¿Los procesadores están diseñados con diferentes tecnologías?

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¿Pueden / están diseñados los procesadores utilizando diferentes tecnologías? Lo que quiero decir aquí es: en, por ejemplo, los procesadores de 28nm de Intel, todas las puertas de ese procesador están construidas con tecnología de 28nm o son solo las partes más críticas de ese procesador construido en 28nm, y las otras partes mucho menos críticas están siendo diseñadas en otras tecnologías mucho menos costosas como 65 nm o más, por ejemplo?

En caso afirmativo [los procesadores son una mezcla de tecnologías], ¿cómo se puede hacer esto en la práctica (es decir, diferentes tecnologías en un mismo dado)? ¿Y por qué se hace esto?

Tengo curiosidad por todo esto, por lo que cualquier información adicional relacionada con estas preguntas también es más que bienvenida

usuario123
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¿En qué "partes menos críticas" estás pensando? Todos son críticos: se necesita una operación correcta para cualquiera de los mil millones de transistores. Si uno falla, la CPU tarde o temprano cometerá errores.
Federico Russo
@FedericoRusso: el tiempo es una cosa que podría ser crítica solo para partes de un diseño.
Trygve Laugstøl

Respuestas:

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"Tecnología" no es realmente el término correcto para lo que estás preguntando. La tecnología del chip está determinada por los pasos de procesamiento específicos necesarios para hacerlo, y entre otras cosas, esto determina los tamaños mínimos de las características para varios elementos en el chip. El número comúnmente asociado con una tecnología en particular (por ejemplo, 28 nm) se refiere específicamente a la longitud mínima de la puerta, que está determinada por el ancho de las líneas que se pueden dibujar en la máscara que forma las puertas del transistor.

Para estar seguros, no todos los transistores en un chip dado requieren la longitud mínima de la puerta, y muchos requieren más que el ancho mínimo de la puerta (para una mayor capacidad de manejo de corriente), por lo que sí, verá transistores de muchos tamaños diferentes en un chip .

Dave Tweed
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Gracias por tu respuesta. ¿Tiene alguna idea de la proporción de transistores que se ajustan al tamaño mínimo de puerta? (Incluso una aproximación aproximada sería genial) ¿Se hace esto también por razones de costo? ¿Y a dónde van los transistores más pequeños? (En la memoria caché, unidad de control, o ...) Muchas gracias.
user123
En un proceso lógico, casi todos los transistores tienen un tamaño de característica mínimo en la longitud de la puerta. Los transistores están diseñados para rendir mejor en esa longitud. Los transistores que pueden manejar un voltaje más alto generalmente se colocan más cerca de las almohadillas, pero generalmente no es necesario tenerlos en otro lugar a menos que haya un bloque analógico en el chip.
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Todo el procesador está construido con la misma tecnología. Esto está determinado por la (s) máscara (s) y la óptica para proyectarlos en cada dado en una oblea (un proceso llamado "escalonamiento"). Los tamaños de características más pequeños permiten empaquetar más componentes en un dado, menor consumo de energía y mayor velocidad. No sirve de nada gastar una pequeña fortuna ( cuestan una pequeña fortuna) en una máscara y luego no usar sus posibilidades.

Para ser claros: sí, se utilizarán los mismos 28 nm para un paso para la superficie completa del troquel, pero no , no todos los componentes serán del mismo tamaño. Es solo que la máscara de 28 nm no se cambiará por una máscara de 65 nm para parte del dado.

editar De
hecho, hay áreas más grandes en un dado que no requieren el tamaño pequeño de 28 nm. Lo típico son las almohadillas de bolas de soldadura para un chip flip:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Observe la escala: estas almohadillas son 1000 veces más grandes que las mejores estructuras en el dado. Aquí se puede usar una máscara menos fina, pero de nuevo, si el paso del proceso también requiere los 28 nm, se usará la misma máscara para ambos. No es porque las almohadillas sean gigantescas que no tienen que colocarse con precisión, y eso es menos propenso a errores si no tiene que cambiar las máscaras.

stevenvh
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¿Menor consumo de energía? ¿Has visto el tamaño de mi disipador de calor?
Rocketmagnet
@Rocket - :-), y sin embargo ... Menor capacitancia de compuerta menor, ya que se bombea menos energía de Vdd a tierra en cada transición 0-1-0. No me atrevo a pensar en un procesador de mil millones de transistores a 3 GHz en tecnología de 1 um: - /. (Y no solo para el paquete de 1 metro cuadrado, aunque ayudaría a enfriar :-)).
stevenvh
"Es solo que la máscara de 28 nm no se cambiará por una máscara de 65 nm" es incorrecta. Las características finas (poli, Gate, Contact) usan el tamaño de característica más fino, pero las capas posteriores usan una litografía progresivamente más gruesa. Es una cosa de costo. Los escáneres / steppers a menor resolución son de menor costo y las máscaras son menos costosas.
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@ Tony: quise decir que no se utilizarán dos máscaras tecnológicas diferentes para el mismo paso de producción. Si su IC necesita, digamos 25 pasos sucesivos, no usarán 40 máscaras para ello. (Por cierto, ¿qué haces aquí?)
stevenvh
@stevenvh: ¿el tamaño pequeño de la puerta también significa más fugas? Pensé que eso era lo que contribuía a gran parte del consumo de energía de una CPU moderna.
Rocketmagnet
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En cualquier proceso moderno dado, es muy común tener múltiples grosores GOX (Gate Oxide). Esto no se usa por razones de costo, sino para interactuar con el mundo exterior. El núcleo funcionará con el voltaje más bajo y en un GOX más delgado, pero será mucho más rápido. Los transistores de óxido de puerta más gruesos están conectados a los pines del paquete, son más lentos pero funcionan a voltajes más altos.

A medida que escala el grosor GOX, el tamaño físico del transistor también debe aumentar.

Agregar pasos adicionales para acomodar este flujo GOX dual en realidad aumenta el costo del proceso. Pero no podrá funcionar de otra manera.

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¿Pero esto cambia el tamaño de la función?
Federico Russo
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Por lo general, las máscaras de puerta siempre se toman con la misma fotolitografía, por lo que técnicamente tiene el mismo tamaño de características, porque el tamaño de la característica está determinado por la longitud de onda, las técnicas de máscara y las técnicas de fotorresistencia. Sin embargo, utilizamos los mismos sistemas de litografía para garantizar que la precisión de la superposición sea la misma. Pero creo que querías preguntar si el transistor es más grande. Sí, tienen que ser -> eso es lo que se entiende por "tamaño físico" arriba.
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La razón para usar diferentes tecnologías es para reducir la potencia estática (básicamente corriente de fuga en el transistor). En el proceso de 90 nm, la potencia estática comienza a compararse y finalmente eclipsa la potencia dinámica. Y cómo se puede implementar, el proceso de fabricación de silicio implica máscaras y grabado si puede hacer un proceso de 28 nm, supongo que un proceso de 65 nm se podría hacer usando 28 nm, sería un gran transistor en las máscaras.

Kvegaoro
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"y eventualmente eclipsar el poder dinámico". Pero un tamaño de función más pequeño permite velocidades de reloj más altas, por lo que también aumenta la potencia dinámica.
Federico Russo
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chipdesignmag.com/display.php?articleId=261 De sus gráficos muestra que la potencia dinámica aumenta pero no tanto como la potencia estática en esas tecnologías de tamaño pequeño
Kvegaoro
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El nodo tecnológico se puede relacionar con el tamaño de la función (imite la longitud del canal del transistor MOS b / w el drenaje y la fuente). si IC es de 28 nm, significa que el canal de longitud mínima es de 28, no todas las longitudes de canal son iguales, pero al mismo tiempo no significa que llegue a 65 nm.

kakumar9
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Esto no parece responder a la pregunta. Puede ser útil si revisa la pregunta original y las respuestas existentes para ver qué información nueva se puede agregar.
David