Все мы знаем, что такое процессор. Это – большая коробка, что стоит внизу, под столом, и выводит изображение на монитор. Так ли это? Безусловно, нет. Процессор действительно находится в пределах той самой коробки, только занимает в ней он считанные сантиметры. Располагается он на материнской плате – связующем звене всех элементов этой коробки. А сама коробка называется «системный блок».
Итак, процессор – это «мозг» компьютера, представляющий из себя устройство, способное обрабатывать программный код и информацию. Подобный «мозг» есть и у других, казалось бы, совсем периферийных устройств – например, видеокарт. Также процессоры есть и в наших с Вами телефонах. Все они отличаются между собой размером, архитектурой, числом ядер, тактовой частотой и техпроцессом.
Для того, чтобы понять, что такое техпроцесс, необходимо слегка углубиться в теорию и историю. Процессор состоит из множества транзисторов — эдаких переключателей, что могут находиться в двух положениях – вкл. и выкл. На процессорном – это 1 и 0. Если ток проходит через транзистор – имеем единицу, если нет – ноль. В 50-х транзистором была лампочка, отчего компьютеры с парой тысяч таковых занимали целое помещение. Однако, в 60-х все изменилось, а на свет появились полевые транзисторы. Для их производства используется кристалл кремния, одного из самых распространенных в природе элементов. Соответственно, чем больше транзисторов в процессоре, тем он мощнее, ведь на кристалле помещается большее число логических элементов для выполнения операций.
В 1971, например, был разработан процессор Intel 4004. На борту он имел целых 2250 транзисторов. А вот Intel 80186 появился уже в 1982 и располагал чуть более чем 50 000 транзисторов. Всего лишь 20 лет спустя, в 2002, появился известный Pentium 4, который имел почти что 50 миллионов. В 2022, спустя ещё 20 лет, появился Apple M2, который содержит 20 миллиардов транзисторов – число увеличилось в 400 раз. Это в 2,5 раза больше, чем население планеты – нас всего 8 миллиардов. Соответственно, если бы каждый человек был транзистором, то на планете М2 нас было бы в 2,5 раза больше, чем на Земле. И это на одном процессоре, расположенном внутри ноутбука или планшета.
Увеличение числа транзисторов на примере Закона Мура
Значит, если транзисторов стало больше в почти что в 5 000 000 раз, то и размеры у них увеличились? Не совсем. У Intel 4004, например, размер кристалла составляет 12 мм2, а у Apple M2 – 142 мм2. Да, это больше, но не в 5 миллионов раз, а всего в 12. Почему же так вышло?
Транзисторы стали меньше, а термин, обозначающий размер используемых полупроводниковых элементов стали называть «техпроцесс». Соответственно, чем меньше транзисторный слой, тем меньше и техпроцесс. Но это не все, ведь чем транзисторы мельче, тем меньше энергии они потребляют, сохраняя имеющуюся производительность. По этой причине, не особо меняясь в размерах за последние полтора десятилетия, процессоры стали мощнее и энергоэффективнее.
Pentium III, увидевший свет в 1999-м году, имел техпроцесс 250 нанометров. Если перевести это значение в миллиметры, то получится 0,00025 мм. Это почти в 300 раз тоньше человеческого волоса, чей диаметр – 0,08 мм. Соответственно, еще на заре 21 века пару сотен транзисторов могли уместиться в одном волоске. Актуальный техпроцесс для процессора Apple M2 – 5 нанометров, а у последних новинок Intel – 7.
В последние годы гонка техпроцессов стала, скорее, маркетинговым ходом. Для одного производителя определенный техпроцесс означает один размер кристаллов, для другого – другой. Однако, большей проблемой уменьшения техпроцесса является ускорившаяся деградация процессора. Это происходит из-за усиления нагрева ввиду увеличившейся плотности кристалла. В результате чего происходит троттлинг – перегрев процессора с последующим замедлением его работы для ускоренного охлаждения.
В итоге, можно сказать, что чем меньше техпроцесс, тем выше плотность кристаллов, которая влечет за собой большую мощность и меньшее энергопотребление. За последние 60 лет технологии производства процессоров многократно совершенствовались, уменьшив размер кристалла до нескольких нанометров. Однако, подобные достижения имеют обратную сторону в лице деградации процессора, его нагрева и падения производительности в случае отсутствия достойного охлаждения.
Подписывайтесь на новости: