CPU가 점점 작아지는 이유는 무엇입니까?

시간이 지남에 따라 프로세서 (또는 칩)가 점점 작아지고 있다는 것은 알려진 사실입니다. 인텔과 AMD는 가장 작은 표준 (45nm, 32nm, 18nm 등)을 경쟁하고 있습니다. 그러나 가장 작은 칩 영역에 가장 작은 요소를 갖는 것이 왜 그렇게 중요한가?

왜 90nm 5x5cm CPU를 만들지 않습니까? 왜 6 개의 코어를 216mm2 영역으로 짜야합니까? 더 넓은 영역에서 열을 방출하는 것이 더 쉬울 것이며, 제조에는 덜 정밀한 (따라서 더 저렴한) 기술이 필요합니다.

몇 가지 이유를 생각할 수 있습니다.

• 크기가 작다는 것은 단일 웨이퍼에서 더 많은 칩을 만들 수 있음을 의미합니다 (그러나 웨이퍼는 비싸지 않습니다.
• 작은 크기는 모바일 기기에 중요하지만 일상적인 PC는 여전히 타워 박스를 사용합니다.
• 작은 크기는 광속 한계에 의해 결정되며 칩은 EM 필드가 1 사이클로 이동할 수있는 거리보다 클 수 없습니다 (그러나 3GHz에서 약 몇 cm)

그렇다면 왜 칩이 점점 작아 져야합니까?

캔디 바 같아요 그들은 같은 가격으로 더 작게 만들어서 이익을 증가시킵니다.

그러나 칩 크기가 작은 이유도 있습니다. 첫 번째는 웨이퍼에 더 많은 칩을 장착 할 수 있다는 것입니다. 대형 칩의 경우 비용은 웨이퍼의 일부에 사용됩니다. 웨이퍼 처리 비용은 웨이퍼의 수에 관계없이 거의 고정되어 있습니다.

고가의 웨이퍼를 적게 사용하는 것은 한 부분 일뿐입니다. 수율은 다른 것입니다. 모든 웨이퍼에는 결함이 있습니다. 그것들이 웨이퍼에 대해 작지만 무작위로 흩어져 있다고 생각하면, 이러한 결함 중 하나에 부딪 치는 IC는 쓰레기입니다. 웨이퍼가 많은 작은 IC들로 덮여있을 때, 전체의 작은 부분 만이 쓰레기입니다. IC 크기가 증가함에 따라 불완전성에 부딪친 부분이 증가합니다. 그럼에도 불구하고 문제를 지적하는 비현실적인 예로서, 모든 웨이퍼에 하나의 결함이 있고 하나의 IC로 덮여있는 경우를 고려하십시오. 수율은 0입니다. 100 개의 IC로 덮여있는 경우 수율은 99 %입니다.

이것보다 생산량이 훨씬 많으며, 이는 문제를 지나치게 단순화하고 있지만,이 두 가지 효과는 더 작은 칩이 더 경제적 일 수 있도록 추진하고 있습니다.

실제로 간단한 IC의 경우 패키징 및 테스트 비용이 지배적입니다. 이러한 경우 기능 크기는 그리 큰 구동 문제가 아닙니다. 이것은 최근에 작고 저렴한 패키지가 폭발적으로 증가한 이유 중 하나입니다. 메인 프로세서 및 GPU와 같은 매우 큰 IC는 매우 작은 기능 크기를 추진하고 있습니다.

프로세스 크기가 작아 질수록 전력 사용량이 줄어 듭니다.

트랜지스터 공정이 작을수록 더 낮은 전압을 사용하여 건축 기술의 개선과 함께 ~ 45nm 프로세서가 비슷한 트랜지스터 수로 90nm 프로세서가 사용하는 전력의 절반 미만을 사용할 수 있음을 의미합니다.

트랜지스터 게이트가 작아 질수록 임계 전압과 게이트 커패시턴스 (필요한 구동 전류)가 낮아지기 때문입니다.

Olin이 지적했듯이 누설 전류가 매우 중요 해짐에 따라 이러한 수준의 개선은 프로세스 크기를 계속 작게 유지하지 않습니다.

다른 점 중 하나는 신호가 칩을 통과 할 수있는 속도입니다.

3ghz에서 파장은 10cm이지만 1/10 파장은 1cm이며 디지털 신호의 전송선 효과를 고려해야합니다. 또한 인텔 프로세서의 경우 칩의 일부 부분이 클럭 속도의 두 배로 실행되므로 0.5cm가 전송 라인 효과의 중요한 거리가됩니다. 참고 :이 경우 두 클럭 에지에서 작동 할 수 있습니다. 즉, 클럭은 6Ghz에서 실행되지 않지만 진행중인 일부 프로세스는 데이터를 빠르게 이동하고 영향을 고려해야합니다.

전송 라인 효과 외부에서는 클럭 동기화도 고려해야합니다. 실제로 전파 속도가 마이크로 프로세서 내부에 무엇인지 알지 못합니다. 비 차폐 구리 와이어의 경우 빛 속도의 95 %와 같지만 동축 케이블의 경우 빛 속도의 60 %와 같습니다.

6Ghz에서 클럭주기는 167 피코 초에 불과 하므로 높고 낮은 시간은 ~ 84 피코 초입니다. 진공 상태에서 빛은 33.3 피코 센드로 1cm 이동할 수 있습니다. 전파 속도가 빛의 속도의 50 % 인 경우 66.6 피코 초와 비슷하게 1cm 이동합니다. 이것은 트랜지스터 및 가능한 다른 구성 요소의 전파 지연과 결합하여 신호가 3-6Ghz에서 작은 다이 주위로 이동하는 데 걸리는 시간이 적절한 클록 동기화를 유지하는 데 중요하다는 것을 의미합니다.

주된 이유는 당신이 언급 한 첫 번째 이유입니다. 웨이퍼 (플레이트라고 부르는 것)는 매우 비싸므로 최대한 활용하고 싶습니다. 이전 웨이퍼의 지름은 3 인치 였고 오늘날의 12 인치는 16 배의 공간을 제공 할뿐만 아니라 그보다 더 많은 다이를 얻을 수 있습니다.
따라서 필요하지 않은 것처럼 보일지라도 타워 PC에 사용되는 CPU에도이 기술을 사용할 것임이 분명합니다. 랩톱 PC에도 이러한 종류의 CPU가 있으며 공간에 관한 한 예산이 책정되어 있습니다.
3GHz 신호가 클럭 사이클 당 10cm 미만으로 이동하는 경우 속도도 문제가됩니다. 일반적으로 전송 라인 효과를 관리해야합니다. 그리고 그것은 1cm 미만입니다.

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작은 피처 크기는 더 적은 게이트 용량을 의미하고, 이는 더 높은 속도를 허용한다. MOSFET이 활성 영역을 빠르게 통과하므로 스위칭 속도가 빠를수록 전력 소비가 줄어 듭니다. 실제로 제조업체는이 기능을 활용하여 더 빠르게 클럭킹하므로 결국에는 이러한 전력 감소를 크게 보지 못합니다.

CPU가 계속 소형화되는 핵심 이유는 컴퓨팅에서 소형이 더 강력 하다는 것입니다 .

첫 번째 근사치 계산에는 한 장소에서 다른 장소로 정보를 전송하고 새로운 정보를 생성하기 위해 여러 정보를 결합하는 두 가지 기본 동작이 포함됩니다. 우리는 여기에서 전자 장치를 사용하는 데 익숙하기 때문에 이러한 조치를 위해 하드웨어를 '와이어'및 '스위치'라고 부릅니다. 이 두 가지 모두 작을수록 좋습니다.

전선 : 전선의 전송 속도는 본질적으로 일정하기 때문에 한 장소 (예 : 스위치)에서 다른 곳으로 정보를 얻으려면 전선 을 짧게 해야합니다 . (더 빠른 속도를 달성 할 수는 있지만 결국 빛의 속도에 도달하면 다시 짧아지게됩니다.)

스위치 : 스위치는 하나 이상의 입력 와이어의 정보가 스위치 본체에 들어 와서 스 퍼핑하여 내부 상태가 변환되어 하나 이상의 출력 와이어의 정보를 변조하도록합니다. 더 작은 스위치의 몸체를 질식시키는 데 시간이 덜 걸립니다.