что такое техпроцесс в смартфоне
Mobcompany.info
Сайт о смартфонах и их производителях
Что такое технологический процесс процессора и на что он влияет
Все современные вычислительные технологии базируются на основе полупроводниковой электронной техники. Для ее производства используются кристаллы кремния – одного из самых распространенных минералов в составе нашей планеты. С момента ухода в прошлое громоздких ламповых систем и с развитием транзисторных технологий этот материал занял важное место в производстве вычислительной техники.
Центральные и графические процессоры, чипы памяти, различные контроллеры – все это производится на основе кремниевых кристаллов. Уже полвека основной принцип не меняется, совершенствуются только технологии создания чипов. Они становятся более тонкими и миниатюрными, энергоэффективными и производительными. Главным параметром, который при этом усовершенствуется, является техпроцесс.
Что такое техпроцесс
Практически все современные чипы состоят из кристаллов кремния, которые обрабатываются методом литографии, с целью формирования отдельных транзисторов. Транзистор – ключевой элемент любой интегральной микросхемы. В зависимости от состояния электрического поля, он может передавать значение, эквивалентное логической единице (пропускает ток) или нулю (выступает изолятором). В чипах памяти с помощью комбинаций нулей и единиц (положений транзистора) записываются данные, а в процессорах – при переключении производятся вычисления.
В 14-нм технологии (по сравнению с 22-нм) сокращено количество барьеров, увеличена их высота, уменьшено расстояние между диэлектрическими ребрами
Технологический процесс – это процедура и порядок изготовления какой-либо продукции. В электронной промышленности, в общепринятом значении, это величина, которая указывает на разрешающую способность оборудования, применяемого при производстве чипов. От нее также напрямую зависит размер функциональных элементов, получаемых после обработки кремния (то есть, транзисторов). Чем чувствительнее и точнее оборудование используется для обработки кристаллов под заготовки процессоров – тем тоньше будет техпроцесс.
Что значит числовая величина техпроцесса
В современном полупроводниковом производстве наиболее распространена фотолитография – вытравливание элементов на кристалле, покрытом диэлектрической пленкой, с помощью воздействия света. Именно разрешающая способность оптического оборудования, излучающего свет для вытравливания, и является техпроцессом в общепринятом толковании этого слова. Это число указывает, насколько тонким может быть элемент на кристалле.
Фотолитография – вытравливание элементов на кристалле
На что влияет техпроцесс
Техпроцесс напрямую сказывается на количестве активных элементов полупроводниковой микросхемы. Чем тоньше техпроцесс – тем больше транзисторов поместится на определенной площади кристалла. В первую очередь это значит увеличение количества продукции из одной заготовки. Во вторую – снижение потребления энергии: чем тоньше транзистор – тем меньше он расходует энергии. Как итог, при равном количестве и структуре размещения транзисторов (а значит, и увеличения производительности) процессор будет меньше расходовать энергию.
Минусом перехода на тонкий техпроцесс является удорожание оборудования. Новые промышленные агрегаты позволяют делать процессоры лучше и дешевле, но сами набирают в цене. Как следствие, лишь крупные корпорации могут вкладывать миллиарды долларов в новое оборудование. Даже такие известные компании, как AMD, Nvidia, Mediatek, Qualcomm или Apple самостоятельно процессоров не делают, доверяя это задание гигантам вроде TSMC.
Что дает уменьшение техпроцесса
При уменьшении технологического процесса производитель получает возможность поднять быстродействие, сохранив прежние размеры чипа. К примеру, переход с 32 нм на 22 нм позволил вдвое увеличить плотность транзисторов. Как следствие, на том же кристалле, что раньше, стало возможным размещение не 4, а уже 8 ядер процессора.
Для пользователей главное преимущество заключается в снижении энергопотребления. Чипы на более тонком техпроцессе требуют меньше энергии, выделяют меньше тепла. Благодаря этому можно упростить систему питания, уменьшить кулер, меньше внимания уделить обдуву компонентов.
Схематический прогноз изменения техпроцесса в будущем
Техпроцесс процессоров на смартфонах
Смартфоны требовательны к аппаратным ресурсам и быстро расходуют заряд аккумулятора. Поэтому, для замедления расхода разряда, разработчики процессоров для мобильных устройств стараются внедрять в производство самые новые техпроцессы. К примеру, некогда популярные двухъядерники MediaTek MT6577 производились по техпроцессу 40 нм, а Qualcomm Snapdragon 200 ранних серий изготавливались по 45-нанометровой технологии.
В 2013-2015 годах основным техпроцессом для чипов, используемых в смартфонах, стал 28 нм. MediaTek (вплоть до Helio X10 включительно), Qualcomm Snapdragon серий S4, 400, а также модели 600, 602, 610, 615, 616 и 617 – это все 28 нм. Он же использовался и при изготовлении Snapdragon 650, 652, 800, 801, 805. «Горячий» Snapdragon 810, что интересно, был выполнен по более тонкому техпроцессу 20 нм, но это ему не сильно помогло.
Apple в своем A7 (iPhone 5S) тоже обходилась 20-нанометровой технологией. В Apple A8 для шестого Айфона применили 20 нм, а в модели A9 (для 6s и SE) уже используется новый 16 нм технологический процесс. В 2013-2014 годах Intel делали свои Atom Z3xxx по 22-нанометровой технологии. С 2015 года в производство запустили чипы с 14 нм.
Следующим шагом в развитии процессоров для смартфонов является повсеместное освоение техпроцессов 14 и 16 нм, а дальше стоит ожидать 10 нм. Первыми экземплярами на нем могут стать Qualcomm Snapdragon 825, 828 и 830.
Что такое техпроцесс и важен ли он в современном смартфоне
Сейчас все как ненормальные бегают и кричат о том, что новый процессор будет работать на 7-нм техпроцессе, а другой — на 5-нм, а Samsung вообще работает над 3-нм. Все это хорошо и производители любят показывать потенциальным покупателям все в виде очень простых цифр. Если они лучше, чем в прошлый раз, то все хорошо и гаджет хороший. Если такие же, то ”фу, ничего не изменилось”. Часто это не совсем так, а мы попадаем в ловушку ненужных цифр, навязанных нам производителями. Мы уже поговорили о камерах, а теперь поговорим о процессорах и поймем, нужно ли нам вообще вникать в то, что такое техпроцесс, или пусть инженеры этим занимаются.
Чипы современных устройств чрезвычайно сложны.
Где применяются процессоры
Нас окружают гаджеты! Они повсюду и уже не просто окружили нас, а буквально взяли в заложники — мы без них не можем. В каждом из них есть процессор. Иногда все ограничивается только им и другие чипы уже выполнены с ним ”в одном флаконе”. Иногда отдельно вынесены такие элементы, как видеокарта или что-то в этом духе, но любой вычислительный элемент состоит их огромного количества транзисторов.
Когда выходит новый смартфон, компьютер, ноутбук или что-то в этом духе, производитель указывает загадочные нанометры, количество которых с каждым годом уменьшается и это считается хорошим знаком и признаком технологичности. Наверное, это единственный показатель, уменьшение которого является хорошим.
Эти самые нанометры называют технологическим процессом или сокращенно техпроцессом. Что же это такое?
Смартфоны с какими процессорами обновляются дольше остальных
Что такое техпроцесс
Подавляющее большинство пользователей никогда не видели процессор, кроме, как на картинках. Некоторым посчастливилось увидеть его вживую, но не более, чем его теплораспределительную панель. Для сравнения, это как познакомиться с девушкой, но увидеть ее только в лыжном костюме. Самое интересное находится под этой пластиной. Именно там зарождается магия производительности.
Именно под пластиной расположен кристалл процессора. Он представляет из себя миллиарды даже не миниатюрных, а микроскопических транзисторов, расстояние между ними и определяется техпроцессом.
Обычно мы видим только крышку процессора, а под ней всегда самое интересное.
Самые современные процессоры (из тех, что поступили в промышленное производство) сейчас имеют 7-нанометровый (7-нм) техпроцесс. Такими технологиями на данный момент достаточно хорошо овладела тайваньская компания TSMC, которая производит чипсеты по заказу крупнейших мировых производителей, таких, как Apple, Huawei и Qualcomm. Последняя и вовсе обеспечивает львиную долю процессоров для производителей совершенно разных смартфонов на Android.
При этом, нельзя не отметить, что большее значение техпроцесса не означает, что на чипе будет меньше транзисторов. Это своим примером доказала Intel, у которой пока не очень хорошо с технологией 7 нанометров.
Утечка «спалила» график выхода многих новых процессоров Snapdragon. Когда ждать смартфоны?
Важен ли техпроцесс при выборе телефона
С каждым годом техпроцесс становится все меньше и меньше. Сейчас это 7 нанометров, в ближайшие месяцы мы увидим процессоры с 5 нанометрами, но не за горами и 4 нанометра. Samsung и вовсе, по слухам, собирается готовить сразу 3 нанометра.
Преимущество меньших значений, за которым так гонятся производители, вкладывая в это миллиарды долларов, достаточно очевидно. Чем меньше техпроцесс, тем более производительным и экономичным будет процессор. Из-за меньшего расстояния между транзисторами, данные между ними передаются быстрее, а энергии на это затрачивается меньше. Это и есть основные преимущества.
Не все компании могут угнаться за прогрессом. Intel, например, пока так и не смогла нормально наладить выпуск 7-нм процессоров.
Даже при одинаковой архитектуре, но при уменьшении техпроцесса мы получаем повышение производительности, увеличение количества ядер, снижение себестоимости производства, выделение большего места для памяти и других компонентов, так как кристалл в целом становится более компактным. Есть и другие более специфические преимущества, на которых мы сейчас не будем подробно останавливаться.
Похоже, Samsung знает, как сделать свои процессоры Exynos не такими ущербными
Какой бывает техпроцесс
На заре компьютеростроения говорить о таких величинах, как сейчас, просто не приходилось, и процессоры того времени имели техпроцесс, измеряемый в микрометрах (они же микроны). Это величина, составляющая одну тысячную миллиметра. Даже сейчас сложно себе это представить, а тогда это было и вовсе фантастикой.
Постепенно скорость уменьшения техпроцесса увеличивалась и от значений в районе 10 мкм в семидесятых годах производители пришли к величинам 0,6 мкм в 1994 году. В 1997 году счет начался на нанометры. Это одна миллионная миллиметра. Первые процессоры с таким техпроцессом имели значения в районе 350 нм.
В начале нулевых значение опустилось ниже 100 нм, что было прорывом и психологической отметкой, но и на этом не остановились. Так в 2006 AMD Phenom II, Athlon II и другие предложили уже 40-45 нм. Следующее двукратное увеличение плотности транзисторов произошло уже в 2012 году.
В 2016 году уже было 14-16 нм, а в 2017 Apple, Qualcomm и некоторые другие компании преодолели рубеж 10 нм. То есть десяти миллионных долей миллиметра. Только представьте себе эту величину!
Когда-то дело дойдет и до двух нанометров.
Стоит ли обращать внимание на процессор при покупке телефона
Сейчас техпроцесс современных процессоров дошел до отметки 7 нанометров. Это хороший показатель и следующим шагом будет 5 нанометров, но зацикливаться на этом не стоит. У процессора есть много других параметров, да и такое небольшое изменение техпроцесса вы вряд ли заметите.
Когда будет очередной скачек значениях техпроцесса, мы расскажем об этом в нашем Google News.
Куда важнее смотреть на другие показатели смартфона, а эти лишние 2-3 нанометра на данном этапе дадут вам преимущество, только если верить в то, что оно действительно есть. Смартфон — это сложная штука и в ней хватает других вещей, которые влияют на производительность.
Например, загруженность сторонними приложениями, скорость памяти, архитектура, требовательность приложений, с которыми вы работаете, и многое другое. В чистом виде процессор будет более быстрым и более экономичным. Конечно, если сравнивать 40-нм и 5-нм техпроцессы, то разница будет, но между этими показателями прошло несколько лет. Между моделями, выпущенными с разницей в год, не будет такой разницы в производительности.
Новости, статьи и анонсы публикаций
Свободное общение и обсуждение материалов
Мы уже рассказывали о том, что полезно иногда играть. Видеоигры позволяют расслабляться, находить решение проблем, фокусироваться на чем-то, решать головоломки. Современные игры способны объединять людей, создавая командный дух среди игроков. Игры стали популярным хобби, а количество поклонников постоянно увеличивается. Но с играми не все так просто: гонка за достижениями и скиллами может обернуться потерей удовольствия от игрового процесса. Почему так происходит?
Смартфоны и другие устройства с NFC давно стали нормой. Мы даже перестали обращать внимание на то, как изменилась культура покупок: еще несколько лет назад наличные деньги и пластиковые карты казались незаменимыми, а сегодня их место заняли смартфоны. Смартфоны с NFC не только удобны, но и полезны для окружающей среды: за последние годы потребность в пластиковых картах снизилась, их выпуск заметно уменьшился. До сих пор остаются люди, которые не доверяют этой технологии, полагая, что ею могут воспользоваться мошенники. Разобрались, насколько безопасна технология NFC.
7 нм против 12: о чем говорит технологический процесс процессора
В сентябре 2019 года Apple представила три свежих смартфона: iPhone 11, iPhone 11 Pro и iPhone 11 Pro Max. Их главной фишкой, конечно же, оказались камеры, общие принципы работы которых мы обсуждали в отдельном материале. Тем не менее, отдельного внимания также заслужил и процессор новинок. Их «сердцем» стал Apple A13 Bionic, который создан по 7-нанометровому технологическому процессу. Производитель гордится этой цифрой, ведь до неё добрались далеко не все конкуренты. А вот у Xiaomi Redmi 8 Pro чип MediaTek Helio G90T. У него все 12 нм, и кичиться здесь точно нечем…
Вообще, в мире высоких технологий нет ничего быстрее, чем самые проворные микросхемы — процессоры. Они умеют обрабатывать миллиарды операций в секунду, а на их производство уходит настолько много невероятных технологий, что даже становится жутко. Микропроцессоры пошли в массовое производство в 90-х годах прошлого столетия. С того времени они пережили несколько ступеней развития, апогеем которого стало начало 21 века. Именно тогда производителям открылись все основные свойства кремния, и это дало возможность получать максимальную эффективность при минимальных затратах.
Сегодня темпы развития процессоров стремительно падают. Кремниевые технологии быстро приближаются к пределу своих физических возможностей. Да, их частоты всё ещё увеличиваются, но эффективность работы находится в стагнации. Про это в разрезе смартфонов и не только мы расскажем в данной статье.
Что собой в принципе представляет каждый микропроцессор
Каждый микропроцессор представляет собой специальную интегральную схему, которая расположена на микроскопическом кристалле кремния. Этот материал используется только из-за того, что обладает свойствами полупроводников: он проводит электроэнергию быстрее диэлектриков и медленнее металлов. Его можно сделать и изолятором, который останавливает движение зарядов, и проводником, который зажигает для них зелёный свет. Этим параметром получится управлять с помощью специальных примесей.
Внутри микропроцессора нашлось место для миллионов транзисторов, которые объединены невероятно тонкими проводниками. Для их производства используют алюминий, медь и другие материалы — они предназначены для того, чтобы переваривать информацию. Из них складываются внутренние шины, которые дают процессору возможность работать с математическими и логическими операциями, а также управлять остальными микросхемами устройства в общем и целом.
Одним из самых важных параметров качества микропроцессора всегда была частота работы его кристалла. Именно она определяет число действий, которые могут выполняться за отведённое время — это зависит от того, насколько быстро транзисторы могут переходить из закрытого состояния в открытое. На это далеко не в последнюю очередь влияет технология производства кремниевых пластин — основного компонента процессоров. Чем они меньше, тем разогнать их частоту обычно можно до больших значений.
Технологический процесс, который используется при производстве микропроцессоров, влияет на их размер. Если обрезать количество нанометров, о котором сегодня все говорят, можно уменьшить габариты самого чипа. Это сделает его не только более быстрым — он будет выделять меньше тепла и расходовать меньше энергии. Данные показатели всегда были очень важны в полноценных компьютерах, но теперь выходят чуть ли не на первое место и в современных смартфонах.
Какие этапы проходят процессоры во время производства
Даже если верить «Википедии», производство процессоров можно разделить на полтора десятка этапов. Мы решили вкратце расписать каждый из них именно для того, чтобы стало понятно, насколько сложный это процесс. В реальности же он ещё более замысловатый, уж поверьте.
1. Механическая обработка. На этом этапе производитель готовит пластины проводника с определённой геометрией и кристаллографической ориентацией, которая не может отличаться от эталона более чем на 5%. Отдельного внимания также заслуживает класс чистоты поверхности.
2. Химическая обработка. В рамках этого этапа с поверхности удаляются все мельчайшие неровности, которые были созданы во время механической обработки. Для этого, а также для получения необходимых нюансов формы используют плазмохимические методы, а также жидкостное и газовое травление.
3. Эпитаксиальное наращивание. В данном случае проходит добавление слоя полупроводника — осаждение его атомов на подложку. Именно на этом этапе образуется кристаллическая структура, аналогичная структуре подложки, которая часто выполняет роль только лишь механического носителя.
4. Получение маскировки. Чтобы защитить слой полупроводника от последующего проникновения примесей, на этом этапе на него добавляется специальное защитное покрытие. Это происходит путём окисления эпитаксиального слоя кремния, которое становится возможным за счёт высокой температуры или кислорода.
5. Фотолитография. На этом этапе на диэлектрической плёнке создаётся необходимый рельеф. Если до данного этапа в этом пункте статьи вы мало что вообще поняли, то наша задача выполнена — вы осознали, насколько сложно создать процессор, и можете двигаться к следующему пункту.
6. Введение примесей. Здесь речь, конечно же, про электрически активные примеси, которые нужны для образования изолирующих участков, а также электрических переходов, источниками которых могут быть твёрдые, жидкие и газообразные вещества. Для этого используется метод диффузии.
7. Получение омических контактов. Кроме этого, на данном этапе также создают пассивные элементы на пластине. Для этого используется фотолитографическая обработка на поверхности оксида, который покрывает области успешно сформированных структур.
8. Добавление слоёв металла. На этом этапе будущий процессор получает несколько дополнительных слоёв металла, общее количество которых может лихо отличаться и зависит от его уровня. Между ним нужно расположить диэлектрик, в котором есть сквозные отверстия.
9. Пассивация поверхности. Чтобы правильно протестировать кристалл, нужно максимально сильно очистить его от любых возможных загрязнений. Чаще всего это происходит в деионизированной воде на установках гидромеханической или кистьевой отмывки.
10. Тестирование пластины. Для этого обычно используются зондовые головки, которые установлены на специальных установках, используемых для разбраковки пластин. Кстати, до этого самого момента они находятся в неразрезанном на отдельные части состоянии.
11. Разделение пластины. На этом этапе пластину механически разделяют на отдельные кристаллы. Сейчас это делают не только из-за удобства, но и по причине поддержания электронной гигиены. В её рамках в воздухе должно быть критически малое количество пыли, а в процессе разрезания она появится.
12. Сборка кристалла. На этом этапе готовый кристалл упаковывают в специальный корпус, который в дальнейшем герметизируют. Здесь к нему также подключают все необходимые выводы, которые нужны для его дальнейшего использования — это практически готовый чип.
13. Измерения и испытания. На данном этапе происходит проверка чипа на соответствие заданным техническим параметрам. Да, даже в настолько точном и высокотехнологическом производстве случается брак, который возрастает при увеличении сложности задачи. Отсюда и немаленькая цена.
14. Контроль и маркировка. Это пара финальных этапов в производстве чипов. В данном случае их снова проверяют, потом наносят на них специальное защитное покрытие, а также упаковывают, чтобы доставить готовое изделие конкретному заказчику.
Хронология уменьшения размера технологического процесса
Чем меньше нанометров в технологическом процессе, тем:
Выше скорость работы. В сегменте мобильных процессоров самым быстрым сегодня считается Apple A13 Bionic, который выполнен по 7-нанометровому технологическому процессу — это максимально крутое значение, которое доступно на сегодняшний день в коммерческом секторе. За уменьшением техпроцесса зачастую следует именно увеличение производительности. Она сегодня жизненно нужна для использования нейронных сетей, для дополненной реальности, работы с графикой в любом месте и в удобное время. Да что там говорить, с выходом Apple Arcade мы ждём бум мобильных игр, и для них процессор также важен.
Ниже выделение тепла. Сегодня мы акцентируем внимание именно на мобильных устройствах. Есть мнение, что в смартфонах разговоры о температуре процессоров не так актуальны, но это большая ошибка. При большой нагрузке процессоры нагреваются. Если температура становится критичной, они снижают скорость своей работы — это называется троттлингом. Чтобы избежать этого, нужно делать корпус толще, думать про дополнительный отвод тепла и так далее. При использовании более совершенного технологического процесса число подобных заморочек заметно снижается.
Меньше потребление энергии. В конце концов, уменьшение технологического процесса очень важно для увеличения времени автономной работы. Именно поэтому при оценке ёмкости аккумулятора недорого смартфона на Android не нужно сравнивать её с соответствующим показателем в iPhone и других флагманах. Даже с куда большим объёмом аккумулятора устройство может работать не так долго, как того хотелось бы. Тот же Xiaomi Redmi 8 Pro с процессором, который выполнен по устаревшему технологическому процессу (12 нм), не радует автономностью даже с достаточно большой батарейкой.
В заключение повторюсь — при выборе нового смартфона нужно не в последнюю очередь смотреть на технологический процесс чипсета. Прогресс преодолел планку в 12 нм ещё в 2016 году, поэтому в 2019-м эта цифра выглядит даже как-то смешно.