3 
Новый стандарт выходит на сцену
Как сообщает издание Android Authority, в основе нового процесса лежит архитектура Super Power Rail. Разработчики вынесли сеть питания на обратную сторону кремниевой пластины, полностью отделив ее от сигнальных проводников. Ранее оба типа разводки размещались вместе на лицевой стороне.
Такое разделение устранило узкие места при передаче данных, поэтому вычислительная скорость чипов выросла на 8–10 процентов, а энергопотребление снизилось на 15–20 процентов. Кроме того, плотность размещения транзисторов увеличилась на 8–10 процентов по сравнению с 2-нанометровыми аналогами.
Технологическая гонка и планы на будущее
Технологический процесс 1,6 нанометра станет для производителя промежуточным этапом. Уже к 2028 году компания ставит целью начать массовый выпуск 1,4-нанометровых микросхем.
В то же время другие игроки рынка также разрабатывают собственные решения. Недавно компания IBM продемонстрировала архитектуру уровня 0,7 нанометра, однако для запуска ее в массовое производство потребуется еще примерно пять лет.
Несмотря на это, решение от TSMC имеет все шансы стать главным стандартом отрасли уже в ближайшем будущем.
Что такое технологический процесс и почему меньшие цифры лучше
Технологический процесс – это, по сути, название поколения технологии, по которой изготавливают микросхему. Когда мы говорим "7 нанометров", "5 нанометров", "3 нанометра" или "2 нанометра", речь идет не о размере самого чипа и даже не о том, что все транзисторы внутри имеют соответствующий размер.
И здесь есть важный нюанс: современное обозначение "3 нм" уже не является буквальным измерением какой-то конкретной детали транзистора. Intel прямо указывает, что индустрия отошла от практики, когда номер технологического процесса соответствовал физической длине элемента транзистора. Сегодня название узла фактически обозначает целое поколение производственной технологии, которое имеет определенный уровень плотности транзисторов, энергоэффективности, производительности и других характеристик.
Основной строительный элемент современного процессора – транзистор. Это крошечный электронный переключатель, который может находиться в определенном состоянии и таким образом участвовать в выполнении логических операций. Современный процессор может содержать десятки миллиардов таких переключателей.
Производитель берет кремниевую пластину и с помощью фотолитографии, нанесения и удаления материалов, травления, легирования и огромного количества других операций создает на ее поверхности миллиарды транзисторов и металлических соединений между ними. Технологический процесс описывает весь набор технологий и правил, по которым это делается. Intel, например, определяет технологический процесс как поколение технологии, что охватывает архитектуру транзисторов, соединения между ними и тысячи производственных операций.
В прошлые годы это число действительно было гораздо ближе к реальному физическому размеру. Например, существовали технологические процессы 90 нанометров, 65 нанометров, 45 нанометров, 32 нанометра. Уменьшение числа означало, что ключевые элементы транзисторов становились меньше, а потому на той же площади можно было разместить их больше. Современная система обозначений перестала напрямую соответствовать конкретному физическому параметру еще много лет назад.
Поэтому 3-нанометровый процессор не означает, что его транзисторы имеют ширину ровно 3 нанометра. На самом деле отдельные физические характеристики транзисторов и соединений могут иметь значительно большие значения.
Почему 3 нм считается лучше, чем 5 нм
Потому что при переходе на новое поколение производитель обычно старается разместить больше транзисторов на той же площади, одновременно повысив производительность и снизив энергопотребление.
Представим себе квартиру. В старом варианте на площади 100 квадратных метров можно разместить 10 комнат. Благодаря новой технологии планировки на те же 100 квадратных метров можно разместить уже 15 комнат, причем они будут более функциональными. Примерно такая же логика работает и с транзисторами.
Например, TSMC для своего 3-нанометрового N3 заявляла о примерно 1,6-кратном увеличении логической плотности по сравнению с 5-нанометровым N5, а также о возможности существенно снизить энергопотребление при той же скорости работы.
Таким образом, условный переход с 5 нм на 3 нм дает производителю возможность сделать процессор более мощным при примерно том же размере, более компактным при той же производительности или более энергоэффективным. Конкретный результат зависит уже от архитектуры самого процессора и дизайна чипа.
Почему нельзя просто сказать "3 нм лучше 5 нм"
Потому что "3 нм" у TSMC, Samsung и других производителей – это не абсолютно одинаковый стандарт. Нет единого физического параметра, по которому можно было бы сказать: вот это 3 нм, а вот это 5 нм.
Именно поэтому сравнивать нужно не только цифру на упаковке, но и реальные характеристики технологического процесса: плотность транзисторов, производительность, энергопотребление, площадь, тип транзисторов и технологию их производства. Например, TSMC для своего современного 2-нанометрового N2 перешла на транзисторы nanosheet, тогда как предыдущее поколение 3 нм использовало FinFET.
То есть, когда производитель говорит "мы перешли с 5 нм на 3 нм", это лучше всего воспринимать как "мы перешли на новое поколение производства, которое позволяет эффективнее размещать и использовать транзисторы", а не буквально как "все детали стали в 1,67 раза меньше".
И именно поэтому меньшее число традиционно означает лучше, но не потому, что 3 нанометра волшебным образом лучше 5 нанометров. Меньшее число является условным обозначением более нового поколения, которое обычно приносит улучшения по трем ключевым направлениям – производительность, энергоэффективность и плотность размещения транзисторов.