link840 link841 link842 link843 link844 link845 link846 link847 link848 link849 link850 link851 link852 link853 link854 link855 link856 link857 link858 link859 link860 link861 link862 link863 link864 link865 link866 link867 link868 link869 link870 link871 link872 link873 link874 link875 link876 link877 link878 link879 link880 link881 link882 link883 link884 link885 link886 link887 link888 link889 link890 link891 link892 link893 link894 link895 link896 link897 link898 link899 link900 link901 link902 link903 link904 link905 link906 link907 link908 link909 link910 link911 link912 link913 link914 link915 link916 link917 link918 link919 link920 link921 link922 link923 link924 link925 link926 link927 link928 link929 link930 link931 link932 link933 link934 link935 link936 link937 link938 link939 link940 link941 link942 link943 link944 link945 link946 link947 link948 link949 link950 link951 link952 link953 link954 link955 link956 link957 link958 link959 link960 link961 link962 link963 link964 link965 link966 link967 link968 link969 link970 link971 link972 link973 link974 link975 link976 link977 link978 link979

PersCom — Компьютерная Энциклопедия Компьютерная Энциклопедия

Процессоры

Процессоры

Процессор VIA Cyrix III

В начальный период развития ПК альтернативой процессорам Intel и AMD выступали модели, созданные компаниями Cyrix и IDT. После их ухода с рынка процессоров разработки этих фирм были на корню скуплены компанией VIA. От нового процессора VIA Cyrix III на ядре Joshua ждали не слишком многого — появления реального конкурента Intel Celeron на рынке бюджетных систем. Процессор с интерфейсом Socket 370, 64 Кбайт кэшем первого уровня, 256 Кбайт кэшем второго уровня, поддержкой частот системной шины до 133 МГц, обещал привлекательные показатели. На деле оказалось, что известные болезни архитектуры Cyrix (а ядро Joshua — разработка инженеров из этой фирмы) остались недолеченными. На офисных и других относительно простых задачах VIA Cyrix III действительно демонстрировал эффективность, примерно соответствующую своему рейтингу, однако проваливался при обработке трехмерной графики и мультимедиа, значительно уступая Celeron. В итоге в массовое производство изделие так и не попало.



Процессор Efficion

В 2003 г. компания Transmeta представила новое семейство процессоров ТМ8600/8620/8680 на ядре Efficeon. Архитектура процессора сохранила основные черты Crusoe, расширив его возможности: обработка инструкций длиной 256 бит в конвейере длиной 8 стадий. Внедрена аппаратная поддержка инструкций SSE и SSE2. Кэш-память первого уровня для данных составляет 64 Кбайт, для инструкций 128 Кбайт. Кэш второго уровня достигает объема 1024 Кбайт.

Кроме ядра, микросхема содержит минимально необходимый для создания готовых систем набор системной логики: контроллер памяти (DDR333), контроллер шины AGP4x, контроллер интерфейсов ввода-вывода (PS/2, COM, LPT). В качестве системной используется шина HyperTransport с частотой 400 МГц и пропускной способностью до 1,6 Гбайт/с.

Рабочая частота процессора до 1600 МГц (ТМ8680). Модели ТМ8600/8620 выпускаются по технормам 130 нм фабрикой TMSC, модель ТМ8680 производит по технормам 90 нм компания Fujitsu. Микросхемы упакованы в корпуса OBGA с оригинальным интерфейсом Socket 783. Миниатюрный процессор ТМ8620 выпускается в квадратном корпусе OBGA со стороной 21мм, оснащен оригинальным интерфейсом Socket 592.

Процессоры семейств Crusoe и Efficion позиционируются как решение для мобильных компьютеров, SFF и на серьезную конкуренцию с продукцией компаний Intel и AMD в секторе настольных систем не претендуют. Но и в секторе мобильных компьютеров позиции Transmeta не слишком прочны. Компания, которая рассчитывала на безусловное лидерство, ныне является всего лишь одним из нескольких участников рынка, поскольку корпорации Intel и AMD разработали собственные технологии понижения энергопотребления процессоров для мобильных компьютеров.

Фотолитография

На следующем этапе удаляют защитную пленку с тех мест, которые будут подвергаться дальнейшей обработке. Удаление пленки осуществляют травлением, а для защиты остальных областей от травления на поверхность пластины наносят слой так называемого фоторезиста. Термином «фоторезисты» обозначают светочувствительные и устойчивые к воздействию агрессивных факторов составы. Процесс нанесения фоторезиста и его дальнейшее облучение ультрафиолетом по заданному рисунку называется фотолитографией.

Для засветки нужных участков слоя фоторезиста используют специальный шаблон-маску. Чаще всего для этой цели применяют пластинки из оптического стекла с полученными фотографическим или иным способом непрозрачными элементами. Фактически такой шаблон содержит рисунок одного из слоев будущей микросхемы. Поскольку этот шаблон является эталоном, он должен быть выполнен с большой точностью. Ультрафиолетовое излучение, проходя сквозь шаблон, засвечивает только нужные участки поверхности слоя фоторезиста. После облученияфоторезист подвергают проявлению, в результате которого удаляются ненужные участки слоя. При этом открывается соответствующая часть слоя диоксида кремния.

Фотолитографический процесс является наиболее сложным в производстве микросхем. Дело в том, что в соответствии с законами волновой оптики минимальный размер пятна, в который фокусируется лазерный луч, определяется, кроме прочих факторов, длиной световой волны. Развитие литографической технологии со времени ее изобретения в начале 1970-х годов шло в направлении сокращения длины световой волны. Именно это позволяло уменьшать размеры элементов интегральной схемы. С середины 1980-х годов в фотолитографии использовали ультрафиолетовое излучение, получаемое с помощью лазера. Сейчас применяют технологию, получившую название EUV-литографии (Extreme UltraViolet — сверхжесткое ультрафиолетовое излучение с длиной волны 13 нм). EUV-литография делает возможной печать линий шириной до 30 нм.

В производстве процессоров используют сухой метод травления: для удаления с поверхности пластины диоксида кремния применяют ионизированный газ (плазму). После процедуры травления, то есть когда оголены нужные области чистого кремния, удаляется оставшаяся часть фотослоя. Таким образом, на кремниевой подложке остается рисунок, выполненный диоксидом кремния.

Процессорный разъем и шины

Зачем процессорному разъему сотни контактов? Почему рост производительности процессоров сопровождается увеличением количества их выводов, число которых приближается к тысяче (Socket 939)? Для ответа на эти вопросы разберемся с назначением магистралей системной шины, которая подключается к процессорному разъему.

 

Шина данных

Чем больше разрядность данных, тем выше производительность компьютера. Для передачи данных в современных процессорах используют отдельную магистраль — шину данных. Это параллельная шина, то есть каждый разряд данных передается по отдельной линии. Чем выше разрядность шины, тем больше линий. Шина данных в процессоре i286 была 16-разрядной, в процессоре i386 разрядность шины данных увеличена до 32. Начиная с процессора Pentium и до нынешнего Pentium 4 используется 64-разрядная шина, хотя исполнительные устройства ядра остаются при этом 32-разрядными. В итоге число выводов современного процессора для подключения шины данных увеличилось вчетверо по сравнению с i286.

Шина адреса

Вторая группа сигналов, используемых процессором — адресная. Адреса описывают номера ячеек памяти, в которых хранятся данные. Чем выше разрядность адресной шины, тем большее число ячеек памяти можно использовать для хранения данных, тем больше адресуемая память вычислительной системы.

Шина адреса в процессоре г286 была 24-разрядной, что позволяло адресовать 16 Мбайт физической памяти. i386, i486 и Pentium имели адресную шину шириной 32 бит и адресовали 4 Гбайт физической памяти. Шина адреса также является параллельной, то есть увеличение ее разрядности влечет увеличение числа адресных выводов процессора. Так, в процессоре Pentium III адресная шина насчитывает 36 разрядов, что позволило расширить адресуемую память до 64 Гбайт, а на разъеме прибавилось четыре вывода.

Служебная шина

Третья группа сигналов, необходимая процессору для работы, относится к служебным. С их помощью чипсет и процессор обмениваются командами и запросами, по служебной шине осуществляется тактирование и синхронизация процессора, управление напряжением питания. Число сигналов управления и, соответственно, количество выводов разъема, необходимое для обмена служебными сигналами, зависит от архитектуры процессора и чипсета, количества поддерживаемых команд и инструкций. С усложнением архитектуры число служебных линий и сигналов управления увеличивается. Так, процессор i286 имел 18 выводов служебной шины, а процессор Pentium — уже 83.

Шина питания

Подсчитаем число задействованных выводов для перечисленных выше шин современного процессора, например Pentium 4 с интерфейсом Socket 775: 36 для адресной шины, 64 для шины данных, 124 для служебной шины. Как же используются сотни остальных выводов процессора Pentium 41

Некоторое (относительно небольшое) число их зарезервировано для модернизации и будущих ревизий ядра. Например, в процессорах Pentium 4 520 с интерфейсом Socket 775 в резерве числится 28 выводов. Все оставшиеся выводы используются для подачи питания. Эти выводы на принципиальных схемах обычно называются Vcc (плюс питания), Vss (земля) и VTT (терминаторы). Так, в разъеме Socket 775 выводов Vcc — 226 штук, выводов VTT — 24, выводов Vss — 273. Зачем так много линий питания?

Дело в том, что базовые элементы цифровой логики (транзисторы) потребляют ток. Первый восьмиразрядный процессор Intel 8086 имел 29 000 транзисторов. Сейчас Pentium 4 на ядре Prescott насчитывает примерно 125 миллионов транзисторов. И эти миллионы микропереключателей надо обеспечить током. Небольшим, в доли микроампера. Но каждый. В итоге получается, что суммарный ток потребления процессора составляет десятки ампер. Например, максимальный потребляемый кристал-лом ток IСС для Pentium 4 Prescott равен 119 А. Существует мнемоническое правило для расчета минимального числа выводов питания микросхем: «один ампер на один вывод». Однако в такой микросхеме, как процессор, действует еще целый ряд факторов, ведущих к росту числа выводов питания: многослойная архитектура кристалла, борьба с наводками и прочие. Поэтому применительно к современным процессорам можно сформулировать правило: «четыре вывода питания на один ампер». По крайней мере, процессору Pentium III на ядре Tualatin хватало 77 выводов для тока 23 А, сейчас Pentium 4 на ядре Prescott имеет 523 вывода для тока 119 А.

Дальнейшая тенденция очевидна: с расширением разрядности ядра до 64 бит, с внедрением новых архитектур (особенно двухъядерных) и повышением рабочих частот будет расти число выводов процессора. Промежуточный рекорд AMD Athlon 64 с его Socket 939 недолговечен, на подходе новые рекордсмены по числу выводов.

Интерфейс Socket 423

Pentium 4 1300-2000 МГц (ноябрь 2000 — август 2001)

Процессор Pentium 4 на ядре Willamette имел
новую архитектуру, основанную на техноло-
гии NetBurst, ставшую логическим развитием
архитектуры Pentium III-S на ядре Tualatin.
Важным достоинством архитектуры Pentium 4
стал механизм термоконтроля, автоматиче-
ски снижавший рабочую частоту, если темпе-
ратура ядра превышала заданный порог.
В ядро Willamette впервые внедрена поддерж-
ка расширенного набора мультимедийных
инструкций SSE2. Вместе с тем, интерфейс
Socket 423 оказался не очень технологичным, и компания Intel была вы-
нуждена отказаться от его использования.



Подкатегории