Проблемы метрики «количество транзисторов на чипе»

Original author: David Kanter
  • Translation

В техноиндустрии количество транзисторов и плотность транзисторов часто используют для демонстрации технического достижения и некой вехи в развитии. После выхода нового процессора или системы на чипе многие производители начинают хвастать сложностью своей схемы, измеряя количество транзисторов в ней. Недавний пример: когда компания Apple выпустила iPhone 11 с A13 Bionic внутри, она похвалялась тем, что процессор содержит 8,5 млрд транзисторов. В 2006 Intel сходным образом хвасталась Montecito, первым процессором с миллиардом транзисторов.

По большей части это постоянно увеличивающееся количество транзисторов является следствием закона Мура и мотивацией к дальнейшей миниатюризации. Индустрия переходит на новые техпроцессы, и количество транзисторов на единицу площади продолжает расти. Поэтому количество транзисторов часто считается показателем здоровья закона Мура, хотя это на самом деле и не совсем корректно. Закон Мура в оригинальном виде – это наблюдение, согласно которому количество транзисторов экономически оптимального дизайна (т.е. с минимальной стоимостью одного транзистора) удваивается каждые два года. С точки зрения потребителя, закон Мура – это на самом деле обещание того, что завтрашние процессоры будут лучше и ценнее сегодняшних.

В реальности плотность транзисторов значительно колеблется в зависимости от типа чипа, и особенно от способа компоновки самого чипа. Что ещё хуже, не существует стандартного способа подсчёта транзисторов, из-за чего для одной и той же схемы эти цифры могут отличаться на 33-37%. В итоге количество транзисторов и плотность транзисторов – это лишь приблизительные метрики, и если замкнуться только на них, можно потерять из виду общую картину.

На компоновку продукта влияет его предназначение


Плотность транзисторов тесно связана с предназначением и стилем разработки продукта. Будет, по меньшей мере, некорректно сравнивать такие сильно отличающиеся друг от друга компоновки, как ASIC с фиксированным быстродействием (к примеру, Broadcom Tomahawk 4 25.6Tb/s или Cisco Silicon One 10.8Tb/s) и высокоскоростной процессор для дата-центров (к примеру, Intel Cascade Lake или Google TPU3).

От ASIC требуется поддержка определенной пропускной способности, а увеличение частоты не приносит ему пользы. К примеру, чип Cisco Silicon One предназначен для высокоскоростных сетей, использующих 400Gbps Ethernet, и от увеличения частоты на 10% он ничего не выиграет. 400Gbps – это стандарт IEEE, а следующая ступень скоростей – уже 800Gbps. В итоге большинство команд разработки ASIC оптимизируют чипы по минимуму стоимости, автоматизации инструментов разработки, уменьшению количества специальных схем и плотности транзисторов.

И наоборот, чем быстрее серверный чип, тем больше он стоит, и поэтому он всегда будет получать преимущество от увеличения частоты. К примеру, Xeon 8268 и 8260 – 24-ядерные процессоры, и отличаются в основном базовой частотой (2,9 ГГц и 2,4 ГГц), в результате чего их стоимость отличается на $1600. Поэтому команда разработки серверов будет стремиться к оптимизации по частоте. Высокоскоростные процессоры обычно используют больше специальных схем и более крупные транзисторы. В современных схемах на базе FinFET это даёт увеличение количества транзисторов с 2, 3 плавниками, и даже больше. И наоборот, низкоскоростная логика, типа параллельных GPU или ASIC чаще использует более плотную компоновку транзисторов всего с одним плавником, принося в жертву тактовую частоту для увеличения плотности. Транзисторы с низкой утечкой также обычно имеют больший размер.

Плотность и количество транзисторов определяются балансом разработки


Ещё больше влияет на количество транзисторов и плотность транзисторов реальная компоновка чипа. Каждый современный чип состоит из какой-то комбинации логики для вычислений, памяти (обычно SRAM) для хранения и I/O для передачи данных. Однако по плотности три этих компонента значительно разнятся – см. таблицу 1. У Poulson и Tukwila одна платформа, одинаковые цели, связанные с высокой скоростью работы, и высочайший уровень надёжности.


Таблица 1: количество транзисторов и плотность транзисторов основных участков поколений Poulson и Tukwila процессора Itanium

Процессоры состоят из четырёх основных участков: ядра CPU, кэш L3, системный интерфейс и I/O. Судя по раскрытой производителем информации, у Poulson на кристалле есть ещё 18 мм2 для других функций. Участок ядер CPU содержит ядра и оптимизированные по быстродействию кэши L1 и L2, и основное место там занимает высокоскоростная логика для операций свыше 1,7 ГГц для Tukwila и 2,5 ГГц для Poulson. Крупные кэши L3 (24 Мб для Tukwila и 32 Мб для Poulson) разработаны для максимальной ёмкости и используют самые плотные ячейки 6T SRAM из возможных. В системном регионе находится большой ассортимент функций – матричный переключатель для передачи данных I/O и памяти по кристаллу, QPI и контроллеры памяти, протокол когерентности с использованием справочника и кэши справочника, модули управления питанием. Системный участок обычно не такой плотный, поскольку логика там работает на фиксированной частоте, и во многих из более крупных компонентов высокоскоростные шины, пересекающие кристалл, занимают больше места, чем транзисторы. И, наконец, регион I/O содержит физические интерфейсы для внешних коммуникаций, реализованных через высокоскоростные последовательные связи (QPI links). Связи по-разному передают сигналы, и в сумме у них набирается порядка 600 контактов.

В количественном плане два этих процессора иллюстрируют критически важные тренды, которых придерживаются практически все крупные разработчики чипов. Во-первых, в различных частях чипа плотность транзисторов может отличаться в разы – более, чем в 20 раз, что во много раз больше, чем упоминаемое в законе Мура удвоение плотности, связанное с улучшением процессоров на одно поколение. Естественно, самым плотным участком является регион кэша, состоящий из сверхплотной SRAM – он и содержит большинство транзисторов. Кэш примерно в 3-5 раз плотнее, чем вычислительная логика в ядрах, что опять-таки больше, чем удвоение. Наименее плотная часть – это I/O, поскольку там содержатся деликатные аналоговые схемы типа PLL и DLL, цифровые фильтры, и крупные I/O транзисторы высокого напряжения, которые используются для отправки данных с чипа и получения им данных. Кроме того, многие участки I/O должны занимать достаточно места по краям чипа, чтобы их можно было соединить со всеми контактами, и занимаемая ими площадь определяется количеством контактов, а не плотностью схем.

Данные выше демонстрируют, что плотность транзисторов современных чипов является в основном функцией их предназначения и компоновкой самого чипа. Для экстремального примера представьте себе 32 нм схему, основанную на Poulson, но не имеющую кэша L3 – плотность транзисторов такого чипа равнялась бы примерно 2,57 млн/мм2, или менее половины реальной плотности Poulson. И в другую сторону – гипотетический вариант Poulson, содержащий только вычислительную логику и кэш, без системы I/O, имел бы плотность транзисторов порядка 9 млн/мм2.


Таблица 2: количество транзисторов и плотность транзисторов для некоторых чипов на 7 нм и 12 нм, по сообщению производителей

В таблице 2 содержатся подробности о нескольких чипах, произведённых по техпроцессам 7 нм и 12 нм от TSMC, подчёркивающие влияние компоновки чипа на плотность транзисторов. Radeon VII и RX 5700 от AMD похожи по компоновке, используют один техпроцесс, и их плотность транзисторов почти одинаковая. Плотность транзисторов у AMD Renoir и Nvidia A100 в 1,5 раза больше – возможно, поскольку это было целью разработчиков, или, возможно, благодаря более современным инструментам разработки. Ещё одно полезное сравнение — Nvidia V100 GPU и NVSwitch, 18-портовый коммутатор от NVLink. Техпроцесс у них один, однако последний в основном ориентирован на I/O, и в результате плотность транзисторов у V100 в 1,37 раза больше, чем у NVSwitch.

Наконец, SoC от двух смартфонов в 1,35 – 2,29 раз плотнее, чем остальные процессоры на 7 нм. Эта впечатляющая плотность достигнута благодаря разным целям оптимизации. SoC смартфонов делают так, чтобы они были подешевле, а их плотность была повыше. Процессоры AMD стремятся к высокой производительности. Кроме того, компании Apple и HiSilicon крупнее и богаче, они могут позволить себе большие команды разработчиков и большие траты на оптимизацию. Однако возможно также, что количество транзисторов и плотность транзисторов у мобильных SoC отличаются потому, что для них транзисторы считают по-другому. Последний столбец таблицы 2 показывает, как именно производитель подсчитывает количество транзисторов – мы подробнее обсудим это чуть позже.

Не все транзисторы созданы равными


Ещё одна проблема использования подсчёта количество транзисторов или плотность транзисторов в качестве метрики состоит в том, что эти цифры неоднозначны и могут ввести в заблуждение. Обычно мы представляем себе транзисторы в виде физической реализации логических блоков и схем. При вычислениях этим можно обозначить всё что угодно – от ядра процессора или модуля работы с плавающей запятой до инвертера. Для хранения это может быть кэш, регистровый файл, ассоциативное запоминающее устройство (content-addressable-memory, CAM) или битовая ячейка SRAM. Для аналоговых компонентов или I/O это может быть PLL, или передатчик/приёмник, расположенные вне чипа. Транзисторы, физические реализующие эти блоки, называют активными транзисторами (в отличие от схематических транзисторов). Однако в реальности не все транзисторы созданы равными, и современные процессоры производятся со множеством неактивных транзисторов. Транзисторы, формирующиеся в процессе изготовления называют макетными. Макетные транзисторы – это описанные выше активные транзисторы, но также среди них есть и фиктивные транзисторы, а также транзисторы, используемые в качестве развязывающих конденсаторов.

Фиктивные транзисторы вставляют в схему для повышения эффективности производственного процесса. К примеру, определённые шаги отжига и травления в процессе производства лучше работают на относительно однородной поверхности, и если вставить дополнительные транзисторы в пустые места, это увеличит однородность. Для многих аналоговых схем такие транзисторы нужны для достижения желаемой эффективности. Ещё пример – эффективность современных FinFET зависит от нагрузки на транзисторы, являющейся функцией транзисторов, находящихся поблизости. Для достижения нужной эффективности иногда приходится разместить несколько транзисторов поблизости, чтобы получить нужную нагрузку.

Хотя фиктивные транзисторы повсеместно применяются, их используют не так уж много. А вот развязывающие конденсаторы на основе MOSFET используются повсеместно. В целом логика современного чипа никогда не достигает 100% пространственной эффективности. При всех чудесах современных средств разработки всё равно останутся пустые места между отдельными логическими ячейками (к примеру, между вентилями NAND), между функциональными модулями (кэш L1D), и даже между целыми блоками (например, ядрами CPU). Пустое пространство возникает вследствие того, что инструменты разработки пытаются удовлетворить правилам, гарантирующим эффективное производство и частоту, использовать доступные ресурсы (например, маршрутные слои) и собрать электромеханическую головоломку из логических клеток, функциональных модулей и блоков. Пустое пространство может занять до 10-25% чипа. Для увеличения выхода годных изделий кристаллы должны быть относительно однородными, и пустое пространство не может оставаться реально пустым. Многие схемы заполняют эти места развязывающими конденсаторами, чтобы улучшить обеспечение питанием. Кроме того, в некоторых схемах развязывающие конденсаторы располагают внутри стандартных библиотек ячеек. Транзисторы в роли развязывающих конденсаторов – основной источник неактивных макетных транзисторов, однако точные данные по их количеству сложно найти.

Наши друзья из TechInsights провели технический анализ процессора на уровне схемы, в который входил и подсчёт макетных транзисторов на небольшом участке кристалла. Они поделились своими открытиями для небольшого списка SoC на 7 нм. Данные основаны на небольшом количестве избранных мест с каждого из SoC, обычно с GPU, где плотность транзисторов должна быть наибольшей. Они обнаружили, что в изученных ими местах порядка 70-80% транзисторов были активными, а оставшиеся 20-30% — развязывающими конденсаторами или фиктивными. Однако эти цифры основаны на небольшом количестве выборок, поскольку подобный анализ требует большого количества денег и времени. Чтобы подтвердить эти цифры и развить тему, мы собрали данные по нескольким современным схемам, и обнаружили, что обычно процент активных транзисторов составляет 63-66 от общего количества, а 33-37% транзисторов – развязывающие конденсаторы. Числа у TechInsights получились ниже, вероятно, потому, что они изучали наиболее плотные логические участки SoC, и не учитывали пустое пространство, где могло оказаться больше развязывающих конденсаторов.


Таблица 2: количество транзисторов и плотность транзисторов для некоторых чипов на 7 нм и 12 нм, по сообщению производителей

Из этих данных совершенно ясно следует, что между количеством активных и макетных транзисторов в чипе часто есть большая разница. К сожалению, многие компании обычно не указывают, число каких транзисторов они учитывают. Данные по процессорам от AMD и Nvidia из Таблицы 2 взяты из технических документаций. На основе неформального обсуждения этого вопроса с двумя этими производителями, мы привели число активных транзисторов в последнем столбце. Судя по всему, число транзисторов, указанное для HiSilicon Kirin 990 5G, может означать макетные транзисторы, что может объяснить несоответствие между этими схемами. Непонятно, реализован ли чип Apple A13 с использованием 8,5 млд активных или макетных транзисторов. В первом случае их достижение по плотности было бы впечатляющим.

Кажется неразумным учитывать эти фиктивные транзисторы и развязывающие конденсаторы наравне с активными транзисторами. Активные транзисторы реализуют функции и особенности, ценимые пользователями – будь то ядра CPU, выборочное отключение питания для улучшения энергопотребления в режиме простоя, ускорители нейросетей или кэш. Однако фиктивные транзисторы и развязывающие конденсаторы – это просто лишние компоненты, не добавляющие прямой ценности, а в некоторых случаях даже проигрывающие более сложным технологиям. К примеру, траншейные конденсаторы от IBM гораздо эффективнее развязывающих конденсаторов, и позволяют создавать плотные чипы eDRAM, уменьшая стоимость системы. Intel FIVR увеличивает эффективность платформы и полагается на MIM-конденсаторы, практически устраняя необходимость в развязывающих конденсаторах, а также, вероятно, уменьшает количество развязывающих конденсаторов, необходимых на кристалле. В обоих случаях уменьшение количества развязывающих конденсаторов приносит пользу. Суть закона Мура состоит в том, чтобы создавать ценность для потребителей, продуктивно используя дополнительные активные транзисторы, а фиктивные транзисторы и развязывающие конденсаторы этой ценности не добавляют.

Дело не в том, сколько там транзисторов, а в том, как вы их используете


Подводя итоги, Становится видно, что количество транзисторов и плотность транзисторов – метрики весьма проблемные. На них сильно влияет общая компоновка чипа и объёмы критически важных блоков – вычислительной логики, SRAM, I/O. SRAM наиболее плотная из всех трёх, поэтому небольшое изменение размера кэша сильно изменит количество транзисторов, при этом практически не повлияв на быстродействие и ценность. Более того, не все макетные транзисторы созданы равными. Активные транзисторы – это фундаментальные строительные блоки таких ценных компонентов, как CPU и GPU. С другой стороны, фиктивные транзисторы и развязывающие конденсаторы больше похожи на лишний груз. Надеюсь, что большинство компаний не будут объединять активные и макетные транзисторы, но важно отличать два этих типа при сравнении схем.

Несмотря на все проблемы с количеством транзисторов, эта метрика потенциально полезна в очень редких случаях. Почти всегда процессор с 100 млрд транзисторов будет сложнее и ценнее процессора с 100 млн транзисторов. Вероятно, анализ всё ещё остаётся верным для двукратной разницы в количестве транзисторов – особенно для чипов, обрабатывающих задачи параллельно, типа GPU, или для двух очень похожих процессоров (к примеру, двух SoC для смартфонов или двух серверных процессоров). Но сложно поверить, что небольшое различие в количестве транзисторов обязательно приведёт к наличию разницы в ценности. На самом деле отличным примером могут служить Radeon VII и RX 5700 от AMD. У Radeon VII на 28% больше транзисторов, однако быстродействие у него почти такое же, в частности из-за того, что в линейке RX 5700 используется более современная архитектура. Кроме того, RX 5700 оказывается гораздо дешевле, поскольку использует GDDR6 вместо HBM2. Реальная ценность для потребителей заключается не в количестве транзисторов, а в том, как они используются. Небольшие различия в количестве транзисторов не имеют значения по сравнению с хорошей архитектурой, выбором функций и другими факторами.

Многие из этих критических утверждений верны и для плотности транзисторов, и для техпроцессов. Если небольшое увеличение в количестве транзисторов не обязательно влияет на пользовательскую ценность, то вряд ли на это повлияет соответствующее небольшое увеличение в плотности. С другой стороны, такие факторы, как эффективность транзисторов, динамическое питание, энергопотребление в простое, инструменты разработки, доступность подложек и передовые свойства могут придать большую ценность. Плотность – всего лишь один из множества аспектов процесса, и если зацикливаться на нём, то можно за деревьями не заметить леса.

См. также:

Ads
AdBlock has stolen the banner, but banners are not teeth — they will be back

More

Comments 37

    –1

    Очень интересная статья!

      –1
      Очень интересный комментарий!
        –1

        Очень интересны ответ на интересный комментарий

      0
      вне зависимости от того как используется транзистор, элемент в логической ячейке или в виде емкости, он выполняет свою электрическую функцию. по логике авторов других выжных радио элементов нет кроме транзисторов? уберите емкость по питанию у цифровой микросхемы и она перестанет работать, очень часто вам нужна именно локальная емкость и транзистор единственный элемент который вам доступен(большинство процессоров делаются в логических процессах без спец емкостей типа MIM, которые требуют доп масок и которые сложно использовать в цифровом маршруте, филеры с емкостями на транзисторах все что доступно по факту). в аналоге емкость используется чаще всего в фильтрующих целях, удалите их тоже? ну честно, зачем кому-то делать мискросхему с миллиардами транзисторов в виде емкостей? если бы они были не нужны, то их бы давно выкинули. поэтому стоит считать все транзисторы. количество транзисторов на данный момент это самый простой и доступный для обывателя критерий сложности микросхемы, пусть и не точный на 100%.
        0
        вне зависимости от того как используется транзистор, элемент в логической ячейке или в виде емкости, он выполняет свою электрическую функцию
        Dummy элементы, используемые для улучшения согласования размеров при литографии, не имеют никакой электрчиеской функции. Запасные логические ячейки, оставляемые на чипе для упрощения будущей коррекции дизайна, при отсутствии необходимости в такой коррекции не имеют никакой электрической фнукции. Более того, заливка пустых областей для выравнивания плотностей по кристаллу часто делается вобще не транзисторами, а, скажем, просто массивами кусков металла.
          0
          dummy элементы влияют на электрические параметры также — layout dependent effects (LDE), у двух одинаковых транзисторов будут разные пороги в зависимости от окружающих структур + дамми меняют паразитные емкости. дамми элемент часто делают спец слоями и система не считает их транзисторами. согласен что про запасные логические ячейки(spare elements) если все ок, то они занимают какой-то процент от площади. но многие производители их не используют, экономичнее сделать несколько запусков. все заливки не учитываются в подсчете транзисторов)). и как написали ниже, закон Мура про количество транзисторов а не про то как их используют).
        0

        Количество транзисторов на чипе — это мера степени интеграции, не более и не менее.
        Статья ни о чем так что.


        Более того, если говорить непосредственно о дизайне чипа, то одну и ту-же логику часто можно реализовать как меньшим так и большим количеством транзисторов, уменьшить количество транзисторов можно увеличив степень повтороного использования различных блоков, тем самым уменьшая простой отдельных транзисторов. Но… но производительность при такой "оптимизации" просядет, т.к. чипу прийдется делать больше работы на 1 такт, чем в случае когда много транзисторов большую часть времени простаивают.


        P.S. Причем ничего не надо делать ручками — современные средства синтеза позволяют задать опции, что конкретно вы хотите, скорость или меньше транзисторов, и сами будут оптимизировать производимый netlist из исходного кода на VHDL / SystemVerilog.

          +1
          По-хорошему, статья о том, как маркетинговые уловки с нанометровым техпроцессом перестали работать, ведь скоро по закону Мура нанометры должны стать нолевыми, а затем отрицательными (здесь шутка с отсылкой к нефтяным фьючерсам). Им на смену пришли уловки про плотность размещения транзисторов, ведь должно же что-то меняться в техпроцессе, нужно же чем-то мериться? Видимо, эта величина наиболее адекватная из арсенала понятных физических характеристик, «попугаи» из тестов куда размытее.
            0

            К слову сказать, закон Мура был как раз про количество компонентов на чипе, а не про производительность, размеры компонентов в нанометрах или что-то еще. Так что можно сказать, упоминая количества транзисторов мы возвращаемся к оригинальной формулировке закона Мура сделанной в 1965-ом году.

              0
              Штука в том, что количество транзисторов как метрика репрезентативно только для очень узкого класса схем — даже не процессоров как таковых, а их кэш-памяти.
                0

                Количество транзисторов это метрика исключительно количества транзисторов (так же известная как степень интеграции). И как эта метрика она очень репрезентативна.

                0
                Мы, наверное, просто привыкли, к тому, что размер компонентов и размер техпроцесса шли рука об руку, потом в какой-то момент разошлись и удобные нанометры стали неудобными. Как вы заметили плотность тоже не совсем однозначная величина. Потребителю куда важнее что-то осязаемое, привычное, например, тепловыделение, частота, количество ядер, а на реальную войну за затворы потребителю наплевать, если он не видит, как его «мышка стала быстрее бегать по экрану». Частота давно не растет, дополнительные ядра стали дорогими, а на тепловыделение не особо обращают внимание, оно как-то само собой уменьшается. Чем завлекать покупателя, как ни плотностью, когда на кристалл влазит больше, за чуть большие деньги? Вчера услышал такое: «Этот смартфон брать не спешите, ведь на нем устаревший процессор прошлого года». Такие дела в массовом сегменте, маркетинг маркетингом погоняет.
                  0

                  … а на тепловыделение не особо обращают внимание, оно как-то само собой уменьшается…
                  Вы не правы, для смартфона или ноутбука эта характеристика номер один.
                  Толщина подложки и плотность упаковки находятся в прямой зависимости. Для обывателя, такого как я, это самая важная характеристика при выборе, при прочих равных условиях.
                  Процесс перехода на все более плотную упаковку приводящий к снижению энергопотребления оправдан, значим и нужен потребителю. Нас много лет убеждали, что стоимость прямо пропорциональна площади кристалла, т.к. самым дорогим компонентом является пластина чистого кремния. Отсюда и количество ядер на единицу площади. Закон Мура должен работать, несмотря на постоянные проскальзывания.

                    0
                    Я не дока в этих делах, но мне кажется не в пластине дело, а в литографии, то есть способе эти пластины изготавливать, где сложности начинаются как раз из-за плотности компоновки и предельно малых размеров. Закон Мура это на самом деле не закон, он никому ничего не обязан )

                    Потребитель должен хотеть купить новое изделие, вот и вся оптимизация. Если бы оптимизировали попутно код, нужды в этих всех красотах зачастую и не было бы. Мое скромное мнение, пока идет рост (каких-то характеристик) особо рассчитывать на оптимизацию не придется, будут новые рекорды каждый год, плоды которых мы пожнем лишь потом, потом научимся с этим работать эффективно.
                      0

                      Пластины изготавливают путем распила монокристалла механическим путем на множество пластин. Стоимость монокристалла беспредельно высока, выращивают его по засекреченной технологии, чистота на атомарном уровне просто сумасшедшая, один атом постороннего элемента приведет к отбраковке чипа, если не предусмотренные дублирующие блоки этого элемента. С литографией все значительно проще, только потому, что он обратим, если обнаружен какой либо брак маски, ее можно смыть и нанести повторно.
                      Вот эти самые дорогие пластины и нарезают, с каждым годом все тоньше, плотность транзисторов увеличивается, количество изготовленных чипов с одного монокристалла сильно увеличивается, а это значит, что стоимость единицы падает, не считая конечно процент брака, т.к. абсолютно чистый кремний получить невозможно.

                        0
                        Стоимость монокристалла беспредельно высока, выращивают его по засекреченной технологии, чистота на атомарном уровне просто сумасшедшая, один атом постороннего элемента приведет к отбраковке чипа
                        Ой, не надо только рассказывать сказки.
                        Во-первых, стоимость обработки пластины на один-два порядка выше стоимости самой пластины.
                        Во-вторых, про один посторонний атом это просто неправда. Их там может быть огромное количество без каких-либо последствий для работы схемы. Одиночные атомы только для фотоприемников и гетероструктур могут иметь какое-то значение. Проблемы с дефектами на фотошаблонах гораздо критичнее для выхода годных.
            0
            на мою думку, количество транзисторов такае жэ замануха как когдато погоня за частотой процессора. как показала практика, бездумное увеличение частоты не приводило к существенному росту реальной производительности.
              0
              Не понял почему нельзя посчитать количество транзисторов точно?) Шо за бред:) У разрабов нет принципиальной схемы процессора? Или мы уже дошли до того, что человека в процессе разработки нет и процессоры нового поколения сами как яблоки на дереве вырастают)?
                0
                Попробуйте посчитать точно например количество людей на Земле. Или хотя бы в России.
                И да, принципиальной схемы процессора на уровне транзисторов у разработчиков может и не быть, они обычно нв других уровнях абстракции работают.
                  0
                  на этапе LVS(Layout Versus Schematic) видно точное кол-во транзисторов. эту операцию делают все перед запуском на изготовление. конечно могут быть blackbox-сы на отдельные IP блоки, но по факту фаб пришлет вам отчеты DRC/LVS и там можно будет все это посмотреть.
                    0
                    По факту обычно отчеты по DRC и LVS посылаю я фабу, а не фаб мне) Ну и, собственно, вот вам часть сыр-бора, как учитывать или не учитывать дамми, которые, конечно же, видны в LVS и на DRC.
                      0
                      фаб проводит такие-же проверки и результаты их можно запросить(делали для GF и TSMC). дамми учитываются или нет зависит от кита и тула для проверки. я писал что по поему мнению нужно учитывать все затворы.
                  0

                  Так статья об этом и говорит — Что считаем собственно? Общее количество полупроводниковых элементов? Или только тех, что выполняют функционал именно транзистора, который принимает участие а процессе выполнения операций? А модули, управляющие питанием блоков считать или нет?. Собственно кэш тоже не выполняет никаких логических операций, его, с моей точки зрения, тоже не нужно считать. Раньше его в отдельных чипах держали.

                    0

                    Считать надо все, что является FinFET-ом, не зависимо от исполняемой функции. Вот и вся логика.

                  0
                  Я плохо разбираюсь в микроэлектронике поэтому такой вопрос Если размер процессора 7 нанометров то какой ширины дорожка подводящая к нему питание?
                    0

                    7нм — это размер некоторых компонентов на чипе, если на пальцах — ширина отдельного транзистора, коих бывает свыше миллиарда в одном чипе.


                    Но далеко не все транзисторы в чипе такие мелкие, — все линии "интерфейс" с внешним миром обвязан куда более крупными и менее привередливыми транзисторами.


                    А дорожка проводящая питание у процессора далеко не одна — их бывают и десятки, и сотни, в зависимости от размера кристалла и его энергетических аппетитов. Каждая из отдельных дорожкек вполне себе обычной толщины, но вместе они позволяют прокачивать те дикие десятки (а то и сотни) ампер, что процессоры потребляют в пике

                      0
                      7нм — это размер некоторых компонентов на чипе, если на пальцах — ширина отдельного транзистора, коих бывает свыше миллиарда в одном чипе.
                      Размер 7 нм — это чисто маркетинговая цифра, не имеющая отношения ни к каким реально имеющимся на чипе размерам элементов. Вот тут можно об этом почитать подробнее.
                        0

                        Я просто не стал вдаваться в подробности по этому конкретному вопросу, по этому и сказано "на пальцах".
                        Корреляция между размером канала и размером транзистора есть так или иначе.


                        P.S. Что важнее всего, все эти нанометры более менее коррелируют со скоростью переключения (хотя тут последние годы да, плато) и энерго-потреблением. Так что такая маркетинговая метрика в принципе имеет право на жизнь.

                          0
                          Корреляция между размером канала и размером транзистора есть так или иначе.
                          Да, но корреляция между цифрой проектных норм и размером канала перестала быть нормальной еще в районе 45 нм.
                      0
                      ширину метала в микроэлектронике оценивают по максимально допустимой плотности тока(еще по споротивлению и емкости линии, но в данном случае это не важно). «Усредненное значение» 1mA/um для постоянного тока в первых металах и 5mA/um для последних(питание разводится последними/верхними слоями), эта величина зависит от проводника(алюминий, медь), толщины слоя и температуры но для оценки пойдет. итого через 150um(приблизительный размер выводного пада) вы можете пропустить 750mA.
                      если потребление чипа 50w и напряжение питания 3.3B, то нужно подвести ~15A(питание) и вывести ~15A(земля). и того нам нужно 15A/0.750A=20 выводных падов на питание и 20 на землю. общая ширина металла в чипе для шин питания и земли 20*2*150um=6000um.
                      это конечно приблизительно, для точных цифр нужно лезть в документацию на процесс)
                      0
                      Для полноты не хватает информации о всех типах транзисторов(конструкция, частота, ...) и таблицы о их эфективности, ну что бы можно было примерно подсчитать тепловыделение, энергопотребление и т.д., ну что бы не гадать на костях, а логически прикинуть — на сколько все «марктингировано» :)
                        0
                        А что такое «таблица эффектности транзисторов»?
                          0
                          А что, из нее можно сделать неплохой маркетинговый прием!
                        0
                        а также транзисторы, используемые в качестве развязывающих конденсаторов.

                        Наверное это вообще диоды. Есть емкость у p-n-перехода, она зависит от приложенного напряжения.
                          0
                          В 1965 году (через шесть лет после изобретения интегральной схемы) один из основателей Intel Гордон Мур в процессе подготовки выступления нашел закономерность: появление новых моделей микросхем наблюдалось спустя примерно год после предшественников, при этом количество транзисторов в них возрастало каждый раз приблизительно вдвое.
                          https://ru.wikipedia.org/wiki/Закон_Мура.
                          Обратим внимание на год, это-эпоха «мелкой рассыпухи», медленного (по нынешним меркам) прогресса от мелкой логики к средним ИС (регистры, счётчики, мелкие ЗУ, и т.д.). Тогда технологическая сложность и функциональная насыщенность ИС практически совпадали. Сейчас это не совсем так, чтобы не сказать совсем не так, и закон Мура отражает скорее первое, чем второе. Поэтому автор, по-моему, прав; неслучайно, в отличие от производителей процессоров, которые возвели в фетиш проектные нормы и число транзисторов на чипе, фабриканты ПЛИС в основу характеристик продукта закладывают не эти параметры, а число программируемых элементов и специализированных ячеек на кристалле, т.е. функциональность в чистом представлении.
                            0
                            И именно поэтому производители ПЛИС осваивают каждые новые проектные нормы даже быстрее, чем производители процессоров)
                              0
                              Ну так в столь регулярной структуре, как ПЛИС, это проще осуществимо, однако важно, что при представлении продукта упор делается не на количество транзисторов и / или максимальную частоту их работы, а на заложенный производителем функционал

                          Only users with full accounts can post comments. Log in, please.