Kích thước của nút xử lý của bộ xử lý luôn luôn là một cái gì đó thường xuyên được thảo luận trong thông số kỹ thuật của chip. Nhưng đó là gì, và tại sao nó lại quan trọng?

"Quy trình xử lý" có nghĩa là gì?

Trong bối cảnh này, "quy trình" được sử dụng để mô tả quá trình chế tạo chứ không phải là bộ vi xử lý của máy tính. Đó là về cách con chip được tạo ra, không phải là những gì nó có thể làm. Kích thước của nút quá trình, được đo bằng nanomet, mô tả kích thước của phần tử nhỏ nhất có thể của bộ vi xử lý.

Hãy tưởng tượng nó như thế này: Nếu thiết kế của một bộ xử lý là một hình ảnh kỹ thuật số, kích thước của một "pixel" sẽ là kích thước quá trình. Ví dụ, trên quy trình hiện tại của Intel, phần tử nhỏ nhất có thể là 14 nanomet, hay 14nm. Quy trình càng nhỏ thì độ phân giải càng lớn. Kết quả là, các nhà chế tạo có thể làm cho các bóng bán dẫn và các thành phần khác nhỏ hơn. Điều này có nghĩa là nhiều bóng bán dẫn hơn có thể được nhồi nhét vào một không gian vật lý nhỏ hơn. Điều này cung cấp một số lợi ích lớn cũng như một vài nhược điểm.

Tại sao nhỏ hơn tốt hơn?

Nếu bạn thu nhỏ tất cả các phần của transistor, thì các tính chất điện của transistor đó sẽ không thay đổi. Và càng nhiều bóng bán dẫn bạn có thể vừa khít trong một không gian nhất định, sức mạnh xử lý lớn hơn bạn sẽ có. Điều này là nhờ tăng tính song song tính toán và kích thước bộ nhớ cache. Vì vậy, nếu bạn đang cố gắng tăng tốc một con chip hoặc thêm các tính năng mới, có một động cơ mạnh để thu nhỏ kích thước của các bóng bán dẫn của nó.

Các quy trình nhỏ hơn cũng có điện dung thấp hơn, cho phép các bóng bán dẫn bật và tắt nhanh hơn trong khi sử dụng ít năng lượng hơn. Và nếu bạn đang cố gắng tạo ra một con chip tốt hơn thì điều đó hoàn hảo. Các bóng bán dẫn nhanh hơn có thể bật và tắt, nhanh hơn nó có thể làm việc. Và các bóng bán dẫn bật và tắt với ít năng lượng hơn sẽ hiệu quả hơn, giảm năng lượng vận hành hoặc "tiêu thụ năng lượng động", do bộ vi xử lý yêu cầu. Một chip có mức tiêu thụ điện năng thấp hơn sẽ tiêu hao pin chậm hơn, chi phí ít hơn để chạy và thân thiện với môi trường hơn.

Chip nhỏ hơn cũng rẻ hơn. Chip được làm trên các tấm silicon hình tròn, giống như hình trên. Một wafer đơn thường sẽ chứa hàng chục bộ xử lý chết. Kích thước quy trình nhỏ hơn sẽ tạo ra kích thước khuôn nhỏ hơn. Và nếu kích thước khuôn nhỏ hơn, nhiều khuôn sẽ phù hợp với một miếng silicon đơn. Điều này dẫn đến sự gia tăng hiệu quả sản xuất, giảm chi phí chế tạo. Việc phát triển một quy trình mới đòi hỏi đầu tư lớn, nhưng sau khi chi phí đó được thu hồi, chi phí cho mỗi lần chết giảm đáng kể.

Nhược điểm của quy trình nhỏ hơn là gì?

Các bóng bán dẫn nhỏ hơn sẽ khó thực hiện hơn. Khi các bóng bán dẫn co lại, nó trở nên khó hơn và khó hơn để tạo ra các chip chạy ở tốc độ đồng hồ cao nhất có thể. Một số chip sẽ không thể chạy ở tốc độ tối đa, và các chip này sẽ bị “binned” hoặc được gắn nhãn là chip có tốc độ xung nhịp thấp hơn hoặc bộ nhớ cache nhỏ hơn. Quy trình nhỏ hơn thường có nhiều chip binned ở tốc độ đồng hồ thấp hơn kể từ khi làm cho một chip "hoàn hảo" là khó khăn hơn. Nhà chế tạo cẩn thận để loại bỏ càng nhiều vấn đề càng tốt, nhưng nó thường đi xuống đến các biến thể không thể tránh khỏi của thế giới tương tự.

Các bóng bán dẫn nhỏ hơn cũng có "rò rỉ" lớn hơn. Rò rỉ là một phép đo lượng transistor hiện tại cho phép bao nhiêu khi ở vị trí “tắt”. Điều này có nghĩa là khi rò rỉ tăng, điện năng tiêu thụ tĩnh hoặc lượng điện năng của bóng bán dẫn tiêu thụ trong khi nhàn rỗi. Một con chip có rò rỉ lớn hơn đòi hỏi nhiều điện hơn ngay cả khi nó không hoạt động, tháo pin nhanh hơn và hoạt động kém hiệu quả hơn.

Một quy trình nhỏ hơn có thể có năng suất thấp hơn, dẫn đến ít chip đầy đủ chức năng hơn. Điều này có thể gây ra sự chậm trễ sản xuất và thiếu hụt. Điều đó làm cho khó khăn hơn để bù đắp khoản đầu tư cần thiết để phát triển một quy trình mới. Yếu tố rủi ro này làm nền tảng cho bất kỳ quy trình sản xuất mới nào, nhưng nó đặc biệt đúng đối với một quy trình chính xác như chế tạo bán dẫn.

Tất nhiên, các nhà sản xuất cố gắng giảm hoặc loại bỏ những vấn đề này khi phát triển một quy trình mới và chúng thường thành công. Đó là lý do tại sao chúng tôi nhận được các chip nhanh hơn và hiệu quả hơn ngay cả khi quy trình xử lý co lại.

Phần kết luận

Kích thước quá trình thu hẹp là khó khăn, nhưng những lợi ích tạo ra một động lực mạnh mẽ cho các nhà sản xuất để theo đuổi kích thước quy trình nhỏ hơn và nhỏ hơn. Và nhờ vào động lực đó, người tiêu dùng nhận được chip nhanh hơn, hiệu quả hơn sau mỗi vài năm. Đó là những tiến bộ đã làm cho công nghệ tuyệt vời như điện thoại thông minh có thể, và điều đó sẽ cho phép các thế hệ tiếp theo của những thành tựu công nghệ.