Nanometer: apa itu dan bagaimana pengaruhnya terhadap cpu kita

Pernahkah Anda mendengar tentang nanometer prosesor ? Nah, dalam artikel ini kami akan memberi tahu Anda semua tentang ukuran ini. Dan yang paling penting, apa pengaruh nanometer terhadap chip elektronik dan elemen berbeda yang kita rujuk dengan pengukuran ini.

Apa itu nanometer?

Mari kita mulai tepat dengan mendefinisikan apa itu nanometer, karena fakta sederhana ini akan memberikan banyak permainan tidak hanya untuk komputasi, tetapi juga dalam biologi dan ilmu-ilmu lain yang penting studi.

Nanometer (nm) adalah ukuran panjang yang merupakan bagian dari Sistem Internasional (SI). Jika kita menganggap bahwa meter adalah satuan standar atau dasar dalam skala, nanometer adalah sepersejuta meter atau apa yang akan sama:

Dalam hal yang dapat dipahami oleh manusia normal, sesuatu yang mengukur nanometer, kita hanya dapat melihatnya melalui mikroskop elektron berdaya tinggi. Sebagai contoh, rambut manusia dapat memiliki diameter sekitar 80.000 nanometer, jadi bayangkan betapa kecilnya komponen elektronik yang hanya 14 nm.

Ukuran ini selalu ada, jelas, tetapi bagi komunitas perangkat keras, ia memiliki relevansi khusus dalam beberapa tahun terakhir. Karena persaingan yang kuat dari pabrikan untuk membuat sirkuit terintegrasi berdasarkan semikonduktor atau transistor yang semakin kecil.

Transistor

Transistor dan skema elektronik

Anda mungkin pernah mendengar pembicaraan aktif dan pasif tentang transistor prosesor. Kita dapat mengatakan bahwa transistor adalah elemen terkecil yang dapat ditemukan dalam rangkaian elektronik, tentu saja, menghindari elektron dan energi listrik.

Transistor adalah elemen yang terbuat dari bahan semikonduktor seperti Silikon atau Germanium. Ini adalah elemen yang dapat berperilaku sebagai konduktor listrik atau sebagai insulatornya, tergantung pada kondisi fisik yang menjadi sasarannya. Misalnya, medan magnet, suhu, radiasi, dll. Dan tentu saja dengan tegangan tertentu, menjadi kasus dari transistor CPU.

Transistor hadir di semua sirkuit terintegrasi yang ada saat ini. Pentingnya yang sangat besar terletak pada apa yang dapat dilakukannya: menghasilkan sinyal output sebagai respons terhadap sinyal input, yaitu, mengizinkan atau tidak lewatnya arus sebelum stimulus, sehingga menciptakan kode biner (1 arus, 0 tidak terkini).

Gerbang logika dan sirkuit terintegrasi

Port NAND

Melalui proses litografi, dimungkinkan untuk membuat sirkuit dengan struktur tertentu yang terdiri dari beberapa transistor untuk membentuk gerbang logika. Gerbang logika adalah unit berikutnya di belakang transistor, perangkat elektronik yang mampu melakukan fungsi logis atau boolean tertentu. Dengan beberapa transistor yang terhubung dengan satu atau lain cara, kita dapat menambah, mengurangi, dan membuat SI, AND, NAND, OR, NOT, dll gerbang. Ini adalah bagaimana logika diberikan kepada komponen elektronik.

Inilah cara sirkuit terpadu dibuat, dengan suksesi transistor, resistor, dan kapasitor yang mampu membentuk apa yang sekarang disebut chip elektronik.

Litografi atau fotolitografi

Wafer silikon

Litografi adalah cara untuk membangun kepingan elektronik yang sangat kecil ini, khususnya yang telah diturunkan atas nama photolithography dan kemudian nanolithography, karena teknik ini pada awalnya digunakan untuk mengukir konten pada batu atau logam.

Apa yang saat ini sedang dilakukan adalah menggunakan teknik serupa untuk membuat semikonduktor dan sirkuit terintegrasi. Untuk melakukan ini, wafer silikon setebal nanometer digunakan yang, melalui proses yang didasarkan pada paparan cahaya komponen tertentu dan penggunaan senyawa kimia lainnya, mampu menciptakan sirkuit ukuran mikroskopis. Pada gilirannya, wafer ini ditumpuk sampai mereka mendapatkan keping chip 3D yang kompleks.

Berapa banyak nanometer yang dimiliki transistor saat ini?

Prosesor berbasis semikonduktor pertama kali muncul pada tahun 1971 oleh Intel dengan 4004 yang inovatif. Pabrikan berhasil membuat transistor 10.000 nm, atau 10 mikrometer, sehingga memiliki hingga 2.300 transistor pada sebuah chip.

Maka dimulailah perlombaan untuk supremasi dalam teknologi mikro, yang saat ini terkenal dengan teknologi nano. Pada tahun 2019, kami memiliki chip elektronik dengan proses manufaktur 14nm yang datang dengan arsitektur Intel Broadwel, 7nm, dengan arsitektur AMD Zen 2, dan bahkan pengujian 5nm sedang dilakukan oleh IBM dan produsen lain. Bagi kita untuk menempatkan diri kita dalam suatu situasi, sebuah transistor 5nm hanya akan 50 kali lebih besar dari awan elektron suatu atom. Beberapa tahun yang lalu, sudah dimungkinkan untuk membuat transistor 1 nm, meskipun ini adalah proses yang murni eksperimental.

Apakah Anda pikir semua produsen membuat chip sendiri? Ya, kebenarannya adalah tidak, dan di dunia, kita dapat menemukan empat kekuatan besar yang didedikasikan untuk pembuatan chip elektronik.

• TSMC: Perusahaan teknologi mikro ini adalah salah satu perakit chip terkemuka di dunia. Bahkan, itu membuat prosesor dari merek seperti AMD (bagian inti), Apple, Qualcomm, Nvidia, Huawei atau Texas Instrument. Ini adalah produsen utama dalam transistor 7nm. Global Foundries - Itu satu lagi produsen wafer silikon dengan pelanggan terbanyak, termasuk AMD, Qualcomm, dan lainnya. Tetapi dalam hal ini dengan 12 dan 14 nm transistor antara lain. Intel: Raksasa biru memiliki pabrik prosesor sendiri, sehingga tidak bergantung pada produsen lain untuk membuat produknya. Mungkin inilah mengapa arsitektur 10nm membutuhkan waktu begitu lama untuk dikembangkan terhadap pesaing 7nmnya. Tetapi yakinlah bahwa CPU ini akan brutal. Samsung: Perusahaan Korea juga memiliki pabrik silikon sendiri, jadi kami memiliki persyaratan yang sama dengan Intel. Membuat prosesor sendiri untuk ponsel cerdas dan perangkat lain.

Hukum Moore dan batas fisiknya

Transistor graphene

Hukum Moore yang terkenal memberi tahu kita bahwa setiap dua tahun jumlah elektron dalam mikroprosesor berlipat ganda, dan kebenarannya adalah bahwa ini benar sejak awal semikonduktor. Saat ini, chis dijual dengan transistor 7nm, khususnya AMD memiliki prosesor dalam litografi ini untuk desktop, AMD Ryzen 3000 dengan arsitektur Zen 2. Demikian pula, produsen seperti Qualcomm, Samsung atau Apple, juga memiliki Prosesor 7nm untuk perangkat seluler.

Nanometer 5 nm ditetapkan sebagai batas fisik untuk membuat transistor berbasis silikon. Kita harus tahu bahwa unsur-unsur terdiri dari atom, dan ini memiliki ukuran tertentu. Transistor eksperimental terkecil di dunia berukuran 1 nm, dan terbuat dari graphene, bahan yang didasarkan pada atom karbon yang jauh lebih kecil daripada silikon.

Intel Tick-Tock Model

Intel Tick Tock Model

Ini adalah model yang telah diadopsi pabrikan Intel sejak 2007 untuk membuat dan mengembangkan arsitektur prosesornya. Model ini dibagi menjadi dua langkah yang didasarkan pada pengurangan proses pembuatan, dan kemudian mengoptimalkan arsitektur.

Langkah Tick terjadi ketika proses pembuatan menurun, misalnya dari 22nm ke 14nm. Sementara langkah Tock apa yang dilakukannya adalah mempertahankan proses pembuatan yang sama dan mengoptimalkannya di iterasi berikutnya bukannya mengurangi nanometer lebih lanjut. Sebagai contoh, arsitektur Sandy Bridge 2011 adalah Tock (peningkatan dari 32nm Nehalem), sedangkan Ivy Bridge adalah Tick pada 2012 (turun menjadi 22nm).

A priori, rencana ini yang ia maksudkan adalah membuat Tick setahun dan ia melanjutkan Tock, tetapi kita sudah tahu bahwa raksasa biru telah meninggalkan strategi ini dari 2013 dengan kelanjutan 22 nm di Haswell dan pindah ke 14 nm di 2014 Sejak itu, seluruh langkah telah Tock, yaitu, 14 nm terus dioptimalkan hingga mencapai generasi ke-9 Intel Core pada tahun 2019. Diharapkan bahwa tahun yang sama atau awal 2020 ini akan ada langkah Tick baru dengan kedatangan 10 nm.

Langkah selanjutnya: komputer kuantum?

Mungkin jawaban atas keterbatasan arsitektur berbasis semikonduktor terletak pada komputasi kuantum. Paradigma ini sepenuhnya mengubah filosofi komputasi dari awal komputer, selalu didasarkan pada mesin Turing.

Komputer kuantum tidak akan didasarkan pada transistor, atau pada bit. Mereka akan menjadi molekul dan partikel dan Qbits (bit kuantum). Teknologi ini mencoba mengendalikan keadaan dan hubungan molekul-molekul dalam materi dengan elektron untuk mendapatkan operasi yang mirip dengan transistor. Tentu saja, 1 Qbit tidak sama dengan 1 bit sama sekali, karena molekul-molekul ini dapat menciptakan bukan dua, tetapi tiga keadaan yang berbeda, sehingga melipatgandakan kompleksitas, tetapi juga kemampuan untuk melakukan operasi.

Tetapi untuk semua ini kami memiliki beberapa batasan kecil, seperti membutuhkan suhu mendekati nol absolut (-273 ^o C) untuk mengontrol keadaan partikel, atau memiliki sistem yang dipasang di bawah vakum.

• Untuk informasi lebih lanjut tentang semua ini, kunjungi artikel ini yang kami pelajari beberapa waktu lalu tentang apa itu prosesor kuantum.

Apa yang mempengaruhi prosesor nanometer?

Kami meninggalkan dunia elektronik yang menarik dan kompleks ini di mana hanya pabrikan dan insinyur mereka yang benar-benar tahu apa yang mereka lakukan. Sekarang kita akan melihat apa manfaatnya untuk mengurangi nanometer dari transistor untuk chip elektronik.

Transistor 5nm

Kepadatan transistor lebih tinggi

Kuncinya adalah transistor, mereka menentukan jumlah port logis dan sirkuit yang dapat dimasukkan ke dalam silikon hanya beberapa milimeter persegi. Kita berbicara tentang hampir 3 miliar transistor dalam matriks 174 mm ² seperti 14nm Intel i9-9900K. Dalam kasus AMD Ryzen 3000, sekitar 3, 9 miliar transistor dalam array 74mm ² dengan 7nm.

Kecepatan lebih tinggi

Apa yang dilakukan adalah menyediakan chip dengan kekuatan pemrosesan yang jauh lebih besar, karena chip ini mampu mengunci lebih banyak status pada chip dengan kepadatan semikonduktor yang lebih tinggi. Dengan cara ini, lebih banyak instruksi per siklus dicapai, atau apa yang sama, kami menaikkan IPC prosesor, seperti misalnya jika kami membandingkan prosesor Zen + dan Zen 2. Bahkan, AMD mengklaim bahwa CPU baru telah meningkatkan CPU mereka. Core CPI hingga 15% dibandingkan dengan generasi sebelumnya.

Efisiensi energi lebih besar

Dengan memiliki transistor dengan nanometer lebih sedikit, jumlah elektron yang melewatinya lebih sedikit. Akibatnya, transistor berubah status dengan catu daya yang lebih rendah, jadi ini sangat meningkatkan efisiensi energi. Jadi katakanlah kita dapat melakukan pekerjaan yang sama dengan daya lebih sedikit, jadi kami menghasilkan lebih banyak daya pemrosesan per watt yang dikonsumsi.

Ini sangat penting untuk peralatan bertenaga baterai, seperti laptop, Smartphone, dll. Keuntungan memiliki prosesor 7nm, telah membuat kami memiliki ponsel dengan otonomi luar biasa, dan kinerja spektakuler dengan Snapdragon 855 baru, A13 Bionic baru dari Apple dan Kirin 990 dari Huawei.

Chip yang lebih kecil dan lebih segar

Terakhir, kami memiliki kemampuan miniaturisasi. Dengan cara yang sama kita dapat menempatkan lebih banyak transistor per unit area, kita juga dapat mengurangi ini untuk memiliki chip yang lebih kecil yang menghasilkan lebih sedikit panas. Kami menyebutnya TDP, dan ini adalah panas yang dapat dihasilkan silikon dengan muatan maksimumnya, waspadalah, ini bukan daya listrik yang dikonsumsinya. Berkat ini, kita dapat membuat perangkat lebih kecil dan memanaskan lebih sedikit memiliki kekuatan pemrosesan yang sama.

Ada juga kekurangannya

Setiap langkah besar ke depan memiliki risiko, dan hal yang sama dapat dikatakan dalam nanoteknologi. Memiliki transistor yang kurang dari nanometer, membuat proses pembuatannya jauh lebih sulit untuk dilakukan. Kita membutuhkan cara teknis yang jauh lebih maju atau mahal, dan jumlah kegagalan meningkat secara substansial. Contoh yang jelas adalah bahwa kinerja per wafer dari chip yang benar telah menurun di Ryzen 3000 baru. Sementara di Zen + 12 nm kami memiliki sekitar 80% dari chip yang berfungsi dengan baik per wafer, di Zen 2 persentase ini akan turun menjadi 70%.

Demikian pula, integritas prosesor juga terganggu, sehingga membutuhkan sistem daya yang lebih stabil, dan dengan kualitas sinyal yang lebih baik. Itulah sebabnya produsen di papan chipset AMD X570 baru telah mengambil perhatian khusus dalam menciptakan VRM berkualitas.

Kesimpulan tentang nanometer

Seperti yang dapat kita lihat, teknologi maju dengan pesat, meskipun dalam beberapa tahun kita akan menemukan proses manufaktur yang sudah berada pada batas fisik bahan yang digunakan dengan transistor bahkan 3 atau 1 nanometer. Apa yang akan terjadi selanjutnya? Kita tentu tidak tahu, karena teknologi kuantum sangat hijau dan praktis tidak mungkin untuk membangun komputer di luar lingkungan laboratorium.

Apa yang akan kita miliki untuk saat ini adalah untuk melihat apakah dalam kasus seperti itu jumlah core semakin meningkat, atau bahan-bahan seperti graphene yang mengakui kepadatan transistor yang lebih tinggi untuk sirkuit elektronik mulai digunakan.

Tanpa basa-basi lagi, kami meninggalkan Anda dengan artikel menarik lainnya:

Apakah Anda pikir kita akan melihat prosesor 1 nm? Prosesor apa yang Anda miliki? Kami harap artikel ini menarik, beri tahu kami pendapat Anda.