| 28 февраля 2024 г. — 6:48 PT
Чип A17 Pro, установленный в iPhone 15 Pro и Pro Max, стал первым в мире, изготовленным по 3-нанометровому техпроцессу. Apple уже смотрит в сторону 2-нанометрового чипа в 2025 году, а затем и 1,4-нанометрового, возможно, уже в 2026 году.
Новый отчет сегодня предлагает увлекательный взгляд на то, что именно кроется за этими невообразимо малыми размерами техпроцессов…
Чип A17 Pro
Apple заявила, что чип A17 Pro стал самым большим скачком в дизайне GPU за всю историю компании.
iPhone 15 Pro и iPhone 15 Pro Max оснащены A17 Pro, первым 3-нанометровым чипом в отрасли. Продолжая лидерство Apple в области смартфонных процессоров, A17 Pro предлагает улучшения во всем чипе, включая самое масштабное перепроектирование GPU в истории Apple.
Новый ЦП на 10% быстрее благодаря микроархитектурным улучшениям и усовершенствованиям конструкции, а Neural Engine теперь до 2 раз быстрее, обеспечивая такие функции, как автокоррекция и Personal Voice в iOS 17.
Графический процессор профессионального класса на 20% быстрее и открывает совершенно новые возможности, оснащен новым 6-ядерным дизайном, который увеличивает пиковую производительность и энергоэффективность. Теперь с аппаратным ускорением трассировки лучей — что в 4 раза быстрее, чем программная трассировка лучей — iPhone 15 Pro предлагает более плавную графику, а также более иммерсивные AR-приложения и игровые возможности. iPhone 15 Pro приносит игры, максимально приближенные к реальности, в ладони пользователей с консольными играми, ранее невиданными на смартфонах.
Невообразимый масштаб
Хотя нанометровые числа раньше относились к физическому размеру затворов транзисторов, теперь это не так. Вместо этого числа призваны служить основой для понимания уменьшающегося масштаба компонентов.
В фокусе Financial Times на дизайне чипов отмечается, что используемые транзисторы теперь строятся атом за атомом и включаются и выключаются миллиарды раз в секунду.
Всего один квадратный миллиметр может вмещать 200 миллионов транзисторов, десятки миллиардов — на одном чипе. Производители планируют уместить триллион в недалеком будущем.
Другой способ осмыслить масштаб — это то, что транзисторы соединяются металлической проволокой. Сколько проволоки умещается в этих чипах? Почти 500 км!
Отражение в стоимости производства
TSMC лидирует в мире в области все более мелких техпроцессов, именно поэтому она является единственным поставщиком чипов серии A и M от Apple: ни один другой производитель чипов не способен работать с такими крошечными размерами.
Но сложность задачи отражается на стоимости проектирования и создания этих чипов. Например, при переходе с 10 нм на 5 нм стоимость разработки нового чипа для Apple увеличилась со 174 млн до 540 млн долларов. Стоимость строительства завода по производству этих чипов для TSMC за тот же период выросла с 1,7 млрд до 5,4 млрд долларов.
Достижение пределов физики
Общий процесс производства чипа из песка существенно не изменился. Мы по-прежнему нагреваем песок, извлекаем кремний, используем стержень для создания «буля» в форме винной бутылки, нарезаем его на пластины, полируем их, наносим узоры, бомбардируем ионами для создания проводящих и изолирующих областей и добавляем провода для соединения транзисторов.
Изменилась сложность и точность этапов травления и прокладки проводов.
Для самых маленьких чипов многомиллионные машины, произведенные одной голландской компанией ASML, используют экстремальное ультрафиолетовое излучение для создания этих тонких трафаретов. Машины размером с автобус, но настолько точны, что могут направить лазер для попадания в мяч для гольфа на расстоянии до Луны.
Мы приближаемся к пределам физики с точки зрения того, насколько меньшим может стать техпроцесс, поэтому новейшие конструкции чипов объединяют несколько слоев.
«Вы действительно начинаете расширять третье измерение, которое не использовалось в первые 60 лет транзисторной технологии», — говорит сотрудник Intel Auth. «[Когда] вы строите небоскребы, вы начинаете испытывать трудности с уменьшением объектов в горизонтальном направлении, поэтому вы начинаете строить вверх, и именно это мы делаем» […]
Этот переход к вертикальному дизайну и разработке — «довольно серьезная вещь», — говорит Кох из SemiAnalysis, поскольку это первый раз, когда индустрия признает, что исчерпывает горизонтальные возможности. «Мы замедляемся в одном направлении, но ускоряемся в другом», — говорит он.
Подход Apple к объединению различных чипов — или «чиплетов» — также рассматривается как будущее.
Развитие упаковки проложило путь к еще одному сдвигу в архитектуре полупроводников: «чиплетам».
Инженеры отказываются от создания всего микропроцессора на одном куске кремния — монолитной «системы на кристалле» — и переходят к модулям с несколькими кристаллами (MCM). Эти MCM представляют собой группы чипов с различными функциями, построенные на отдельных кусках кремния, а затем объединенные для работы как единый электронный мозг.
Еще одной запланированной разработкой является разделение силовых и сигнальных проводников — чего раньше никогда не делалось.
Силовые провода переместятся с верхней (передней) на нижнюю (заднюю) сторону чипа, располагаясь под слоем транзисторов, а не над ним. Соединения останутся на месте. Первые тесты показывают, что этот прямой путь для питания и уменьшение путаницы проводов приводит к повышению эффективности.
Вся статья стоит того, чтобы ее прочитать.
Фото: Maxence Pira на Unsplash