Вы наверняка знаете, что мир процессоров разбит на два лагеря. Если вы смотрите это видео со смартфона, то для вас работает процессор на архитектуре ARM, а если с ноутбука, для вас трудится чип на архитектуре x86.

А теперь еще и Apple объявила, что переводит свои Mac на собственные процессоры Apple Silicon на архитектуре ARM. Мы уже рассказывали, почему так происходит. А сегодня давайте подробно разберемся, в чем принципиальные отличия x86 и ARM. И зачем Apple в это все вписалась?

Итак, большинство мобильных устройств, iPhone и Android’ы работают на ARM’е. Qualcomm, HUAWEI Kirin, Samsung Exynos и Apple A13/A14 Bionic — это все ARM-процессоры.

А вот на компьютере не так — там доминирует x86 под крылом Intel и AMD. Именно поэтому на телефоне мы не можем запустить Word с компьютера.

x86 — так называется по последним цифрам семейства классических процессоров Intel 70-80х годов.

Чем же они отличаются?

Есть два ключевых отличия.

Первое — это набор инструкций, то есть язык который понимает процессор.

x86 процессоры используют сложный набор инструкций, который называется CISC — Complex Instruction Set Computing.

ARM процессоры наоборот используют упрощенный набор инструкций — RISC — Reduced Instruction Set Computing.

Кстати ARM расшифровывается как Продвинутые RICS машины — Advanced RISC Machines.

Наборы инструкций ещё принято назвать архитектурой или ISA — Instruction Set Architecture.

Второе отличие — это микроархитектура. Что это такое?

От того на каком языке говорят процессоры, зависит и то, как они проектируются. Потому как для выполнения каждой инструкции на процессоре нужно расположить свой логический блок. Соответственно, разные инструкции — разный дизайн процессора. А дизайн — это и есть микроархитектура.

• x86 — CISC
• ARM — RISC

Итак, запомнили. Говорим x86 — подразумеваем архитектуру CISC, ARM — это RISC.

Но как так произошло, что процессоры стали говорить на разных языках?

История CISC

Всё началось в 1960-х. Поначалу программисты работали с машинным кодом, то есть реально писали нолики и единички. Это быстро всех достало и появился Assembler. Низкоуровневый язык программирования, который позволял писать простые команды типа сложить, скопировать и прочее. Но программировать на Assembler’е тоже было не сладко. Потому как приходилось буквально “за ручку” поэтапно описывать процессору каждое его действие.

Поэтому, если бы вы ужинали с процессором, и попросили передать его вам соль, это выглядело бы так:

• Эй процессор, посмотри в центр стола.
• Видишь соль? Возьми её.
• Теперь посмотри на меня.
• Отдай мне соль. — Ага, спасибо!
• А теперь снова возьми у меня соль.
• Поставь её откуда взял
• Спасибо большое! Продолжай свои дела.
• Кхм… Процессор, видишь перец?
• И так далее….

В какой-то момент это всё задолбало программистов. И они решили: Хей, а почему бы нам просто не не написать инструкцию «Передай мне соль»? Так и сделали. Набор таких комплексных инструкций назвали CISC.

Этод подход стал настоящим спасением как для разработчиков, так и для бизнеса. Захотел клиент новую инструкцию — не проблема, были бы деньги — мы сделаем. А деньги у клиентов были.

Недостатки CISC

Но был ли такой подход оптимальным??? С точки зрения разработчиков — да. Но вот микроархитектура страдала.

Представьте, вы купили квартиру и теперь вам нужно обставить её мебелью. Площади мало, каждый квадратный метр на счету.  И вот представьте, если бы CISC-процессор обставил мебелью вам гостиную, он бы с одной стороны позаботился о комфорте каждого потенциального гостя и выделил бы для него свой персональное место.

С другой стороны, он бы не щадил бюджет. Диван для одного человека, пуф для другого, кушетка для третьего, трон из Игры Престолов для вашей Дайнерис. В этом случае площадь комнаты бы очень быстро закончилась. Чтобы разместить всех вам бы пришлось увеличивать бюджет и расширять зал. Это не рационально. Но самое главное, CISC-архитектура существует очень давно и те инструкции, которые были написаны в 60-х годах сейчас уже вообще не актуальны. Поэтому часть мебели, а точнее исполнительных блоков, просто не будут использоваться. Но многие из них там остаются. Поэтому появился RISC…

Преимущества RISC

С одной стороны писать на Assembler’е под RISC процессоры не очень-то удобно. Если в лоб сравнивать код, написанный под CISC и RISC процессоры, очевидно преимущество первого.

Так выглядит код одной и той же операции для x86 и ARM.

x86

• MOV AX, 15 ; AH = 00, AL = 0Fh
• AAA ; AH = 01, AL = 05
• RET

ARM

• MOV R3, #10
• AND R2, R0, #0xF
• CMP R2, R3
• IT LT
• BLT elsebranch
• ADD R2. #6
• ADD R1. #1
• elsebranch:
• END

Но так было раньше. На ассемблере уже давно никто не пишет.  Сейчас за программистов всё это делают компиляторы, поэтому никаких сложностей с написанием кода под RISC-процессоры нет. Зато есть преимущества.

Представьте, что вы проектируете процессор. Расположение блоков на х86 выглядело бы так.

Каждый цветной квадрат — это отдельные команды. Их много и они разные. Как вы моняли, здесь мы уже говорим про микроархитектуру, которая вытекает из набора команд. А вот ARM-процессор скорее выглядит так.

Ему не нужны блоки, созданные для функций, написанных 50 лет назад.

По сути, тут блоки только для самых востребованных команд. Зато таких блоков много. А это значит, что можно одновременно выполнять больше базовых команд. А раритетные не занимают место.

Еще один бонус сокращенного набора RISC: меньше места на чипе занимает блок по декодированию команд. Да, для этого тоже нужно место. Архитектура RISC проще и удобнее, загибайте пальцы:

• проще работа с памятью,
• более богатая регистровая архитектура,
• легче делать 32/64/128 разряды,
• легче оптимизировать,
• меньше энергопотребление,
• проще масштабировать и делать отладку.

Для примера вот два процессора одного поколения. ARM1 и Intel 386. При схожей производительности ARM вдвое меньше по площади. А транзисторов на нем в 10 раз меньше: 25 тысяч против 275 тысяч. Энергопотребление тоже отличается на порядок: 0.1 Ватт против 2 Ватт у Intel. Шок.

Поэтому наши смартфоны, которые работают на ARM процессорах с архитектурой RISC, должно живут не требуют активного охлаждения, и такие быстрые.

Лицензирование

Но это все отличия технические. Есть отличия и организационные. Вы не задумывались почему для смартфонов так много производителей процессоров, а в мире ПК на x86 только AMD и Intel? Все просто — ARM это компания которая занимается лицензированием, а не производством.

Даже Apple приложила руку к развитию АРМ. Вместе с Acorn Computers и VLSI Technology. Apple присоединился к альянсу из-за их грядущего устройства — Newton. Устройства, главной функцией которого было распознавание текста.

Даже вы можете начать производить свои процессоры, купив лицензию. А вот производить процессоры на x86 не может никто кроме синей и красной компании. А это значит что? Правильно, меньше конкуренции, медленнее развитие. Как же так произошло?

Ну окей. Допустим ARM прекрасно справляется со смартфонами и планшетами, но как насчет компьютеров и серверов, где вся поляна исторически поделена? И зачем Apple вообще ломанулась туда со своим Apple Silicon.

Что сейчас?

Допустим мы решили, что архитектура ARM более эффективная и универсальная. Что теперь? x86 похоронен?

На самом деле, в Intel и AMD не дураки сидят. И сейчас под капотом современные CISC-процессоры очень похожи на RISC. Постепенно разработчики CISC-процессоров все-таки пришли к этому и начали делать гибридные процессоры, но старый хвост так просто нельзя сбросить.

Но уже достаточно давно, процессоры Intel и AMD разбивают входные инструкции на более мелкие микроинструкции (micro-ops), которые в дальнейшем — сейчас вы удивитесь — исполняются RISC ядром.

Да-да, ребята! Те самые 4-8 ядер в вашем ПК — это тоже RISC-ядра!

Надеюсь, тут вы окончательно запутались. Но суть в том, что разница между RISC и CISC-дизайнами уже сейчас минимальна.

А что остается важным — так это микроархитектура. То есть то, насколько эффективно все организовано на самом камне.

Ну вы уже наверное знаете, что Современные iPad практически не уступают 15-дюймовым MacBook Pro с процессорами Core i7 и Core i9.

А что с компьютерами?

Недавно компания Ampere представила свой 80-ядерный ARM процессор. По заявлению производителя в тестах процессор Ampere показывает результат на 4% лучше, чем самый быстрый процессор EPYC от AMD и потребляет на 14% меньше энергии.

Компания Ampere, лезет в сегменты Cloud и Workstation, и показывает там отличные цифры. Самый быстрый суперкомпьютер в мире сегодня работает на ARM ISA. С обратной стороны, Intel пытается все таки влезть в сегмент low power и для этого выпускает новый инетересный процессор на микроархитектуре lakefield.

Пока у ноутбуков и процессоров от Intel есть одно неоспоримое достоинство — (охлаждение и) единство архитектуры. Пока на рынке ARM-процессоров существуют Qualcomm, Samsung, MediaTek, в мире x86 творится монополия и разработчикам сильно легче делать софт и игры под “взрослые” процессоры.

И Apple та компания, которая способна мотивировать достаточное количество разработчиков пилить под свой Arm. Но суть этого перехода скорее не в противостоянии CISC и RISC. Поскольку оба подхода сближаются, акцент смещается на микроархитектуру, которую делает Apple для своих мобильных устройств. И судя по всему микроархитекура у них крута. И они хотели бы ее использовать в своих компьютерах.

И если бы Intel лицензировал x86 за деньги другим людям, то вероятно Apple просто адаптировали свою текущую микроархитектуру под x86. Но так как они не могут этого сделать, они решили просто перейти на ARM. Проблема для нас с микроархитектурой в том, что она коммерческая тайна. И мы про нее ничего не знаем.

Итоги

Спрос на ARM в итоге вырастет. Для индустрии это не просто важный шаг, а архиважный. Линус Торвальдс говорил? что пока рабочие станции не станут работать на ARM — на рынке серверов будут использовать x86.

И вот это случилось — в перспективе это миллионы долларов, вложенных в серверные решения. Что, конечно, хорошо и для потребителей. Нас ждет светлое будущее и Apple, действительно, совершила эволюцию!

Редактор материала: Антон Евстратенко. Этот материал помогли подготовить наши зрители Никита Куликов и Григорий Чирков. Спасибо ребята!

Вы тоже можете нам помочь: если у вас есть сценарий или вы разбираетесь в какой-то гиковской теме и хотите об этом рассказать, пишите на почту — idea@droider.ru.

Прошла сентябрьская презентация Apple и по сути что нам показали?

• Двое новых часов, одни с измерением кислорода в крови, другие без — SE, бюджетные.
• Две подписки, одна на VHS тренировки за 10 баксов, другая вообще на всё за Apple One, и с приятными ценами в России 365 p.
• Два iPad: один старый со старым процессором. И один урезанный iPad Pro без Face ID и 120 Гц дисплея с новым процессором.
• Хм… ну еще ремешки были цветные красивые для часов. Ну я то их куплю конечно, но вам то они зачем?

Да, это презентация оказалась не самой впечатляющей. Можно конечно отметить качество картинки. Нам действительно не показали инновационных девайсов.

Но! Тем не менее, во время презентации всё-таки прозвучал один настолько потрясающий анонс. Правда есть ощущение, что его вообще никто не заметил.

https://youtu.be/vZsQH-Q5nL8

Главным устройством презентации безусловно был обновленный iPad Air. Это такой iPad для тех, для кого Pro совсем избыточный вариант, но хочется и дизайн современный и перо чтобы удобно заряжалось. Ну вы помните старое перо, да?

Я уверен, многие в первую очередь обратили внимание на шикарную расцветку новых айпадов. Но всё-таки самым интересным в iPad был новый процессор A14 Bionic, который мы ожидали впервые увидеть в iPhone 12, но нет, первым увидели в iPad Air.

Как обычно Apple не раскрыли подробные характеристики, а только похвастались большими цифрами.

Но даже то, что они нам рассказали очень интересно. Поэтому давайте разберемся в некоторых странных моментах.

Мы знаем что предыдущий процессор A13 Bionic сделан по техпроцессу N7P TSMC. Площадь кристалла у него 98,5 мм², на нём уместилось 8,5 млрд. транзисторов.

В свою очередь, переход на новый техпроцесс 5 нм — высвобождает огромное количество места. так как можно увеличить логическую плотность на 80%.

Но как Apple распорядилась этой возможностью? Давайте посчитаем. 5-нм техпроцесс TSMC позволяет разместить приблизительно 15 миллиардов транзисторов на чипе 100 мм².

Это значит, что при сохранении, той же площади кристалла в A14 могло бы поместиться приблизительно 14,8 млрд. транзисторов.

Но Apple нам заявили только об 11.8 млрд. Куда делись остальные 3 млрд?

Есть несколько вариантов.

Первый. Apple решили сэкономить. При такой плотности транзисторов, Apple может разместить 11.8 млрд. на площади примерно равной 78,6 мм².
При таком раскладе, A14 Bionic может стать одним из самых компактных чипов Apple со времен iPhone 4S.

А это безумно выгодно! Чем меньше площадь чипа, тем больше кристаллов помещается на одной пластине, тем меньше брака и тем выше урожайность.

А значит можно вести агрессивную ценовую политику либо просто получать сверхприбыли. Но верится в такой варинт слабо и вот почему.

Один лишь переход на 5 нм позволяет сделать процессор либо на 15% энергоэффективнее либо мощнее.

Но Apple говорит нам о приросте производительности CPU на 40%! Это очень много!

Такой невероятный рост производительности должен быть чем-то обеспечен. Конечно, можно доработать микроархитектуру ядра, но этого мало. Ещё явно нужно:

• поднять тактовую частоту
• серьезно увеличить объем кэш-памяти
• добавить побольше ядер
• пошаманить с ускорением при помощи машинного обучения.

И я безусловно уверен, что Apple всё это сделали. По крайней мере количество ядер точно подросло с 4 до 6 и тактовая частота тоже.

И вот тут я хочу обратить внимание на такую вещь.

Самый большой прирост производительности в новой системе на кристалле получил нейронный движок. По сравнению с прошлым процессором, количество ядер выросло в 2 раза — с 8 до 16, а количество операций выросло до 11 триллионов в секунду. Что тоже в 2 раза больше.

А если учесть, какой огромный нейронный движок был в A13, теперь он должен занимать пропорционально просто огромное пространство.

Напомню, что по сравнению с A12, в A13 нейронный движок стал быстрее только на 20%.

Так почему же Apple не потратили транзисторный бюджет на что-то более полезное? Например, графический процессор как был 4-х ядерный, так и остался.

Конспирология

Вариантов зачем понадобилось так прокачивать ИИ можете быть масса. Но мне нравится верить в такую конспирологию.

Этим летом мы делали материал про утечку информации об AR-очках Apple Glass. Для тех кто пропустил напомню.

Главная фишка этого устройства в том, что в самих очках не будет мощного процессора все сложные вычисления будут происходить на девайсе-компаньоне, то есть на iPhone. А Apple Glass, по сути, будут просто принимать отрендеренную картинку.

И вот в эту концепцию новый Bionic уж очень спокойно ложиться.

Во-первых, чтобы очки нормально работали они постоянно должны распознавать массу образов. А это задачка как раз для нейронного процессора.

Во-вторых, дополнительные 2 ядра центрального процессора для iPhone нафиг не нужны. Потому как в iOS многозадачность всё равно урезанная и iPhone даже на двух мощных ядрах будет летать как миленький. А вот если iPhone еще постоянно придётся выполнять работу не только за себя на и за AR-очки, то два дополнительных ядра придутся как раз кстати.

Да это всё просто догадки, и шансов ошибиться гораздо больше чем угадать. Тем нем менее с учетом огромного набора утечек, которые мы озвучили в ролике про Apple Glass, теория выглядит очень даже стройно.

В любом случаем Apple нам еще много чего не показала. До конца года мы ждём кучу громких анонсов:

• Сразу четыре новых iPhone
• Наушники AirPods Studio
  Метки AirTags
• Первый MacBook на Apple Silicone
• Ну и конечно очки дополненной реальности Apple Glass

Следующая презентация Apple будет наверняка в октябре. Ждём дату и саму презентацию!

Шутка про невидимую руку капитализма может войти в моду. Можно сказать, что у NVIDIA теперь появилась рука, ведь сегодня компания объявила о приобретении Arm за 40 миллиардов долларов.

Основная идея покупки заключается в развитии экосистемных решений с искусственным интеллектом. При этом Arm останется работать в Кембридже, где создаст центр исследования и обучения ИИ, а заодно создаст суперкомпьютер на базе решений обоих компаний.

При этом NVIDIA будет сохранять нейтралитет, а Arm продолжит модель лицензирования процессоров.

Важно заметить, что совместная деятельность компаний будет направлена в первую очередь не на B2C-сегмент, а на B2D, ведь в планах NVIDIA создание мощных дата-центров для клиентов, которые будут сочетать в себе решения и идеи NVIDIA и Arm.

В рамках продажи бывший владелец Arm — японский Softbank получит 21,5 миллиард долларов в виде акций NVIDIA, а также 12 миллиардов кэшем, включая 2 миллиарда подписного бонуса. Полная сделка займёт 18 месяцев в случае ее принятия со стороны Великобритании, Китая, Европейского Союза и США.

Продолжаются анонсы в рамках IFA 2020, к которым неожиданно присоединились Intel. Сегодня компания представила новый логотип, а заодно процессоры Intel Core 11-го поколения, на основе которых будет выпущено полторы сотни ноутбуков. Также было анонсировано 20 дизайнов, верифицированных в рамках платформы и нового бренда Intel Evo.

Intel Core 11-го поколения с графикой Intel Iris X (Tiger Lake) — лучшие процессоры для тонких и лёгких ноутбуков. Цель Intel была в создании устройств с высокой производительностью, способных решать различные реальные задачи от учёбы и игры, до работы и производства контента.

До конца года бренды Acer, ASUS, Dell, Dynabook, HP, Lenovo, LG, MSI, Razer, Samsung и другие представят десятки мобильных ПК на базе нового поколения процессоров. На самом деле уже начали представлять: ASUS и Lenovo уже прислали пресс-релизы.

Новые CPU получили x86-архитектуру Willow Cove. Чипы используют 10-нанометровую технологию SuperFin и поддерживают работу с оперативной памятью стандарта LPDDR4X-4266/DDR4-3200. Кстати, встроенная графическая карта может выводить изображение в разрешении до 8K со скоростью 60 FPS.

Следует отметить, что Intel несколько раз сравнивал свой новый процессор с интегрированной графикой Iris X с прошлогодним Intel Core 10 поколение и дискретной мобильной графикой GeForce MX350, а заодно с чипом AMD Ryzen 7 4800U с интегрированной Radeon Vega 8. Во многих современных играх в Full HD разрешении новый процессор и графический чип показывают себя лучше. Так что ждёт ответа от AMD или реальных тестов. Сам факт прямого сравнения с конкурентом как бы намекает…

Также компания представила новый бренд Intel Evo для ноутбуков, которые соответствуют ключевым показателям и второй редакции спецификаций программы инноваций Project Athena. Таких устройств планируется порядка двух десятков.

Среди ключевых спецификаций второй редакции Project Athena:

• равномерная отзывчивость при работе от аккумулятора;
• выход из режима сна менее, чем за 1 секунду;
• 9 или более часов автономной работы систем с дисплеями Full HD в реальных условиях;
• до 4 часов работы систем с дисплеями FHD после менее чем 30 минут быстрой зарядки.

Также ноутбуки с наклейкой Intel Evo должны быть оснащены модулем Wi-Fi 6, а также портами подключения Thunderbolt 4.

 

Как создаются современные процессоры? Насколько это сложный и интересный процесс и почему так важна некая Экстремальная УФ-литография? В этот раз мы копнули действительно глубоко и готовы рассказать вам об этой магии технологий. Располагайтесь поудобнее, будет интересно.

Вот вам затравочка — 30-килоВаттный лазер в вакууме стреляет по капле олова и превращает ее в плазму — скажете фантастика?

А мы разберемся как это работает и расскажем об одной компании из Европы, которая стоит тенью за всеми гигантами Apple, AMD, Intel, Qualcomm, Samsung и другими и без нее никаких новых процессоров бы и не было. И нет это, к сожалению не Чебоксарский завод электроники.

Чтобы понять процесс экстремальной ультрафиолетовой литографии — нам надо для начала понять, что вообще такое фотолитография. Сам процесс по своей сути очень похож на то как печатаются фотографии с с пленочных негативов на фотобумагу! Не верите — сейчас все объясним.

Фотолитография

Начнем с простого примера — возьмем прозрачное стекло и нанесем на него какой-то геометрический рисунок, оставив при этом какие-то участки без краски. По сути, сделаем трафарет. Приложим этот кусок стекла к фонарику и включим его. Мы получим ровно тот же рисунок в виде тени, который мы нанесли на кусок стекла.

В производстве процессоров этот кусок стекла с рисунком называется маска. Маска позволяет получить на поверхности любого материала “засвеченные и незасвеченные” участки любой плоской формы.

Хорошо — рисунок на поверхности мы получили, но это всего лишь тень. Теперь надо как-то его там сохранить. Для этого на поверхность кремниевой пластины наносится специальный светочувствительный слой, который называют Фоторезистом. Для простоты мы не будем тут говорить о позитивных и негативных фоторезистах, почему они так реагируют, все-таки мы не на уроке Физической химии. Просто скажем, что это такое вещество, которое меняет свои свойства, когда на него попадает свет на определенной частоте, то есть на определенной длине волны. 

Опять же как и на фотопленке или фотобумаге — специальные слои материалов реагируют на свет!

После того как нужные нам участки на кремнии мы засветили, именно их мы можем убрать, оставив при этом на месте остальные, то есть незасвеченные участки. В итоге мы получили тот рисунок, который и хотели. Это и есть фотолитография!

Конечно, кроме фотолитографии в производстве процессоров участвуют и другие процессы, такие как травление и осаждение, фактически комбинацией этих процессов вместе с фотолитографией транзисторы как-бы печатаются слой за слоем на кремнии.

Технология не новая, почти все процессоры начиная с 1960-х производятся при помощи фотолитографии. Именна эта технология открыла мир полевых транзисторов и путь ко всей современной микроэлектронике.

Но по-настоящему большой скачок в этой области произошел только недавно! С переходом на EUV. И всё из-за длинный волны 13.5 нм. Не переживайте, сейчас объясню!

Длина волны на которой светит наш “фонарик” — это невероятно важный параметр. Именно она и определяет насколько маленьким вы можете получить элементы на кристалле.

Правило максимально простое: Меньше длина волны — больше разрешение, и меньше техпроцесс!

Обратите внимание на картинку. Абсолютно все процессоры начиная с начала 90-х до 2019 года производились с использованием процесса Глубокой УФ-литографии, или DUV литографии. Это то, что было до Экстремальной.

Он основывался на использовании фторид-аргонового лазера, который испускает свет с длиной волны в 193 нанометра. Этот свет лежит в области глубокого ультрафиолета — отсюда и название.

Он проходит через систему линз, маску и попадает на наш кристалл покрытый фоторезистом, создавая необходимый рисунок.

 

Но у этой технологии тоже были свои ограничения, завязанные на фундаментальных законах физики.

Какой же минимальный техпроцесс возможен? Смотрим на формулу (только не пугайтесь):

Здесь Лямбда — это и есть наша длина волны, а CD — это critical dimension, то есть минимальный размер получаемой структуры. То есть с использованием “старой” DUV литографии нельзя получить структуры не меньше примерно 50 нм. Но как же это так спросите вы? Ведь производители отлично делали и 14 и 10 нм, а кто-то даже и 7 нм с использованием DUV литографии.

Они пошли на хитрости. Вместо одного засвета через одну единую маску, они стали использовать несколько масок, с разными рисунками, которые дополняют друг-друга. Это процесс получил название множественное экспонирование. Назовем это принципом слоеного пирога!

Да — производители обошли прямые физические ограничения, но физику не обманули!

Появилась серьезная проблема: эти дополнительные шаги сделали производство каждого чипа гораздо дороже, из-за них увеличивается количества брака, есть и другие проблемы.

То есть в теории можно продолжить работать со старой технологией и путем игры с масками и экспонированием (двойная, тройная, четверная экспозиция) уменьшать размеры и дальше, но это сделает процы золотыми. Ведь с каждым слоем процент брака возрастает все выше, а ошибка накапливается!

То есть можно сказать, что DUV — это тупик! Что делать дальше, как уменьшать?

И тут на помощь приходит великая и ужасная технология Экстремальной УФ-литографии, или EUV-литографии!

Посмотрите на фото — оно прекрасно демонстрирует различие двух технологий. Обе получены с использованием 7-нанометрового техпроцесса, но та что слева получена с использованием DUV-литографии и с теми самыми хитростями о которых мы говорили — тройное экспонирование, то есть с поэтапным использованием 3 разных масок. Справа же — технология EUV литографии на 13.5 нанометрах, с использованием одной единственной маски — разница очевидна — границы гораздо четче, лучший контроль геометрии, ну и сам процесс намного быстрее, меньше процент брака, то есть в конце концов дешевле. Вот она дорога в светлое будущее, почему бы сразу так не делать, в чем проблема?

Как работает EUV-литография

Все дело в том, что хоть EUV это та же литография, внутри в деталях все гораздо сложнее и тут ученые и инженеры столкнулись с новыми проблемами!

Сама технология экстремальной УФ-литографии начала разрабатываться в самом начале 2000 гдов. В ней используется источник, который излучает свет с длинной волны в 13.5 нанометров — то есть на нижней границе УФ-спектра, близко к рентгену!

В теории этим способом можно создавать структуры уже критических размеров — настолько маленьких, что еще чуть-чуть и на них перестанут действовать законы обычной физики. То есть после 5 нм мы попадаем в квантовой мир!

 

Но даже эта проблема на данный момент решена. Есть источник — возьми, да и делай себе сколь угодно маленькие процессоры.

Все совсем не так просто!

Проблема таких коротких длин волн в том, что они поглощаются почти всеми материалами, поэтому обычные линзы что были раньше уже не подходят. Что делать?

Для управления таким светом было принято решение создать специальные отражающие зеркальные линзы. И эти линзы должны быть гладкими! Очень гладкими!!! Практически идеально гладкими!

Вот вом аналогия — растянем линзу до размеров, скажем, Германии, так вот ее площадь должна быть такой гладкой, что ничего не должно выпирать больше чем на 1 миллиметр. Этот параметр называется шероховатостью линзы и у нужной нам он должен быть меньше 0.5 нанометра. Это уже близко к размерам АТОМА! Кто же смодет подковать блоху?

Конечно, Zeiss — только они на это способны! Да — та самая компаиня Zeiss, чьи линзы стоят на моем фотике, были в Nokia или во флагманах Sony Xperia.

Одна проблема решена — линзы есть!

Есть и вторая — этот свет рассеивается даже в простом воздухе. Поэтому для того чтобы процесс прошел нормально его надо проводить в вакууме!

Про частички пыли и грязи я вообще молчу — понятно что их там вообще не должно быть. Чистые комнаты на таком производстве на порядки чище, чем операционные в больницах! Люди буквально ходят в скафандрах. Любая, даже самая маленькая частичка грязи кожи воздуха может испортить и маску и зеркала!

А что же с источником? Просто поставили специальный лазер на более короткую длину волны и все? Проблема в том, что ни лампочек, ни лазеров, ни каких-либо других нормальных источников света, которые излучают на такой длине волны просто не существует в природе.

И как же тогда получают нужное излучение? Элементарно, Ватсон — нам нужна плазма.

Надо нагреть оловянный пар до температур в 100 раз больших, чем температура поверхности солнца! Всего-то! И за этим стоит почти 2 десятилетия разработок.

В установке для производства процессоров по EUV-литографии, о которой мы поговорим отдельно установлен специальный углекислотный лазер, который опять же может производиться в тандеме всего двух компаний в мире — немецкой фирмой Trumpf и американской Cymer. Этот монстр мощностью в 30 киловатт стреляет по 2 импульса с частотой 50 килогерц.

Лазер попадает в капли олова, первый выстрел фактически плющит и превращает каплю в блин, которая становится легкой мишенью для второго залпа, который ее поджигает. И происходит это 50 тысяч раз в секунду! А образовавшаяся плазма и излучает этот свет в экстремальном УФ спектре.

 

И естественно, это только самая база, но мы попробовали нарисовать вам картину того насколько это сложный и крутой процесс.

Компания, стоящая за производством всех процессоров

О технологии рассказали, значит ее кто-то придумал и реализовал,но ее разработка оказалась настолько дорогой, что даже крупные гиганты и воротилы не способны потянуть такие бюджеты!

В итоге, чтобы это стало реальностью всем пришлось скинуться — Intel в 2012 году, а TSMC и Samsung где-то в 2015 году приняли участие в общем проекте. Суммарные инвестиции составили, по разным оценкам от 14 до 21 млрд долларов! Из которых почти 10 млрд были вложены в одну единственную нидерландскую компанию ASML. Именно она и стоит за всем производством процессоров в мире по методу EUV-литографии! Вау! Что за ASML и почему мы о ней ничего не слышали? Компания из Нидерландов — что за темная лошадка?

Все дело в том, что ASML создали тот самый инструмент без которого Apple, Самсунг и Intel с AMD фактически как без рук! Речь идёт об установке стоимостью более 120 миллионов долларов. Она огромная, 180-тонная, потребляет почти 1 мегаватт электроэнергии, и ей нужно почти 1.5 тонны воды в минуту для охлаждения! Но даже при такой цене очереди на них стоят годами ведь в год этих машин производится несколько десятков штук.

Тут же стоит упомянуть немалый вклад российских умов. Например, один из создателей этой технологии — Банин Вадим Евгеньевич, сейчас директор по разработке в ASML. Также в компании работают и другие наши соотечественники!

Мы выяснили, что эта компания делает одни из самых технологичных девайсов, в котором собраны все знания человечества и на них производят процессоры все IT-гиганты сразу!

Но не только ASML стоит за спиной нам известных IT-гигантов. Их установки состоят из более чем 100 тысяч деталей, которые производятся более чем тысячей компаний по всему миру. Все эти компании связаны друг с другом!

Будущее

Но что же будет дальше! Вы что — думали, что мы оставим вас оставим в дне сегодняшнем? Нет — мы подглядели в будущее! Мы раздобыли информацию что будет после пяти или даже двух нм!

Во-первых, прямо сейчас, пока вы смотрите это видео TSMC уже штампует новые процессоры для HUAWEI, Apple и Samsung с использованием EUV-литографии, но не на 7 нм, как было с Apple A13 и Kirin 990, а на 5 нм техпроцессе! И этому есть множества потверждений! И о них мы услышим уже этой осенью. Как вам такое — A14 Bionic будет 5нм! Так же ждем новые Exynos на 5нм и процессоры Google, о которых мы рассказывали отдельно! Qualcomm наверняка тоже подтянется за ними, но тут мы не располагаем данными!

А во-вторых, и это вообще взрывает мозг, ASML уже заканчивает разработку установок, которые позволят производить процессоры на 2 нанометровом техпроцессе и даже меньше всего через 4-5 лет!

Для этого ребята из нидерландской компании совместно с немецкой Zeiss разработали новые зеркальные линзы, с высокими значениями апертуры. Это анаморфная оптика — она и многое другое позволит увеличить разрешающую способность.

Сам процесс по сути тот же EUV, но с приставкой High-NA EUV. А сами агрегаты буду занимать еще большие размеры, посмотрите вот так для них делают оптику!

Этот год тяжелый для всех, но в тоже время — посмотрите какими шагами начинают развиваться технологии, все шире и шире. Нас ждут новые процессоры с мощностями, которые нам и не снились.

Кроме этого развиваются совершенно новые типы процессоров такие как NPU — для нейровычислений.

Китайское правительство в данный момент поддерживает два проекта, занимающихся производством процессоров. На днях стало известно о том, что туда нанято более 100 инженеров и менеджеров, которые ранее работале на TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) — крупнейшего производителя микропроцессоров.

Согласно Nikkei Asia Review наём таких сотрудников поможет быстрее достичь Пекину своих целей — создания а родном рынке крупного производителия чипов. Подобное развитие поможет уменьшить зависимость от внешних поставщиков. Речь идёт о поддержке двух компаний Quanxin Integrated Circuit Manufacturing (QXIC) и Wuhan Hongxin Semiconductor Manufacturing Co (HSMC). Последний располагается в городе Ухань, печально известному по событиям конца 2019 года. Иронично…

Каждая из компания получила в своё распоряжение больше 50 бывших сотрудников TSMC. При этом обе компании возглавляют выходцы из чипмейкера. Новые проекты китайских зводов основываются на 14 нм и 12 нм. Таким образом, пока речь идёт об отставании в 2-3 поколения (прим. ред. При этом нельзя не пошутить, что Intel отчитывается о производстве новых процессоров по 10 нм техпроцессу)

Интересно, что такой бум производства чипов происходит уже некоторое время. При этом обе компании созданы недавно, но по некоторым данным в Китай из Тайваня переехало уже порядка 3000 инженеров процессоров.

Мы уже знаем, что в новом чипе Samsung будет стоять видеографика, созданная совместно с AMD. Согласно последнему отчёту Samsung и правда плотно сотрудничает с AMD, а заодно и с ARM. Цель последнего сотрудничества — ещё большая кастомизация CPU-ядер для своих процессоров. Судя по всему новый процессор, созданный совместными усилиями трёх компаний мы увидим уже в Samsung Galaxy S30. При этом планы у Samsung — далеко идущие. Компания нацелилась на то, чтобы стать топовым производителем чипов и схлестнуться здесь ни мнго ни мало с Qualcomm.

После того как HUAWEI получил очередную порцию санкций и Kirin больше не может производиться на заводах TSMC, южнокорейская компания стала единственный Android OEM-производителем с собственными кастомными чипами. Конечно, Exynos 990 не смог сравняться по мощности с Qualcomm Snapdragon 865 и тем более 865+, но у южнокорейской компании далеко идущие планы. По отчетам Business Korea улучшения в новом поколении могут быть драматическими.

Благодаря сотрудничеству с ARM Samsung планирует разработать CPU на базу Cortex-X ядра, которое было представлено в этом году и даёт прирост в мощности до 30 процентов в сравнении с Cortex-A77. Сотрудничество с AMD будет направлено в первую очередь на графическую составляющую.

В одном из недавних роликов мы рассказывали, что архитектура Adreno, используемая в чипах Qualcomm — ни что иное как мобильная версия AMD Radeon. Поэтому возвращение AMD и сотрудничество с Samsung — может быть очень успешным, поскольку последние готовят чип GPU AMD RDNA, который по некоторым данным в три раза мощнее, чем актуальный Adreno 650.

 

Компания TSMC согласно новому отчёту поделила на 8 основных заказчиком новый 5-нанометровый технологический процесс. Среди них Apple, Qualcomm, AMD, NVIDIA, MediaTek, BitMain, Intel и Altera.

У Apple довольно большой аппетит на новый 5-нм процесс. Его собираются использовать в процессорах A14 и A14X Bionic, а также в процессорах для MacBook. На данный момент известно, что заказ компании из Купертино составил от 40 до 45 тысяч чипов. Это данный за первый квартал 2020 года. Соответственно, цифры будут расти.

Также Qualcomm собирается использовать этот процесс в своих Snapdragon 875, а заодно и MediaTek хочет в четвёртом квартале стартовать производство процессоро Dimensity нового поколения.

TSMC является крупнейшим контрактным производителем чипов и полупроводников. Они одними из первых перешли на 5-нм техпроцесс, а также работают над 3-нанометровым. Интересно, что ранее стало известно, что чипы для Qualcomm по 5-нм техпроцессу должна сделать компания Samsung, но, судя по последним отчётам, заказ был потерян и Qualcomm теперь производят чипы на линиях TSMC. Таким образом, Samsung, который стремится нагнать тайваньскую корпорацию снова сел в лужу…

Японский конгломерат Softbank Group объявил о приобретении британской компании ARM за 32.2 миллиарда долларов.

Сумма на 43% превосходит стоимость акций ARM. Сделку уже признали одной из крупнейших в Европе.
(далее…)

Компания Qualcomm начала поставлять на рынок мобильных устройств первые партии флагманских процессоров Snapdragon 810. По словам директора по маркетингу Мишель Лейден-Ли, гаджеты на основе нового процессора появятся в продаже в первой половине 2015 года.

Новоиспеченный чип от Qualcomm, изготавливающийся с применением 20-нанометровых технологических норм, будет поддерживать 64-битную архитектуру. Snapdragon 810 состоит из четырех 64-битных ядер ARM Cortex-A57, а также четырех энергоэффективных ядер Cortex-A53.
(далее…)