ขนาดโปรเซสเซอร์: ทำไมถึงไม่เล็กลง

อย่างที่ทราบกันดีว่าโปรเซสเซอร์ที่เรียกว่าซีพียูเปรียบเสมือน“ สมอง” ของพีซี ข้อมูลทั้งหมดที่ดำเนินการและประมวลผลจะต้องผ่านทรานซิสเตอร์หลายล้านตัวที่ซ่อนอยู่ใต้แม่พิมพ์และเมื่อทุกครั้งที่โหนดการผลิตจัดการทำให้ทรานซิสเตอร์เหล่านี้มีขนาดเล็กลงจึงเป็นเรื่องปกติที่จะคิดว่าพวกเขาสามารถลดขนาดของโปรเซสเซอร์ได้และ แต่มันไม่ใช่อย่างนั้น

ขนาดของโปรเซสเซอร์ทำไมถึงเป็นแบบนี้?

ยกตัวอย่างเช่นไฟล์ อินเทล โปรเซสเซอร์ Core i7-2700K ของสถาปัตยกรรม Sandy Bridge เปิดตัวในปี 2011 ภายใต้การพิมพ์หิน 32 นาโนเมตร โปรเซสเซอร์นี้คือ ขนาด 37.5 มม. x 37.5 มม . ถ้าเราเปรียบเทียบกับ Core i7-10700K สถาปัตยกรรม Comet Lake เราพบว่ามีการผลิตที่ 14 นาโนเมตรและมีขนาด 37.5 มม. x 37.5 มม. ซึ่งเหมือนกับโปรเซสเซอร์แปดรุ่นก่อนหน้าทุกประการ

การมีการพิมพ์หินที่ต่ำกว่ามาก (14 เทียบกับ 32 นาโนเมตร) ควรทำให้ผู้ผลิตสามารถทำให้โปรเซสเซอร์มีขนาดเล็กลงมากซึ่งจะให้ข้อดีหลายประการเช่น:

• เวลาแฝงต่ำ ระหว่างส่วนประกอบภายใน เมื่อชิปมีขนาดใหญ่เกินไปความล่าช้าของความเร็วแสง / ความต้านทานอาจทำให้เกิดปัญหาเกี่ยวกับเวลาที่เพิ่มเวลาแฝง
• ราคาถูกกว่า ในการผลิตโดยใช้วัตถุดิบน้อยลง
• ผลผลิตต่อเวเฟอร์ที่สูงขึ้น . โดยทั่วไปเวเฟอร์มีจำนวนข้อบกพร่องคงที่ ยิ่งคุณสามารถรับโปรเซสเซอร์ได้มากขึ้นต่อเวเฟอร์ก็จะยิ่งสร้างผลกำไรได้มากขึ้นเนื่องจากคุณได้รับโปรเซสเซอร์จากเวเฟอร์เดียวกันมากขึ้น ตัวอย่างเช่นหากคุณได้รับโปรเซสเซอร์ 10 ตัวจากเวเฟอร์ 5 ข้อผิดพลาดนั้นเป็นหายนะ แต่ถ้าคุณได้รับโปรเซสเซอร์ 500 ตัวจากเวเฟอร์เดียว 5 ข้อบกพร่องก็ไม่ร้ายแรงเช่นกัน

ดังนั้นหากการสร้างโปรเซสเซอร์ที่มีขนาดเล็กลงทำให้เกิดข้อดีมากมายทำไมพวกเขาถึงทำให้มีขนาดเท่ากัน?

อย่างที่คุณทราบกันดีทุกครั้งที่พวกเขาใช้การพิมพ์หินโปรเซสเซอร์ใหม่ซึ่งจะลดลงเสมอ (นั่นคือทรานซิสเตอร์มีขนาดเล็กลง) ความหนาแน่นของทรานซิสเตอร์จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ตามตัวอย่างก่อนหน้านี้ Core i7-2700K มีทรานซิสเตอร์ 1.160 ล้านตัวอยู่ข้างในในขณะที่เราพูดถึง Core i7-10700K แม้ว่าจะไม่ทราบจำนวนที่แน่นอน แต่ก็ต้องมีทรานซิสเตอร์ประมาณ 3.8 พันล้านตัว (มากกว่าหรือน้อยกว่าเช่น Ryzen 3700X)

การเพิ่มขึ้นของความหนาแน่นของทรานซิสเตอร์ที่อยู่ภายในไดย์ของโปรเซสเซอร์ช่วยเพิ่ม IPC ประสิทธิภาพขั้นต้นจำนวนคอร์ทางกายภาพและประสิทธิภาพของมันได้อย่างมาก (ประสิทธิภาพต่อวัตต์ที่ใช้) กล่าวอีกนัยหนึ่งเหตุผลแรกที่โปรเซสเซอร์ไม่เห็นขนาดของมันลดลงในรุ่นใหม่ ๆ เนื่องจากการลดลงของการพิมพ์หิน ใช้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ .

เหตุผลประการที่สองคือปัญหาด้านการผลิต Intel และ AMD มี“ แม่พิมพ์” ในขนาดที่แน่นอนอยู่แล้วในโรงงานของพวกเขาและการคงขนาดหน่วยประมวลผลกลางไว้ทำให้พวกเขาสามารถใช้ประโยชน์จากส่วนใหญ่ของสิ่งที่พวกเขามีอยู่แล้วในกระบวนการผลิตเช่น PCB หรือ IHS โดยไม่ต้อง ต่อไป ไม่ว่าการตายจะเปลี่ยนไปแค่ไหนภายใน

เหตุผลประการที่สองในการรักษาขนาดไว้นี้ขยายไปถึงเหตุผลเพิ่มเติมสองประการ: ขนาด ของ เมนบอร์ด เบ้า และขนาดของไฟล์ ฮีทซิงค์ . หากรุ่นใหม่แต่ละคนต้องเปลี่ยนขนาดของโปรเซสเซอร์อย่างมาก (เรากำลังพูดถึงการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญไม่ใช่สองสามมิลลิเมตรเหมือนที่เคยเกิดขึ้นแล้วหลายครั้ง) ผู้ผลิตเมนบอร์ดอาจพบว่าตัวเองมีปัญหาในการปรับซ็อกเก็ตไม่ต้องพูดถึงผู้ผลิตฮีทซิงค์ ซึ่งจะถูกบังคับให้ปรับปรุงการออกแบบใหม่ทั้งหมดและอาจลงเอยด้วยฮีทซิงค์ที่เข้ากันได้กับหลายแพลตฟอร์ม

ประการหลังนำเราไปสู่เหตุผลประการที่สามที่ทำให้โปรเซสเซอร์คงขนาดไว้: อุณหภูมิ . ยิ่งชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์มีขนาดเล็กเท่าไหร่พื้นผิวที่มีการกระจายตัวก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้นเพื่อกำจัดความร้อนที่เกิดขึ้น หากโปรเซสเซอร์มีขนาดเล็กเกินไปอาจเป็นเรื่องยากที่จะทำให้ฮีทซิงค์มีประสิทธิภาพเพียงพอที่จะกระจายความร้อนได้และจะมีปัญหาเล็กน้อย อันที่จริงสิ่งนี้เป็นสิ่งที่ได้รับการพัฒนามาหลายปีแล้วเนื่องจากขนาดของโปรเซสเซอร์สามารถแสดงถึงความไม่สะดวกอย่างมากเมื่อพูดถึง กระจายความร้อนที่เกิดขึ้น .