег используют жидкостное охлаждение. А вот в ноутбуках юзают тепловые трубки, так как они очень компактны.
Кстати, тепловые трубки чаще всего делают из меди, поскольку она имеет высокую теплопроводность 400 Вт/м*К (Ватт на метр-Кельвин). Но эффективнее было бы делать трубки из алмазов, у которых теплопроводность свыше 2000 Вт/м*К.

Термоэлектростатическое охлаждение

Но есть ли системы, которые позволяют охладить сам процессор ниже температуры помещения? На самом деле есть. И это называется термоэлектрическое охлаждение, также известное как эффект Пельтье.

Принцип работы такой: есть две керамические пластины между которыми зажат полупроводник, когда через одну сторону устройства протекает постоянный ток, тепло передается на другую сторону. И это позволяет «холодной» стороне опуститься ниже температуры окружающей среды. Технология очень перспективная, но пока что невероятно энергозатратная, поэтому используется очень редко. Тем не менее, в будущем вполне возможно, что такие системы охлаждения будут применяться повсеместно.

Но на сегодня это всё. Спасибо за внимание.

Будучи одним из крупнейших в мире рынков смартфонов, Китай с его населением более 1 миллиарда человек отражает несколько тенденций, которые мы можем увидеть в индустрии смартфонов, и одной из них является марка SoC (System on a Chip), используемая в наших смартфонах. Сейчас мы почти в середине 2022 года и аналитическая компания CINNO Research недавно опубликовала отчет о пяти главных поставщиках SoC для смартфонов на рынке Китая в первом квартале 2022 года, и, похоже, что MediaTek является самым популярным брендом SoC, используемым в смартфонах в этом квартале.

Согласно отчету, поставки SoC для смартфонов в 1 квартале 2022 года составили 74,39 млн. единиц, что на 14,4% меньше по сравнению с прошлым годом и на 0,7% меньше по сравнению с предыдущим кварталом. А в топ-5 производителей SoC для смартфонов первое место занимает MediaTek, второе — Qualcomm, третье — Apple, четвертое и пятое — Huawei HiSilicon и UNISOC соответственно.

Начнем сверху вниз: в первом квартале 2022 года MediaTek отгрузила 30,7 млн. чипсетов для смартфонов, что выше, чем 25 млн. поставок в прошлом квартале и 30,1 млн. поставок в первом квартале 2022 года. Рост поставок SoC для смартфонов MediaTek можно в основном отнести на счет стратегии полупроводниковой компании и каталога чипсетов, которые она предложила за последние 6 месяцев, который включает популярный чипсет Dimensity 920 5G, установленный в Redmi Note 11 Pro+, Realme 9 Pro+ и Xiaomi 11i Hypercharge.

Что касается Qualcomm, то бренд остался на относительно стабильном втором месте с 26,7 миллионами поставок SoC для смартфонов в первом квартале 2022 года, что выше, чем 23,6 миллиона в прошлом квартале, но ниже, чем 27,9 миллиона поставок в первом квартале прошлого года. В связи с продолжающимся дефицитом чипов, компания Qualcomm ранее объявила о том, что она будет постепенно смещать акцент на флагманские чипсеты вместо чипсетов начального и среднего уровня, поскольку флагманские чипсеты обеспечивают более высокую маржинальность. Однако, одним из недостатков этой стратегии является потеря доли рынка на рынках среднего и начального уровня, что приведет к снижению поставок в целом, но увеличению доходов компании.

С другой стороны, в 1 квартале 2022 года Apple поставила всего 12 миллионов SoC для смартфонов, что на 15,8% меньше, чем в 4 квартале 2021 года, когда было поставлено 18,4 миллиона. Поскольку iPhone приближается к концу своего цикла выпуска, ожидается, что поставки также снизятся, так как потребители уже ожидают выход нового поколения iPhone, и поэтому воздержатся от покупки текущих моделей.

HiSilicon, принадлежащая Huawei, продолжает постепенный уход с китайского рынка SoC для смартфонов, поскольку в этом квартале компания отгрузила всего 2,5 миллиона устройств, по сравнению с 13,8 миллионами в первом квартале 2021 года. Поскольку запасы HiSilicon Kirin не пополняются в связи с продолжающимися санкциями против компании, ожидается, что бренд покинет топ-5 уже в следующем году или даже в следующем квартале.

В пятерку лидеров вошла быстрорастущая полупроводниковая компания UNISOC. В первом квартале 2022 года UNISOC поставила 1,9 миллиона SoC для смартфонов, что на 1760% больше, чем 0,1 миллиона в первом квартале 2021 года. Основной причиной экспоненциального роста UNISOC является рынок смартфонов начального уровня. Поскольку крупные игроки, такие как Qualcomm и Apple, сосредоточены на высококлассных устройствах, UNISOC стремится охватить этот сегмент рынка, продавая свои относительно доступные чипсеты компаниям Realme, Motorola и Samsung для продажи на их рынке устройств стоимостью менее 100 долларов.

TSMC объявил, что начнет массовое производство своих процессоров на 3 нм со второй половины 2022 года.

Согласно отчету Digitimes, генеральный директор TSMC, г-н КК Вэй, на пресс-брифинге, посвященном прибыли, подтвердил, что компания начнет массовое производство своих процессоров на базе 3-нм техпроцесса (N2) во второй половине этого года, как и планировалось, а полупроводники на базе 2-нанометрового техпроцесса (N2) должны поступить в массовое производство в 2025 году.

В ходе брифинга г-н Вэй подтвердил, что благодаря новейшему техпроцессу N3 компания TSMC уверена, что новый узел сможет удовлетворить запросы и требования потребителей, обеспечив более высокую энергоэффективность и поддержку более высокой вычислительной производительности, чем его предшественники. Г-н Вэй также добавил, что компания получила множество заявок и предложений по технологии N3, и в первый год ожидается большее количество новых лент для N3 по сравнению с N5 (5 нм) и N7 (7 нм).

Источники в отрасли также сообщили, что после запуска N3 в массовое производство ожидается, что ежемесячно TSMC будет выпускать 30 000 и 35 000 пластин для чипов N3 своим клиентам.

Поскольку пластины чипов будут запущены в массовое производство очень скоро, ожидается, что устройства, оснащенные чипсетами, произведенными по техпроцессу N3 от TSMC, появятся также уже в H2 2022. По данным Digitimes, отличная новость заключается в том, что Apple может стать первым брендом, в котором будет использоваться новейшая технология TSMC. Это связано с тем, что, по слухам, в этом году Apple выпустит новый iPad, оснащенный кремнием Apple Silicon, который будет изготовлен по техпроцессу TSMC N3 в H2 2022 году.

Однако мы можем не увидеть широкого распространения технологии TSMC N3 в 2022 году, поскольку TSMC планирует увеличить производство пластин N3 в 2023 году. По слухам, TSMC N3 может быть использована в чипах Apple A17 Bionic для iPhone 15, а также в чипах Qualcomm Snapdragon 8 Gen 3 и MediaTek Dimensity 9200 для флагманского рынка Android в 2024 году.

Intel приобретает израильского производителя микрочипов Tower Semiconductor в надежде увеличить объемы производства, чтобы удовлетворить растущие потребности в связи с глобальным дефицитом микроэлектроники.

Согласно заявлению технологической компании, стоимость сделки составляет примерно 5,4 миллиарда долларов США при цене 53 доллара США за акцию наличными. Приобретение не только увеличит производственные мощности Intel по выпуску собственных полупроводников, но и поможет подразделению Intel Foundry Services, которое производит микросхемы для сторонних клиентов.

«Портфель специализированных технологий Tower, географический охват, глубокие связи с клиентами и ориентированность на предоставление услуг помогут расширить масштабы литейных услуг Intel и продвинуть нашу цель — стать основным поставщиком литейных мощностей во всем мире», — сказал генеральный директор Intel Пэт Гелсингер. «Эта сделка позволит Intel предложить широкий спектр передовых нодов и дифференцированных специализированных технологий на зрелых нодах, открывая новые возможности для существующих и будущих клиентов в эпоху беспрецедентного спроса на полупроводники».

Приобретение компанией Intel компании Tower Semiconductor также произошло вскоре после того, как ее главный конкурент AMD выкупил другого производителя микросхем Xilinx за огромную сумму в 50 миллиардов долларов США.

Компания AMD наконец-то представила более подробный обзор своей предстоящей серии мобильных чипов Ryzen 6000. Построенная на базе технологии Zen 3+, новая линейка мобильных процессоров обладает значительно более высокой производительностью, чем предыдущее поколение чипов AMD. По словам компании, ей удалось увеличить базовую тактовую частоту примерно на 40% для своих 15-ваттных чипов серии U, что означает увеличение общей производительности на 17%. Оснащенные интегрированным графическим процессором Radeon 680M, графические скорости также увеличились на ошеломляющие 81%, при этом время автономной работы увеличилось на три часа.

По сравнению с технологиями Intel, AMD также утверждает, что 15-ваттные процессоры серии U могут легко превзойти 28-ваттные варианты 11-го поколения своих конкурентов. Тест компании показывает, что Ryzen 7 6800U на 24% быстрее Core i7-11857G, хотя важно отметить, что сравнение проводилось со старыми технологиями Intel, а не с релизами 12-го поколения, поэтому ожидается более высокая производительность. Ноутбуки, оснащенные чипами AMD серии Ryzen 6000, начнут поступать в продажу уже в конце этого месяца.

И снова у нас в гостях Глеб Янкевич, а это значит, что мы обсудим не только гаджеты и новинки CES 2022, а также целых три новых смартфона, анонсированных в первые дни 2022 года, но и научную тему, а именно миссию телескопа Джеймса Уэбба и то, как там обстоят дела по дороге на точку Лагранжа (L2). Нам было интересно, надеемся, что и вам понравится.

Слушать в Apple Подкастах

Слушать в Google Подкастах

Слушать в Яндекс.Музыке

Слушать в Spotify

00:00:00 — Начало

00:01:44 — HONOR Magic V

00:10:20 — OnePlus 10 Pro

00:15:08 — Samsung Galaxy S21 FE

00:19:21 — Samsung Galaxy S 22 — 8 февраля?

00:21:25 — Новинки и анонсы с CES 2022

QD-OLED

Новые процессоры и чипсеты от AMD

Новые мобильные процессоры Intel 12-го поколения для ноутбуков

BMW, который меняет цвет

Sony Vision S-02: Tesla Model X напряглась?

Sony PlayStation VR2

Новый Dell XPS 13 Plus: Без 3,5 мм аудиоразъема

NVIDIA GeForce 3090 Ti: Еще более флагманский флагман

Ноутбук Alienware с NVIDIA GeForce RTX 3080 TI

00:44:51 — Телескоп Джеймса Уэбба полетел

01:01:31 — Что покажет Apple в 2022 году: Марк Гурман предполагает

01:05:05 — Apple снимет байопик об Элизабет Холмс

01:12:14 — Dr.Brain в Apple TV+

01:14:07 — Тизер третьего сезона The Boys

01:16:22 — Ratchet and Clank, Guardians of the Galaxy

01:19:52 — 20-летие киноадаптации Гарри Поттера: Воссоединение

01:31:47 — Тизер аниме MF Ghost — продолжения Initial D

https://youtu.be/2fSXarfeg3A

01:33:07 — Выход четвертой части “Джон Уик” отложен на 2023 год

01:34:05 — В Tesla больше нельзя играть за рулем

01:38:34 — Финал

Компания AMD готова внедрить 3D V-Cache в свои настольные чипы. Эта технология, которая, по сути, позволяет AMD использовать больше кэша поверх своих процессоров, дебютирует в Ryzen 7 5800X3D. В то время как оригинальная версия этого процессора имела 36 МБ кэша L2 и L3, новая версия имеет более 100 МБ совокупного кэша. AMD утверждает, что он обеспечивает на 5% более высокую производительность в играх 1080p по сравнению с Intel 12900K, и примерно на 15% быстрее, чем Ryzen 9 5900X.

Может показаться, что это не так много, но этот чип, по сути, является лишь доказательством концепции. AMD, вероятно, необходимо доказать, что ее технология V-cache действительно работает, прежде чем она начнет интегрировать ее в будущие линейки. Компания заявляет, что 5800X3D будет доступен позже этой весной.

AMD также сообщила, что процессоры нового поколения Zen 4 Ryzen 7000 появятся во второй половине 2022 года. Они будут построены на 5 нм техпроцессе, чипы Zen 4 также будут работать на новой платформе AMD Socket AM5. Выступая на выставке CES, генеральный директор AMD Лиза Су отметила, что AM5 будет представлять собой сокет LGA, размещая тонкие контакты на материнской плате, а не на процессоре. Чипы Ryzen 7000 также будут поддерживать память DDR5 и PCIE5, как и ожидалось. Во время короткой демонстрации Су показала, как Halo Infinite плавно работает на чипе Zen 4, и отметила, что каждое ядро работает на частоте 5 ГГц.

Также компания представила свои мобильные процессоры Ryzen 6000, которые построены по 6-нм техпроцессу Zen 3+ и имеют значительное обновление — графику RDNA 2. Компания утверждает, что новые чипы смогут справиться с большинством AAA-игр в разрешении 1080p, а их игровая производительность будет более чем в два раза выше, чем у графики Radeon предыдущего поколения.

AMD утверждает, что ядро Zen 3+ может лучше достигать состояния глубокого сна для экономии энергии, а также включает лучшие функции адаптивного управления питанием. Можно ожидать и то, что чипы Ryzen 6000 будут потреблять на 30% меньше энергии во время видеоконференций. Более того, AMD утверждает, что они обеспечат до 24 часов автономного воспроизведения фильмов. Что касается безопасности, Ryzen 6000 — это первая платформа, в которую интегрирован новый чип безопасности Microsoft Pluton.

В целом, мобильные чипы Ryzen 6000 будут примерно на 11 процентов быстрее, чем Ryzen 5000, при выполнении однопоточных задач, и на 28 процентов быстрее при многопоточной работе. Новое семейство процессоров возглавит 8-ядерный/16-поточный Ryzen 9 6980HX, тактовая частота которого может достигать 5 ГГц. Учитывая, что это совершенно новая процессорная платформа, она также включает в себя другие обновления, такие как более быстрая оперативная память DDR5, которая, по словам AMD, значительно повысит производительность интегрированного GPU, а также интеграцию Wi-Fi 6E и улучшенную поддержку устройств PCIe 4.0 и USB 4.

Для большинства покупателей интегрированная графика RDNA 2 будет самым привлекательным фактором. Сообщается, что графика RDNA 2 поддерживает технологию FreeSync для сглаживания игрового процесса, а также дисплеи Dynamic HDR. AMD утверждает, что она также будет примерно на 70% быстрее, чем графика Intel Iris Xe, которая интегрирована в процессоры 11-го поколения.

AMD не говорит многого о своих чипах Ryzen 6000 серии U, которые предназначены для ультрапортативных устройств, но они, вероятно, получат преимущества от многих обновлений платформы. Самый быстрый чип серии U, Ryzen 7 6800U, будет иметь восемь ядер и частоту до 4,7 ГГц.

Но и это ещё не все, AMD начинает 2022 год с выпуска графики серии RX 6000 для более широкого спектра ноутбуков. Компания представила линейку графических процессоров Radeon RX 6000S, созданных специально для тонких и легких ноутбуков (менее 0,78 дюйма и 4,5 фунтов).

Как сообщается, основная модель RX 6600S обеспечивает 80 кадров в секунду и более при высоких настройках детализации в ряде последних игр, таких как Call of Duty: Black Ops Cold War и Deathloop. При переходе на RX 6700S вы получите 100 кадров в секунду и выше, а RX 6800S — 100 кадров в секунду и выше при максимальных настройках.

Есть и другие варианты, если для вас производительность важнее портативности. Новая Radeon RX 6850M всего на 7% быстрее, чем 6800M, но RX 6650M и 6650M XT среднего уровня на 20% быстрее, чем 6600M. Вы также найдете стартовые чипы RX 6300M и 6500M, которые заявлены на 200% быстрее, чем GeForce MX450 от NVIDIA, хотя ожидается, что этот разрыв сократится с новыми MX550 и MX570.

А для ПК-геймеров настоящим подарком станет Radeon RX 6500 XT, которая будет конкурировать с GeForce GTX 1650 от NVIDIA с заявленной производительностью на 20-60% выше в играх 1080p. И что важно, есть новая функция Radeon Super Resolution, которая лучше противостоит повышению разрешения DLSS от NVIDIA. И все же самое приятное тут — цена: всего 199 долларов США, а в продаже новая карточка появится уже с 19 января.

После того, как в октябре Intel представила свои процессоры 12-го поколения для настольных компьютеров, теперь она обновляет линейку чипов для ноутбуков. Напомним, что новые процессоры компании (ранее носившие кодовое название Alder Lake) объединяют производительные ядра (P-ядра) и эффективные ядра (E-ядра) на одном кристалле. Идея заключается в том, что они смогут лучше справляться с требованиями реальных вычислений, например, запускать игры на более быстрых ядрах, в то время как более медленные ядра будут обеспечивать стриминг. В дополнение к более высокой производительности, такой подход может привести к улучшению аккумуляторов ноутбуков.

Процессоры Intel 12-го поколения для ноутбуков будут иметь до 14 ядер, состоящих из шести ядер P и восьми ядер E (это на два ядра P меньше, чем в настольных версиях). На данный момент Intel в основном сосредоточена на своих мощных чипах 12-го поколения серии H, которые предназначены для 14-дюймовых ультрапортативных компьютеров, игровых ноутбуков и других мощных машин. Компания также представила спецификации своих чипов серий U и P, о которых она более подробно расскажет в первом квартале. Они будут предназначены для небольших ультрапортативных устройств, а также «производительных тонких и легких» машин (таких как новый XPS 13 Plus от Dell), соответственно.

Процессоры Intel 12-го поколения также будет поддерживать оперативную память DDR5-4800 и LPDDR5-5200 с низким энергопотреблением. Однако за машины, оснащенные DDR5, придется заплатить больше, так как производители ПК прогнозируют, что их запасы будут ограничены в течение 2022 года. Wi-Fi 6E также встроен и, конечно, Thunderbolt 4 вернулся, чтобы обеспечить пропускную способность 40 Гбит/с.

Первые обзоры чипов для ПК показали их высокую производительность в многозадачном режиме, особенно с увеличенной пропускной способностью оперативной памяти DDR5. Аналогичное ожидается и в ноутбуках. Пока можно ориентироваться на цифры Intel: компания утверждает, что чипы 12-го поколения на 40 процентов быстрее процессоров 11-го поколения в целом. Топовый Core-i9 12900HK также на 28 процентов быстрее в играх, и он имеет преимущество над Ryzen 9 5900X во многих играх.

Например, в Hitman 3, чипы 12-го поколения показали прирост FPS на 8 процентов за счет лучшей приоритезации рабочих нагрузок. P-ядра занимались рендерингом и более требовательными задачами, а E-ядро фокусировалось на фоновом аудио. Что касается задач производительности, 12900HK был на 44% быстрее, чем оборудование 11-го поколения в тесте Premiere Pro PugetBench, а также на 30% быстрее при рендеринге в Blender. Собственные бенчмарки Intel также показали, что Apple M1 Pro и M1 Max, а также Ryzen 5900HX опередили Core i9-11980HK в Blender. Во многих отношениях аппаратное обеспечение 12-го поколения выглядит как извинение за прошлогодние чипы.

На самом деле весьма интересно посмотреть на то, какой прирост производительности будет у более доступный и поэтому более популярных моделей — Core i5 и i7. i5-12450H в спецификации получил 8 ядер (4P и 4E) с максимальной частотой Turbo 4,4 ГГц, тогда как прошлогодний 11500H имел шесть ядер с максимальной частотой 4,6 ГГц на одном ядре. Оба чипа имеют 12 потоков (только P-ядра поддерживают Hyperthreading, поэтому количество потоков удваивается), но чип 12-го поколения должен более разумно использовать свою мощность.

Новая гибридная архитектура Intel также позволяет создавать интересные конфигурации для других мобильных процессоров. Модель серии U, Core i7-1265U, оснащена 2 производительными ядрами и 8 эффективными ядрами. Это технически делает его 10-ядерным чипом, в то время как предыдущее оборудование серии U имело только четыре ядра. Чипы для производительных ноутбуков серии P имеют до 6 ядер P и 8 ядер E в i7-1280p. Каждая линейка мобильных процессоров также имеет до 96 графических EU (блоков исполнения), как и чипы 11-го поколения.

Кроме новых мобильных процессоров, Intel также представила остальную часть линейки 12-го поколения для настольных ПК. Она начинается с Celeron G6900, который имеет всего два производительных ядра, и заканчивается 16-ядерным i9-12900. Удивительно, но Intel не включает ни одного производительного ядра в свои основные чипы i3 и i5; все они поулчили только P-ядра, так что на самом деле это вовсе не гибридные процессоры.

Intel все еще отстает от AMD и Apple, когда дело доходит до параметров техпроцесса — чипы 12-го поколения являются усовершенствованной версией 10-нм техпроцесса, в то время как AMD создает 7-нм чипы с 2019 года и собирается перейти на 5-нм в этом году. Впрочем, гибридный дизайн компании показывает многообещающие перспективы. Однако, как и в случае с недавними чипами для настольных ПК, главный вопрос заключается в том, как Alder Lake сможет конкурировать с тем, что AMD и Apple готовят к 2022 году.

Как вы думаете возможно ли только благодаря процессору увеличить время жизни смартфона до одной недели? А вот IBM и Samsung говорят, что это уже ближайшее будущее! Как? Сейчас все объясним!

А еще они рассказали, как будет при этом соблюдаться закон Мура! Вы ведь его помните? То самое эмпирическое наблюдение, которое говорит, что каждые полтора-два года количество транзисторов будет увеличиваться в 2 раза! И вы наверняка слышали о том, что он больше не работает! Ну или пока что работает, но вот уже чуть чуть и все — перестанет.

В комментариях всегда находятся люди, которые пишут о том, что закон Мура — это тупик и дальше уже невозможно ничего уменьшить. Сегодня мы расскажем вам о том почему это не так, и почему минимум лет 6-8 закон Мура еще будет соблюдаться.

https://youtu.be/cnZXckyseBA

Посмотрим на то, какие новые технологии позволяют продолжать размещать все больше и больше транзисторов на кристалле и вообще посмотрим в наше будущее! В общем, как вы любите, устраивайтесь поудобнее, намешивайте оливье, отрезайте шубу.

Какие были процессоры?

Planar FET

На нашем канале мы много рассказывали о транзисторах и о том, как они создаются. Но мы почти ничего не говорили о форме самих транзисторов, а она очень важна!

С самого изобретения полевых транзисторов до примерно 2012 года активно использовались так называемые планарные полевые транзисторы! Именно на примере таких транзисторов обычно и показывают то, как вообще работают эти элементы. Но технологии не стояли на месте и требования росли. Что нужно было человечеству?

Все как обычно:  большие вычислительные мощности и малое энергопотребление! А на эти два фактора напрямую влияет размер транзистора.

Чем меньше транзистор, тем больше их можно запихнуть на единицу площади. Вот тут надо сделать особый акцент — именно что на единицу площади. И чуть позже вы поймете почему!

Энергопотребление тоже уменьшается при уменьшении размера. Это происходит потому, что при уменьшении размера на каждый затвор транзистора можно подавать меньше напряжение, чтобы его контролировать. И вот в какой-то момент стало ясно что обычные планарные транзисторы уперлись в тупик. Дальше было уже невозможно уменьшать размер транзистора при сохранении точного контроля за его закрытием и открытием.

FinFET

Тогда примерно в 2012 в игру вступили так называемые FinFET транзисторы или Fin field effect transistor. По сути, все тоже самое, но главное что изменилась архитектура. Это позволило улучшить контроль за электрическим полем затвора, ведь сам затвор теперь как бы обнимал канал с трех сторон.

Кстати, интересный факт — первое поколение FinFET транзисторов было сделано японскими учеными еще в 1989 году! Это к извечному вопросу о том, сколько времени иногда проходит от открытия до практической реализации! Но FinFET технология очень крепко зацепилась и актуальна уже почти 10 лет. Все процессоры, как мобильные, так и десктопные, сейчас — это именно FinFET транзисторы.

Итак, получили лучше контроль и стали дальше уменьшать. И вот уже имеем техпроцесс в 4 нанометра в новом Snapdragon 8 Gen 1. Активно обсуждают уже 3нм в 2022 году! Ну и огромную роль тут конечно сыграла экстримальная УФ-литографии и установка ASML! И да пока что закон Мура прекрасно соблюдается! Во всяких М1 десятки миллиардов транзисторов. И все это благодаря FinFET технологии!

Но, к сожалению, как и с планарными транзисторами, мы уже довольно близки к физическим ограничениям, которые не позволят дальше их уменьшать. Их просто будет невозможно разместить больше на единицу площади. И вот тут-то мы и переходим к будущему!

GAAFET и MBCFET

А именно к архитектуре GAAFET или Gate all around FET транзисторам. И в названии заключена основная суть. Затвор обнимает весь канал с 4-ех сторон. Это дает еще больше контроля. А значит все тоже самое — уменьшение размеров и энергопотребления!

Это технология, неожиданно, была представлена еще раньше чем FinFET. В 1988 году! Но сложности в производстве и разработке убрали её в долгий ящик. Проблема в дефектах, которые возникали на границах затвора и каналов, и отсутствие достаточной точности производства. Но все это было опять же до массового прихода EUV.

Проблему так или иначе решил Samsung со своими MBCFET. Суть технологии такая же, только вместо квадратных в сечении нанопроводов начали использовать нанослои.

MBCFET- Multi bridge channel FET.

Нанослои — это такие каналы транзистора которые в сечении становятся прямоугольником! Они дают лучший контроль геометрии и меньше дефектов.

И вот буквально недавно Samsung анонсировал 3нм процессоры на этой технологии, а IBM уже показал чип на 2нм техпроцессе. Тогда же сказали о том, что на чипе размером с ноготь поместилось 50 миллиардов транзисторов! Почти в 5 раз больше, чем в М1 на 5 нм. И судя по всему выпуск первых чипов на этих технологиях уже совсем не за горами!

Очень правда интересно, что там будет с перегревом и троттлингом конечно. Но самое интересное тут другое! При переходе на нанослои появляется возможность использовать не только площадь, но и объем!

Этот факт вообще самый важный. Он позволяет, в теории, в разы увеличить плотность транзисторов в процессоре. Ведь можно расположить несколько транзисторов вертикально!

Именно таким образом IBM и разместила так много транзисторов на маленькой площади! Нет сомнений, что первые процессоры такого типа мы с вами увидим если не 2022, то уж точно в 2023 году!

Кстати, хотите мы расскажем вам о том какие транзисторы могут быть если не использовать кремний? Ученые интенсивно ищут что-то! И там даже уже есть крутые наработки например с углеродными нанотрубками.

VTFET

Но и это еще не все. Настало время посмотреть в чуть более далекое будущее.

Переход в третье измерение это очень важный шаг! Буквально пару недель назад IBM совместно с Samsung анонсировали транзисторы абсолютно нового поколения.

Все типы транзисторов, которые были до этого, так или иначе были плоскими, даже если мы говорим о многослойных структурах.

А эти ребята подумали о том, что будет если попробовать расположить сам транзистор вертикально! Так и получился VTFET или Vertical Transport Field Effect Transistors. Расположенные вертикально они просто занимают меньше места! Это позволяет по расчетам, там где было 50 млрд транзисторов, увеличить плотность еще в 2 раза! При сохранении энергопотребления и улучшения теплопередачи! И вообще то, что они анонсировали немного выносит мозг!

Такая конструкция в теории приводит к меньшим потерям энергии. По их оценкам, VTFET приведет к созданию процессоров, которые будут либо более чем в два раза мощнее, либо потреблять на 85% меньше энергии! А еще такой тип транзисторов улучшит теплообмен и уменьшит потери тока!

Тут же стоит сказать, что это еще только разработка. Конечно в процессе придется решить просто гору проблем, при создании реальных потребительских товаров! Но очень уж нравится направление движения. Только подумайте о том, что все устройства интернета вещей почти не будут потреблять энергии благодаря таким оптимизациям!

Intel

А тут вы спросите, а что же Intel? Похоже что компания взялась за ум и сдаваться совсем без боя не планирует!

Они совсем недавно выкатили дорожную карту, где анонсировали чипы на техпроцессе Intel 4, Intel 3 и Intel 20A. Хотя с неймингом у них все еще большие проблемы! Это техпроцессы 4 и 3 нм, а 20А — имеется в виду 20 Ангстрем, то есть 2нм. И самое интересное что выпуск планируют начать уже через 2 года! В 2024 году Intel выпустит свои 2 нанометровые чипы!

Хотя сами Intel это называют уже переходом в эру Ангстрем! Так что возможно все техпроцессы скоро станут называться именно по количеству ангстрем, а не нанометров. При этом планируется примерно 50% увеличение в соотношение мощность на ватт!

Выводы

Уже видно, что EUV-литография всего за пару лет действительно открыла новые потрясающие возможности. Но пока что мы не знаем какая технология точно выстрелит и подарит нам по-настоящему процессоры нового поколения, но за этой гонкой очень интересно наблюдать. Вот что делает конкуренция на свободном рынке! Куча новых технологий, куча новых подходов!

А кризис чипов только подталкивает всех игроков заниматься разработкой новых технологий быстрее! Нам же как пользователям остается только сидеть и наслаждаться шоу! Ну и новыми потрясающими продуктами.

Компании IBM и Samsung объявили о новой разработке в области полупроводников, которая, по их мнению, позволит значительно продлить время автономной работы телефонов. Открытие компаний называется вертикальными транспортными полевыми транзисторами — Vertical Transport Field Effect Transistors (сокращенно VTFET) — и представляет собой новый подход к укладке транзисторов вертикально, а не горизонтально.

В VTFET ток течет по схеме «вверх-вниз», а не «из стороны в сторону», как в транзисторах, расположенных перпендикулярно поверхности чипа.

По сравнению с конструкцией FinFET, VTFET «имеет потенциал для снижения энергопотребления на 85 процентов», сообщили в IBM, открывая дверь для будущих усовершенствований, таких как «батареи для мобильных телефонов, которые могут работать без подзарядки более недели» вместо всего нескольких дней.

IBM и Samsung назвали глобальную нехватку чипов в качестве мотивации для дальнейших исследований и разработок в области полупроводников.

«Сегодняшний анонс технологии — это вызов условностям и переосмысление того, как мы продолжаем развивать общество и создавать новые инновации, которые улучшают жизнь, бизнес и уменьшают наше воздействие на окружающую среду», — сказал доктор Мукеш Кхаре, вице-президент по гибридным облакам и системам в IBM Research.

Учитывая ограничения, с которыми в настоящее время сталкивается отрасль по многим направлениям, IBM и Samsung демонстрируют приверженность к инновациям в области проектирования полупроводников и стремление к тому, что мы называем hard tech.

Компактный дизайн поможет разработчикам чипов в ближайшие годы, когда они будут пытаться уместить больше транзисторов на заданном пространстве, а также поможет уменьшить углеродный след энергоемких процессов, включая майнинг криптовалют и шифрование данных.