Совсем недавно мы рассказывали про то, что Samsung официально представил сенсор для мобильных телефонов разрешением 200 Мп, а ранее сделал матрицы на 108 и 64 Мп. Но к 2025 году нас ждет новый сенсор ISOCELL разрешением 576 Мп.

Об этом было сообщено в рамках SEMI Europe Summit. Старший вице-президент Samsung и глава подразделения автомобильных сенсоров Хэйчанг Ли показал слайд, на котором была изображена история развития сенсоров компании. Именно в этом слайдет оказалась информация, что в течение четырех лет будет представлен сенсор разрешением 576 Мп.

Ранее Samsung в апреле 2020 года говорил о планах создания 600-мегапиксельной матрицы. Цель — превзойти человеческий глаз. Но тогда никто не воспринял эти заявления всерьез. Сейчас же у компании есть вполне осязаемый план по созданию такой матрицы.

Конечно же даже в 576 Мп матрице будет использоваться технология пиксель биннинга. В новом поколении матрицы разрешением 200 Мп уже 16 пикселей объединяются в один супер пиксель. Ранее в 108 Мп использовалась технология NonaCell — объединения 9 пикселей в один.

Если план Samsung удастся, то сенсор разрешением 576 Мп будет доступен в смартфонах уже через 5-6 лет.

Мы привыкли думать, что это всё шикарная архитектура Zen, в которой всё так грамотно продумано и оптимизировано. И, отчасти, это действительно так.

Но еще у AMD в запасе есть ряд технологий, благодаря которым их процессоры могут делать, казалось бы невозможное повышать производительность при уменьшении нагрева и потребления энергии.

Поэтому сегодня мы вам расскажем про технологии процессоров AMD, про которые вы вряд ли слышали. И заодно протестируем их на практике на ноутбуке Acer Nitro 5 с процессором Ryzen, который мы разыгрывать… не будем. Мы тут про технологии говорим вообще-то, а не вот это всё.

Существует проблема! Мы думаем, что процессор – это универсальная штука, мерило производительности ноутбука. Вставил и работает. Но люди пока еще не научились создавать точные копии чего-либо с точностью до атома. Поэтому все сошедшие с конвейера процессоры немного отличаются. Какие-то экземпляры работают получше, меньше греются, стабильнее работают на высоких частотах и т.д. А какие-то, наоборот — хуже.

Более того, одни и те же процессоры работают в разных системах. Где-то хорошее охлаждение, где-то похуже. Одни материнские платы обеспечивают более высокое качество питания, в других, могут возникать перебои с напряжением и пульсациями. Поэтому сложно обеспечить одинаково высокую производительность для каждого конкретного экземпляра процессора в каждой конкретной системе.

Стандартный выход из этой ситуации такой. Производитель процессоров перестраховывается: задает для процессоров безопасные рабочие диапазоны для всех процессоров, которые не позволяют раскрыть весь потенциал железа, зато обеспечивают стабильную работу и одинаковую производительность для всех.

Ну а кто хочет большего — существуют оверклокинг. Пожалуйста, если любишь риск и не нужна гарантия, разгоняй процессор до предела. Но существует и другой подход.

И его смогли реализовать ребята из AMD. Они создали систему, которая позволяет добиться практически максимальной производительности для любого процессора Ryzen в любой конфигурации. И эту систему в AMD назвали SenseMI. Что это такое?

SenseMI

SenseMI объединяет внутри себя несколько умных систем.

Во-первых, это набор датчиков, которые каждую миллисекунду собирают данные о состоянии процессора, различных компонентов на материнской плате, скорости вращения вентилятора и прочее. Вся информация затем передается через шину Infinity Fabric для анализа.

На основе полученных данных SenseMI не только изменяет текущие условия работы, например, снижает тактовые частоты из-за перегрева, но и прогнозирует дальнейшие условия работы. И конечно же, здесь используется машинное обучение.

Давайте разберемся, как это работает?

Precision Boost

SenseMI состоит из нескольких компонентов. Во-первых, это технология авторазгона процессора Precision Boost. Что она делает?

Используя те самые датчики, эта штука отслеживает несколько параметров: температуру процессора и VRM (Voltage Regulator Module) подсистемы материнской платы, сколько энергии потребляет процессор, и на какой частоте он работает, насколько сильно шумит вентилятор.

И если всё в норме, ни один из параметров не превышает предельно допустимый. Precision Boost ехидно потирает ручки и начинает повышать тактовые частоты процессора с шагом 25 МГц. А когда начинает пахнуть жаренным, останавливается.

Иными словами, это похоже аналогичную технологию от Intel Turbo Boost, но она работает с шагом 100 МГц, что куда менее эффективно.

Плюс с появлением процессоров Ryzen второго поколения Precision Boost тоже обновилась до второй версии и теперь умеет регулировать частоту каждого ядра по отдельности. А раньше регулировались одно, две или сразу все ядра.

Обновленный подход, позволит AMD, получить прирост тактовых частот на практике до 500 МГц по сравнению с первой версией технологии.

В ноутбуке Acer Nitro 5 используется процессор Ryzen 4000 серии, значит тут есть как раз вторая версия Precision Boost. И на практике видно, что ноутбук способен долго держать высокие частоты.

Extended Frequency Range

Но и это не всё. У технологии авторазгона от AMD есть приятный бонус, под названием Extended Frequency Range или XFR.

А что если, система SenseMI видит, что вы вашем ноутбуке или ПК используется эффективная система охлаждения, а материнская плата способна выдавать больше энергии. Система позволят задействовать потенциал мощного охлаждения и выйти за пределы максимально допустимой тактовой частоты. Ну а почему нет?

Сейчас актуальная технология XFR 2 и она также как и в случае Precision Boost 2 умеет работать со всеми ядрами по отдельности.

Да, там не будет какого-то невероятного прироста, стоит ожидать +50-100 Мгц. Но всё работает автоматически, а это приятный бонус.

В ноутбуках такая технология уже есть и называется mXFR. Поэтому мы попробовали поймать на превышении МГц наш Acer. Тут установлен AMD Ryzen 5 4600H с максимальной частотой 4.0 ГГц…

Precision Boost Overdrive и Curve Optimizer

Ну и раз уж мы заговорили про выход за пределы максимальных значений в процессорах Ryzen есть две опции, которые позволяют вам существенно прокачать производительность процессора. Но сразу предупреждаю, их активация, автоматически лишает вас гарантии. Они активируются в BIOS, поэтому будьте аккуратны.

Первая технология простая как два рубля — Precision Boost Overdrive. Она позволяет вам повысить максимальную частоту процессора на пару сотен МГц, значение зависит от конкретной модели. То есть это самый настоящий перманентный оверклокинг, который вы можете сделать стандартными средствами. На свой страх и риск, естественно.

А вот вторая технология — это просто пушка, и очень жаль, что она тоже лишает вас гарантии.

Называется технология Curve Optimizer и это самый настоящий динамический андервольтинг.

Те кто хоть раз дела андервольтинг на ноутбуке или ПК знает, что андервольтинг — это лучший софтверный способ борьбы с троттлингом.

В чем суть? На самом деле мы можем повысить производительность процессора одновременно снизив и количество потребляемой энергии и нагрев.

Всё что нужно сделать — это уменьшить количество вольт, которые мы подаем на процессор.

То есть если нарисовать график, на одной оси которой будут вольты, а на другой тактовая частота. Андерволтинг будет выглядеть как сдвиг графика немного вниз. Теперь при том же количестве потребляемой энергии, мы можем достигнуть большей частоты.

Но вот тут есть проблема, если мы сильно снизим напряжение, то на низких частотах еще будет работать, а вот на высоких ему просто не хватит энергии, и у вас всё зависнет. Поэтому приходится андерволтить совсем чуть-чуть.

Curve Optimizer — решает эту проблему применяя динамический андервольтинг, сильнее уменьшая напряжение на низких частотах, и меньше на высоких. Позволяя по максимуму сэкономить энергии на всех частотах. Причем Curve Optimizer позволяет сделать тонкую настройку для каждого ядра. И это очень круто!

И если оверклокинг, в первую очередь, позволяет увеличить однопоточную производительность более высокой тактовой частоты. За счет того, что что все ядра потребляют меньше энергии, меньше нагреваются, соответственно меньше троттлят и в середнем работают на более высокой частоте.

Ну а для ноутбуков с плохой системой охлаждения, андервольтинг часто — это единственное спасение.

Слава богу в случае нашего сегодняшнего Acer Nitro 5 проблем с охлаждением нет.

В играх температура процессора и видеокарты не поднимается выше 60 °C, что говорит о существенном запасе. А в стресс тестах, процессор нагревается до 85 °C, а видеокарта — до 71 °C. Что тоже не много, с учетом того, что стресс тесты — это нереалистичный сценарий. Правда вот уровень шума под нагрузкой, в этом ноте достаточно высокий. Это стоит учитывать.

Pure Power

Окей, в SenseMI — есть и другой, более официальный способ сэкономить энергию помимо андервольтинг.

У Precision Boost и XFR есть технология антагонист — Pure Power. Эта штука наоборот динамически снижает частоту и энергопотребление процессора в моменты, когда он простаивает или когда его загруженность является не полной.

В итоге мы получаем с одной стороны очень мощные, отзывчивые, но при этом энергоэффективные процессоры. Хотя немалую роль тут играет и техпроцесс 7 нм, который используется в 4000-й и 5000-й серии процессоров.

К примеру, в Acer Nitro 5 установлен довольно стандартный аккумулятор 57 Вт⋅ч. Но с этим аккумулятором ноутбук может прожить более 13 часов в режиме простоя с включенным дисплеем. И более 8 часов с рабочим Wi-Fi. Это очень хороший результат.

Neural Net Prediction и Smart Prefetch

Ну и, наконец, система SenseMI не была бы по-настоящему умной, если бы не технологии предсказания. Тут их целых две.

Это технология предсказания ветвлений Neural Net Prediction, занимается предсказанием того, какие инструкции будут необходимы программе на следующем шаге.

И «умная» система кеширования Smart Prefetch предугадывает какие данные вам понадобятся и заранее кэширует.

Обе технологии также являются частью архитектуры Zen многом именно процессоры Ryzen обязаны своей производительностью и отзывчивостью этим технологиям. И этот ноутбук на процессоре Ryzen не исключение. Ну а выгодно приобрести Acer Nitro 5 вы можете в магазине DNS.

Выводы

Сегодня мы обсудили только технологии AMD для процессоров. А есть еще видеокарты и гибридных процессоров, которые используется консолях, в которых тоже есть классные технологии очень сильно повлиявшие на индустрию. Поэтому если вам интересны такие ролики, дайте нам знать, лайком комментарием подпиской.

Intel уже объявил, что собирается снова стать полноценным лидером в производстве CPU и взять «безоговорочное лидерство» на ПК-рынке. Безусловно, это амбициозно, но кажется в компании знают как достигнуть этих целей.

Пэт Гелсингер, CEO Intel, вместе со старшим вице-президентом отдела разработки доктором Энн Кэллехер рассказли планы на будущее. Компания в ближайшее время изменит свои производственные узлы. Теперь все, что строилось на 10-нанометровом техпроцессе под маркетинговым названием Enhanced Superfin будет строиться на 7 нм.

В случае с Intel это звучит логично, ведь компания немного по-другому считает технологические процессы. И они не отвечают физическим цифрам. Наприме 10-нанометровый техпроцесс в Intel ничуть не уступает по мощности и остальным параметрам 7-нанометровым решения от TSMC и Samsung.

При этом компания собирается не просто преодолеть рубеж в 7 нанометров, но и заглядывает в будущее, где например уже есть 4-нанометровый чип Meteor Lake. В то же время компания собирается осенью представить именно 7-нанометровые чипы Alder Lake.

Также в распоряжении Intel есть экстремальная ультрафиолетовая литография и 3-нанометровый технологический процесс. Также в отчетах уже фигурирует и 2-нанометровый техпроцесс, который должен быть запущен в 2025 году.

Intel не только не сдается, но и играет в открытую. Даже интересно, что сделают другие производители чипов.

В Intel считают, что перебои с чипами продляться до 2022 или даже до 2023 года. А это означает, что консоли нового поколения — PlayStation 5 и Xbox Series X|S — будет все также трудно достать…

CEO Intel Пэт Гелсингер в отчете за второй квартал отметил, что может понадобиться еще два года, чтобы полностью покрыть спрос чипов. Спрос повысился на фоне пандемии коронавируса, а также из-за того, что стало больше умных устройств.

«У нас есть несколько больших проектов по строительству фабрик в Орегоне, Аризоне, Ирландии и Израиле. Мы инвестируем в будущее» — сообщил он.

Также Пэт Гелсингер подтвердил, что в Intel продолжают идти к реализации 7-нанометрового техпроцесса.

Есть такая фраза на счет кремниевых процессоров — что все они просто куски камня, которые мы обманом заставили думать.

Мы уже очень привыкли к носимой электронике. Мы обвешаны умными часами, браслетами, нашниками, есть даже специальные датчики в ботинках, отслеживающие правильность походки.

Cудя по всему, скоро мы будем ходить в умных очках, которые будут показывать нам полезную информацию и дополнять нашу реальность. Но какой следующий этап? Что дальше?

Тут мы безусловно можем вспомнить Илона Маска с его Neurolink и чипированием. Но это все-таки что-то из ряда вон выходящее, так сказать радикальный подход к носимой электронике следующего поколения!

А что если подумать о нашей одежде? Можно ли встроить процессор прямо нам в носки, например? Да так, чтобы носки при этом остались носками, со своим полным функционалом. Или, например, сделать линзы с маленькими дисплеями, как в фильмах о шпионах?

Что ж — сегодня мы расскажем вам о по-настоящему носимой электронике! Попытаемся разобраться, что за этим стоит и выясним — можно ли напечатать процессор на куске пластика, ткани или даже на теле человека?

Введение

Все устройстава, начиная от смартфонов и заканчивая чипами в мозг, это абсолютно разные устройства, построенные по разной архитектуре и для разных задач! Но при этом у них есть схожее свойство — все они построены на базе кремниевых подложек.

Кремний — это жесткий материал и это накладывает определенные ограничения. Одно из них — это гибкость чипа. То есть получаемые на основе кремния подложки нельзя сгибать, а это приводит к тому что мы ограничены в самих физических размерах чипа.

Только посмотрите как Apple вынуждены извращаться, чтобы запихнуть всю необходимую электронику в AirPods.

А ведь уже есть специальные чипы, которые крепятся на тело для отслеживания состояния здоровья.Они клеятся прямо на кожу, но при этом все равно сам по себе чип остается как маленький камень, который прикрепили к вам пластырем!

А как было бы круто, если бы чип и был тем пластырем, так же гнулся и растягивался бы как и кожа на теле!

И вот ученые подумали, а можно ли сделать процессоры на чем-то гибком.

Идея совсем не новая на самом деле. Печатать и впаивать чипы в пластик люди пытались еще в середине двадцатого века, но технологии того времени были сильно ограничены, а потом, с приходом полевых тразисторов идею вообще частично отправили в долгий ящик. На пластике размещали контакты, но не сами транзисторы и чипы.

Конечно, тут мы сразу вспоминаем о гибких экранах, которыми нас уже не удивить! Кстати, а вы знали что первый концепт гибкого OLED-экрана был представлен учеными еще в 1992 году?

Гибкие экраны

Но вы спросите, а почему же тогда мы уже 20 лет не пользуемся гибкими экранами? Проблема в отсутствии массовой технологии. В 1992 году показали только физическую возможность, но для создания гибкого экрана этого маловато.

Необходим был целый комплекс различных технологических решений, начиная от разработки специальных пластиков, и заканчивая новыми поколениями тонкопленочных транзисторов, подходящих для массового производства! Такими например стали LTPS транзисторы и тонкие пленки прозрачного термостойкого и проводящего пластика.

А вместе с тем, одновременно активно развивалось направление печатной электроники.

Представьте, в вашем цветном принтере разными красками можно наносить разноцветный рисунок в разных местах, так и в печатной электронике можно печатать в 2D различные контакты, транзисторы и изоляторы, фактически создавая необходимую электрическую цепочку на разных поверхностях.

И вот собрав все эти технологические решения гибкие экраны стали возможны!

Гибкие чипы

А когда сначала ученые, а потом уже производители наконец-то разобрались, отработали технологии, они начали думать и в других направлениях.

Ведь если можно напечатать транзисторы на гибкой пленке, то можно практически любую поверхность сделать маленьким вычислительным устройством, то есть процессором.

Основная идея гибкой электроники удивительно проста: надо начать с гибкой подложки, к примеру, специального пластика или бумаги и нанести на него тонкий слой гибкого полупроводника. Но выбор материалов сильно ограничен вследствие того, что он должен соответствовать многим условиям.

Но на данном этапе пока точно нет необходимости носить на запястье тонкую пленку с 11 миллиардами транзисторов как в Apple A14 Bionic. Требования к производительности у таких чипов минимальны. Поэтому количество транзисторов не должно быть огромным.

И тут мы приходим к недавней разработке ребят из ARM совместно с компанией PragmatIC, которые опубликовали свою работу в журнале Nature. Они показывают, что гибкие и главное — полноценные процессоры не только возможны, но скоро уже могут начать появляться на рынке.

Гибкий процессор ARM

Итак, чтобы вы поняли о чем мы тут говорим. Это пока слабый, но абсолютно гнущийся процессор под названием PlasticArm. Его площадь составляет 59,2 квадратных миллиметров и он содержит 56 340 транзисторов и резисторов или 18 334 NAND2-эквивалентных затворов!

Это по крайней мере в 12 раз больше, чем прошлый рекордсмен от той же компании PragmatIC, где было всего 4 000 транзисторов.

Микропроцессор работает с частотой до 29 кГц. Напоминаю, что процессоры Intel 11-го поколения в режиме TurboBoost выдают 5,3 ГГц. То есть разница частот — примерно 180 тысяч раз.

Однако, чтобы быть предельно ясным, даже при двенадцатикратном увеличении количества транзисторов по сравнению со своим ближайшим собратом, новый PlasticARM ни в коем случае не является мощным процессором.

Система использует 28 выводов, которые включают в себя тактовый генератор, сброс, питание и другие отладочные выводы. Проще говоря, это полнофункциональный 32-битный ARM-чипсет.

Не только процессор, но и память, ввод/вывод, и все остальное. Подключите к нему несколько подходящих и даже гибких датчиков, и перед вами откроются огромные возможности.

Он использует собственную архитектуру Cortex-M, основанную на ARM-Cortex-M0+ начального уровня, что делает его совместимым с процессорами этого же класса и их кодом.

Это позволяет ему быть действительно универсальным, то есть его можно использовать для кучи разных задач.

Сам же его разработчик говорил, что “безусловно процессор слабый, но я бы использовал его в упаковке салата, чтобы отслеживать то, насколько он свежий!”

Вы поняли о чем речь? На упаковках салата будет наклеен процессор, который отслеживает его свежесть, то есть это одноразовый процессор, который потом окажется в мусорке!

Ну и конечно он сильно больше, чем обычный процессор с теми же параметрами. Ширина затвора там около 0.8 микрометра, что в несколько десятков раз больше чем у обычных процессоров.

Кроме того данный процессор потребляет сильно больше электроэнергии — 20 милливатт. Это может показаться очень незначительным энергопотреблением, но M0 + архитектура, реализованная на стандартном кремнии, требует чуть более 10 микроватт. Разница огромная. Но учитывайте, что это только тестовый образец. При этом он производится по схожим технологиям — то есть фотолитография и осаждение из газовой фазы.

Основной полупроводник там — это известный нам по LTPO экранам IGZO, то есть оксид индия, цинка и галия, а сам процессор состоит всего из 30 слоев из которых всего 4 являются металлами. При этом суммарная толщина всего 30 микрометров, что тоньше человеческого волоса!

Да и стоимость производства может быть очень низкой из-за простого процесса и отсутствия необходимости использовать дорогой монокристаллический кремний! При правильном масштабировании производства тут идет разговор об одном центе за чип или даже меньше!

Будущее и выводы

Но куда же создание такого абсолютно гнущегося, но полноценного процессора нас ведет?

На самом деле, пока что не очень очевидно, но вполне возможно, что мы очень скоро получим возможность печати чипов и микроконтроллеров прямо с нужными датчиками, например, на одежде, бумаге или на пластиковых упаковках.

Штаны которые говорят, что они грязные! Или местоположение всегда потерянного второго носка! Можно делать умные тату с подсветкой и не только…

Конечно есть и более полезное использование — медицина. В целом, если напечатать чип на органически-совместимом материале, то можно будет крепить его на органы, чтобы они считывали показатели сердечного ритма, например, или вводили лекарство точно по расписанию.

Человечество явно придумает куда можно прикрутить эти чипы так, чтобы это стало нам с вами удобно! Ну и до маленького экрана в линзе для глаз, который создает вам дополнительную реальность тоже недалеко осталось! Будем следить, интересно к чему приведет эта технология!

На улице жаркий денек, вы на своем ноутбуке решили немного поиграть, запустили игру и уже через полчасика игры на вашем ноуте можно поджарить яичницу, а руки вспотели как после тренировки в спортзале. Знакомая ситуация?

Но кто в этом виноват? Процессор и видеокарта, которые греются как будто только что устроили забег по всем кругам ада или охлаждение, которое скорее разбудит ваших соседей шумом кулеров, чем охладит что-то в компьютере. И что? Неужели охлаждение — это тупик, в который и упрется вся индустрия?

https://youtu.be/BKXd5Jm8AuU

Сегодня попробуем в этом разобраться, а также расскажем вам как совсем скоро это уже изменится и, возможно, мы с вами сможем забыть о перегреве, троттлинге, а ладошки будут потеть только от напряженной катки в «контру».

Проблема охлаждения

Любые вычислительные устройства греются. И проблема их охлаждения — это одна из основных проблем современных компьютеров.

Замечали, что каждый производитель, на каждой презентации, будь то ноутбук или телефон хвастается, что он придумал новую систему охлаждения которая на 5% более эффективна чем раньше?

А что собственно улучшают: придумывают новые вентиляторы, радиаторы, или, более эффективную, водянку или испарительную камеру.

Проблема в том, что есть процессор, который в результате своей работы выделяет тепло и этого тепла много, очень много. Те же Intel Core i9 могут разогревать разогреваться до 95 градусов и это с работающей системой охлаждения.

ARM-процессоры конечно греются меньше в связи с другой архитектурой, но все равно проблема ощутима: смартфоны в жаркий день очень любят попросить их засунуть в холодильник! А что уж говорить о серверах, где проблема охлаждения чуть ли не самая острая.

Давайте посмотрим на датацентр Google в Финляндии! Они построили огромную систему теплообмена, которая работает на отдаче тепла от серверов — морской воде, которая забирается напрямую из холодного Финского Залива! При этом, чтобы уменьшить влияние на окружающую среду, они вынуждены дополнительно разбавлять горячую воду снова перед возвратом ее в море.

При этом Google даже приспособил искусственный интеллект для решения проблем охлаждения. Он разрабатывает более эффективные воздушные потоки, и расположение серверных стоек.

Процессоры и охлаждение

Вы понимаете — охлаждение это огромная головная боль. Если устройство нормально не охлаждается, то тратится огромное количество электроэнергии и уменьшается производительность чипов.

Любые процессоры изначально соприкасаются с охлаждающей системой только через термопасту. А она в свою очередь передает тепло дальше в систему охлаждения. Чтобы улучшить теплообмен производители идут на хитрости, например, делают поверхность чипа очень шершавой, чтобы увеличить площадь поверхности и соответственно улучшить отдачу тепла от процессора к системе охлаждения.

На самом деле, иногда, создается ощущение, что производители чипов и производители систем охлаждения живут порознь и вместе они как-то плохо взаимодействуют.

И основная проблема не в том, что они не знают, что делают, а в том, что они постоянно пытаются улучшить изначально не самую эффективную систему.

Ведь тепло в самом микропроцессоре, в термопасте, да и в медном блоке охлаждения передается только за счет внутренней теплопередачи материала, а это, мягко говоря, не самый быстрый и эффективный процесс.

И вот ученые подумали, а что если добавить каналы охлаждения прямо в процессор? Возможно ли это?

Микроканалы охлаждения

И вот в 2020 году ученые из Политехнической школы в Лозанне, что в Швейцарии, опубликовали статью в очень престижном журнале Nature.

Они задались вопросом: А можно ли как-то встроить очень маленькие каналы для жидкостного охлаждения прямо в чип, в процессе его производства? Ответ — да. Они это сделали. И не просто в процессор!

Они использовали преобразователь электрической энергии, который изначально сильно горячее, чем обычный процессор. И в нем они вытравили маленькие каналы.

Вы ведь помните что такое травление, если нет, то посмотрите наш классный недавний ролик про травление и осаждение.

Насколько же маленькие каналы они создали? Всего 20 микрометров толщиной, что в 2-3 раза тоньше человеческого волоса! И это дало просто взрывной результат!

Они вытравили эти каналы на обратной стороне чипа из Нитрида Галлия, который и занимался преобразованием тока. Эти микроканалы работают как некий объем с огромной площадью поверхности, через которую прокачивали жидкость, это и делает теплоотвод невероятно эффективным.

В результате чип работал всего при 60 градусах Цельсия, когда его обычная температура работы около 250 градусов без каналов! Только вдумайтесь в разницу температуры.

По факту их система охлаждения смогла отводить 1700 Ватт тепла на квадратный сантиметр используя всего 0,5 Ватта мощности насоса, которые уходили на откачку!

Например, процессоры Intel 10 поколения выделяют около 150 Ватт тепла, что сильно меньше того, на что способна эта система охлаждения.

Так что такие показатели, в теории, позволят работать современным процессорам просто при комнатной температуре, при этом сильно снижая энергопотребление на систему охлаждения. Получается, что и о троттлинге можно забыть!

Будущее

Но тут вы можете заметить, что это очередная научная работа! Она наверняка ни к чему не приведет или это случится очень нескоро. Производители чипов не будут перестраивать свои производства под новые типы процессоров. Но это совсем не так!

Суть в том, что для внедрения технологии у производителей уже все есть. Ведь для создания подобных микроканалов опять же надо использовать нашу святую троицу — фотолитографию, травление и осаждение!

В процессе производства просто надо добавить несколько дополнительных шагов!

Конечно — это сделает чипы дороже, но вспомните, что с приходом Экстремальной УФ-литографии общее число шагов сильно сократилось, из-за большего разрешения самой технологии! Так что есть вероятность, что сильно на цену это не повлияет, а эффективность охлаждения и, соответственно, производительность вырастут значительно! И мы бы не были бы собой если бы не рассказали вам о том, что эта технология уже совсем за углом.

Ведь TSMC, буквально недавно анонсировали что они протестировали три типа микроканалов и добились теплоотдачи в 2 КВт на площади 500 квадратных миллиметров и понижение температуры работы чипа на целых 63 градуса.

Конечно тут есть несколько вопросов — во-первых, это только тесты, а во-вторых не очень понятна надежность, ведь от любого удара такой микроканал может дать трещину и все внутри вашего ноутбука зальет охлаждающей жидкостью. Но в любом случае — это уже шаг вперед, ведь это уже тесты непосредственно от чипмейкера, а не просто от ученых!

И тут стоит еще вспомнить о том, что производители активно создают 3D-транзисторы, процессоры на основе технологии Nanosheets, которые позволят сильно увеличить плотность транзисторов на чипе, а значит и увеличить производительность. А в сочетании с новой системой охлаждения это будет просто огромный скачок вперед.

Выводы

Очень интересно посмотреть, когда эта технология появится на рынке и кто первый попробует ее реализовать!

Только представьте — новый чип от AMD с трехкратным увеличением количества транзисторов, который при этом совсем не греется! Звучит как фантастиска, но судя по всему это уже совсем рядом.

Мы же ждем подобного не только в наших гаджетах. Главными победителями тут конечно же станут датацентры по всему миру, которые смогут в разы увеличить свою энергоэффективность, а значит повысится и их скорость работы! В общем, перспективы отличные, осталось дождаться реализации.

Сегодня с утра стало известно, что власти разрабатывают новую программу, в рамках которой предлагается вживлять в мозг людей чипы. Это нужно для прямой передачи информации и данных с внешних устройств. Об этом с утра написал «Коммерсантъ».

По данным издания документ разработан Российской Академией Наук (РАН) совместе с МГУ им. М.В.Ломоносова. По словам источника в МинОбрНауки документ даже был одобрен Президентом РФ. Федеральная программа называется «Мозг, здоровье, интеллект, инновации на 2021–2029 годы», а её стоимость оценивается в более чем 54 миллиарда рублей.

Однако, позднее выяснилось, что Минобрнауки опровергло разработку федеральной программы по вживлению в мозг человека микрокомпьютера. В ведомстве отметили, что в конце 2020 года эту инициативу признали нецелесообразной. Опровержение мы увидели тут.

Компания Google объявила о создании софта, который использует машинное обучение и искусственный интеллект для создания дизайн процессоров и чипов. Благодаря этому чип может быть создан всего за 6 часов. Для сравнения человеку требуются месяцы.

Интересно, что метод создания чипов описан в журнале Nature. «Наш метод мы использовали при разработке дизайна нового поколения Google TPU (тензорных процессоров)» — сказала глава отдела машинного обучения для систем Goole Азалия Мирхосейни.

По сути, ИИ рисует некий «план этажа» для более продвинутых систем, далее искусственный интеллект расставляет компоненты, включая CPU, GPU и ядра памяти. Именно на последний процесс «расстановки» у человека может уйти несколько месяцев поскольку инженеры должны продумать все ключевые характеристики, включая площадь чипа, энергопотребление и мощность, в то время как новая система обучения от Google натренирована на 10 тысячах всевозможных вариантов таких «планов этажей». За счет этого она может сделать работу меньше чем за 6 часов.

Современное производство процессоров иначе как произведением технологического искусства назвать просто язык не поворачивается. Когда начинаешь разбираться с тем какое количество в нем тонкостей и элегантных технологических решений, то просто взрывается мозг. Сегодня мы вам расскажем о двух важнейших этапах при производстве процессоров, а также объясним что общего между созданием процессоров и ковровыми бомбардировками, зачем нужно греть материалы сфокусированным лучом электронов и как получают металлический пар из самого тугоплавкого металла в мире.

Начнем, как обычно у нас принято, с основ. Как мы уже не раз говорили: транзистор — основа всех процессоров. Но сам по себе одиночный транзистор мало что может. В современных чипах их миллиарды!

Кроме того, все эти транзисторы надо друг с другом связать в правильной последовательности, то есть фактически проложить провода от одного транзистора к другому.

Только вдумайтесь, вам надо в правильной последовательности связать друг с другом миллиард крошечных транзисторов. К каждому транзистору надо подвести по три провода — сток, исток и затвор. Плюс ко всему сам транзистор — это сложный сендвич, в котором в правильной последовательности расположены полупроводники различных типов, изоляторы и металлические контакты.

Давайте просто представим, забыв о том, что транзисторы в тысячи раз меньше толщины человеческого волоса, что вы весь из себя такой Флэш и умеете делать, скажем 100 транзисторов в секунду! Знаете сколько времени у вас уйдет на создание одного чипа М1 от Apple? Пять лет! На создание всего лишь одного чипа! Для одного MacBook! Этот метод явно не подходит, надо думать что-то другое.

Тут то и приходит на помощь наша святая троица, а именно процессы Фотолитографии, Травления и Осаждения! Эти три типа процессов являются базой для создания всех современных процессоров. Да и не только процессоров: эти же процессы являются основой при создании экранов, будь то OLED или LCD, матриц фотокамер, различных модемов, датчиков и например МЕМСов.

Об одном из процесов мы уже вам рассказывали в нашем материале про Экстремальную Ультрафиолетовую литографию.

Литография позволяет нам получить нужный трехмерный рисунок на поверхности чипа.

Создание транзистора

Давайте представим, что создание транзистора — это как постройка дома. Вам необходимо сначала разметить землю, понять, где у вас будут коммуникации, где фундамент — это и есть литография.

Затем вы вызываете трактор, который приезжает и выкапывает для вас ровненькую траншею именно той геометрии, которую вы разметили — это и есть травление, то есть процесс удаления материала из только определенных областей. Чем глубже трактор копает — тем глубже получится траншея, также и с травлением.

Ну и наконец-то заливка бетоном вашего фундамента — это осаждение. Получение в конце концов именно того фундамента, который изначально был нанесен с помощью литографии.

Комбинацией этих процессов и создается наш дом, мы размечаем участок, травим и осаждаем где надо и наш дом растет слой за слоем, также и с транзисторами. В результате получаем сложную слоистую структуру из разных материалов. Только таких домов надо строить сотни миллиардов одновременно!

Травление

Давайте перейдем к травлению. Как мы можем убрать какой-то материал? Ведь трактором траншею в несколько нанометров не вырыть.

В целом, есть два вида травления — сухое и мокрое. При использовании мокрого травления наш материал помещается в специальную ванну или поливается сверху определенным раствором. Этот раствор химически реагирует и растворяет тот материал, который мы хотим убрать, это и удаляет материал с поверхности. Но у такого метода есть минусы, которые при создании маленьких транзисторов очень важны — жидкость затекает во все места, ведь это жидкость и травление происходит равномерно во все стороны, а не вертикально вниз, как мы хотим. Это называется подтрав под маску! Здесь маска закрывает на нашем чипе те участки, которые мы не хотим удалять, то есть травить!

Поэтому при производстве часто используют сухое травление. Для этого надо создать плазму! Как и в Экстремальной УФ-литографии нам нужно прибегнуть к помощи четвертого агрегатного состояния вещества! Только если там плазма нужна была для создания света с определенной длинной волны, то здесь она нужна совсем для другого.

Видите ли, плазма это не просто светящийся газ — она полна разных частиц, атомов, электронов, а также различных положительных и отрицательных ионов. Вот в этих ионах и кроется ключевая особенность. Ведь ионы мало того, что имеют какой-то заряд, так еще и очень реактивны, а это нам и нужно! Сейчас объясним…

Поскольку ионы имеют какой-то заряд, то мы можем их направить в нужное нам место, просто приложив к нужному нам месту противоположный заряд. То есть представим что наши ионы обладают положительным зарядом, мы к нашему чипу прикладываем отрицательное напряжение и ионы летят в него. Более того мы можем регулировать с какой силой ионы бьют по поверхности нашего будущего чипа! Подаем больше напряжения — ионы летят быстрее.

Это и есть та самая ковровая бомбардировка, ведь ионы наши относительно тяжелые и если подать достаточное напряжение, то они врезаются в поверхность материала как бомбы в землю, и просто разносят всю его поверхность! Это процесс, кстати, так и называется — ионная бомбардировка поверхности.

Это физическая составляющая процесса плазмохимического травления материала. Но есть и вторая — химическая.

Как я уже говорил, наши ионы очень активны и если правильно подобрать газ, из которого сделана наша плазма, то ионы будут химически реагировать с материалом чипа и просто образовывать новые соединения, которые будут просто улетать!

Например, при травлении Кремния или Нитрида Галлия, про которые мы вам недавно рассказывали, применяют плазму из гексафторида серы, в смеси с аргоном, или кислородом!

При этом, как и в случае с жидким травлением, те участки, которые мы хотим сохранить, мы можем покрыть специальной маской, которая останется нетронутой в процессе сухого травления, а открытые участки просто улетят!

Вот так путем игры с разными параметрами в процессе травления можно получать идеально гладкие, вертикальные отверстия абсолютно любой формы и глубины.

И более того травление можно осуществлять одновременно по всей поверхности огромной пластины кремния!

Осаждение

С траншеями для нашего дома, ой то есть транзистора, мы разобрались. Теперь надо в них залить наш фундамент, сделать стены и проложить коммуникации.

Для этого надо осадить различные материалы — это могут быть как металлы, например, медь для контактов транзистора или диэлектрики для изоляции в тех местах, где нам надо.

Ну или например нам надо осадить другой тип полупроводника на чип, как нам это нужно делать, например, в новых LTPO экранах, где используются транзисторы на основе поликристаллического кремния и соседний транзистор на основе оксида индия цинка и галлия!

В принципе, методов осаждения целая куча! Мы же расскажем вам о двух основных и начнем с самого взрывного.

Представьте, что вам надо нанести куда-то очень тонкий слой Вольфрама. Просто отрезать и приклеить точно не получится — я напоминаю что мы тут говорим контактах в несколько единиц нанометров. Как это сделать?

И тут, вы удивитесь, но принцип несильно отличается от того, когда вы наливаете холодное пиво в бокал в теплый летний день. Ведь на холодном бокале тут же начинают образовываться капельки воды: эти капельки — конденсат пара из воздуха. Вот с Вольфрамом надо сделать точно так же.

Но только тут есть одна проблема — если для того, чтобы образовался водяной пар нужно 100 градусов, то у вольфрама температура парообразования составляет почти 6000 градусов! Пока его так разогреешь, все вокруг уже расплавится. Как же его испарить вообще?

Для этого надо прибегнуть к так называемым электронно-лучевым технологиям, а по факту используют сфокусированный в одну точку луч электронов с очень большими энергиями!

А источником такого луча зачастую тоже является вольфрамовая нить, прям как в старых лампах накаливания, только тут она сильно толще. На эту нить подается ток, и она начинает во все стороны испускать электроны. Часть из них ускоряют до нескольких тысяч вольт и фокусируют в единую точку на поверхности того материала, который мы хотим испарить, в данном случае на Вольфраме.

Думали ли вы, что с помощью лампочки Ильича можно делать процессоры для современных iPhone?

Так вот эта точка может разогреваться до безумных температур! Таких высоких, что даже Вольфрам, который является самым тугоплавким металлом в мире, превращается в пар. Фактически локально формируется маленькую лужу Вольфрама и часть этой лужи и испаряют.

Этот пар летит и конденсируется на любой холодной поверхности, в частности на нашем чипе, где он осаждается, формируя необходимые нам контакты для наших транзисторов!

Но это опять же физические процесс, а есть и химические, когда, как в случае с травлением, на поверхности нашего материала, в нужных местах происходят специальные химические реакции.

Хорошим примером такого процесса является так называемое химическое осаждение из газовой фазы. Она активно применяется не только для производства процессоров, но и для создания органических светодиодов для гибких OLED-экранов!

Кстати, CVD — Chemical Vapor Deposition (химическое осаждение пара) — это один из методов выращивания искусственного алмаза, которые потом применяют, например, для алмазных резаков!

При чем самое крутое, что все эти процессы, как осаждения, так и травления, можно проводить для нескольких пластин одновременно, на каждой из которых сотни, а то и тысячи процессоров! Если бы не эта возможность, то каждый процессор стоил бы просто баснословных денег!

Выводы

Конечно, здесь мы перечислили только самые базовые процессы, но даже они дают понимание о том, какие невероятные технологические решения стоят за производством того, чем мы пользуемся каждый день.

А ведь есть и другие потрясающие процессы на современных производствах. Например, атомно-слоевое осаждение, которое позволяет получить идеальные пленки с возможностью контроля толщины до одного атома, или процессы ионной имплантации.

Стоит также сказать, что для процессов, о которых мы сегодня вам рассказали, надо зачастую сначала  создавать очень глубокий вакуум в установках, иногда даже больше, чем в космосе, однако это тема для отдельного материала! В общем, вы поняли — нам есть что вам рассказать интересного! Мы готовим вам целую серию материалов.

Кстати, автор сценария этого ролика Глеб Янкевич со своими коллегами тоже занимается травлением. Если интересно, почитать их последнюю статью о травлении карбида кремния в Nature Scientific Reports.

Совсем скоро тонкие и легкие компьютеры смогут преодолеть барьер в 5 ГГц. Всё это произойджет благодаря новым процессора Intel Core 11-го поколения с литерой U.

В рамках выставки Computex, которая прошла в формате онлайн, был представлен чип Intel Core i7-1195G7, который преодолеет частотй в 5 ГГц одним мощным ядром, благодаря технологии Intel Turbo Boost Max 3.0. Также компания представила чип i5-1155G7, который стал чуть быстрее в сравнении с прошлыми процессорами линейки Intel Core i5.

Стоит отметить, что кроме частоты в 5 ГГц Intel почти не удивил. Core i7-1195G7 получил четыре ядра и восемь потоков, а также 96 графических ядер Intel Xe, таких же как в Core i7-1198G7. Скорее всего апгрейдов можно ждать новые процессоры в ПК ближе к осени. При этом, по сути, 11-е поколение и их U-серия были представлены еще в сентябре, но обновление рассчитано на соперничество с AMD.

Также Intel представили M.2-модуль связи 5G, который компания создала совместно с MediaTek. Это произошло после того как Intel продал все свои 5G-ассеты Apple. Интересно, что новое решение было креативно названо «Intel 5G Solution 5000» с явным намёком на сотрудничество Intel и MediaTek с их 5000-й серией.

Новое решение сможет добавить в компактные ноутбуки поддержку 5G. Модуль связи поддерживает диапазон sub-6GHz и скорее всего появится в ноутбуках Acer, ASUS, HP и других.