О‘zbekistоn respublikаsi аxbоrоt texnоlоgiyаlаri vа kоmmunikаtsiyаlаrini rivоjlаntirish vаzirligi

I-BOB MIKROPROTSESSORLARNI ISHLAB CHIQARISH TEXNOLOGIYALARI

1. 
   Mikroprotsessorlarni ishlab chiqarish
   

Hozirgi kunda bozorda qiziqarli tendentsiya mavjud: bir tomondan, ishlab chiqaruvchilar yangi texnologiyalar va texnologiyalarni o'zlarining yangiliklariga imkon qadar tezroq joriy etishga harakat qilmoqdalar, boshqa tomondan, protsessorlarning chastotalaridagi sun'iy cheklovlar mavjud. Birinchidan, bozor sotuvchilari protsessor oilalarining navbatdagi o'zgarishiga tayyor emasligini his qilishadi va firmalar hozirda ishlab chiqarilgan CPU sotuvidan etarlicha foyda ko'rmaydilar – fond hali qurib ketmaydi. Tayyor mahsulot narxining kompaniyaning boshqa barcha manfaatlariga nisbatan sezilarli darajada oshib borishi etarli. Ikkinchidan, "chastotalar poygasi" ning sezilarli pasayishi texnologik xarajatlarning minimal miqdori bilan samaradorlikni oshiradigan yangi texnologiyalarni joriy etish zarurligini tushunish bilan bog'liq. Yuqorida aytib o'tilganidek, ishlab chiqaruvchilar yangi texnologik jarayonlarga o'tishda muammolarga duch kelishdi.

90 nm texnologik darajasi ko'plab chip ishlab chiqaruvchilari uchun juda jiddiy texnologik to'siq bo'lib chiqdi. Buni AMD, nVidia, ATI, VIA kabi ko'plab bozor gigantlari uchun chiplar ishlab chiqaradigan TSMC kompaniyasi tasdiqlaydi. Uzoq vaqt davomida u 0,09 mikron texnologiyasidan foydalangan holda chiplarni ishlab chiqarishni yo'lga qo'yolmadi, bu esa mos kristallarning past rentabelligiga olib keldi. Bu AMD uzoq vaqt davomida soi (Silicon Insulator) texnologiyasi bilan protsessorlarini chiqarib yuborishining sabablaridan biridir. Buning sababi shundaki, elementlarning bu o'lchamida oqish oqimlari, parametrlarning katta tarqalishi va issiqlik tarqalishining eksponentsional o'sishi kabi juda ko'p sezilarli salbiy omillar paydo bo'ldi. Buni tartibga solaylik.

Ma'lumki, ikkita qochqinning oqimi mavjud: panjara bo’shashmasdan va pastki oqish oqimi. Birinchisi, kanalning silikon taglik va polikremnoz qopqoq o'rtasida elektronlar o'z-o'zidan harakatlanishi bilan bog'liq. Ikkinchisi-tranzistorning manbasidan elektronlar oqimining o'z-o'zidan harakatlanishi. Bu ta'sirlarning ikkalasi ham tranzistordagi oqimlarni nazorat qilish uchun kuchlanishni kuchaytirishi kerak, bu esa issiqlik tarqalishiga salbiy ta'sir ko'rsatadi. Shunday qilib, tranzistor hajmini kamaytirish orqali, kanal o'rtasidagi tabiiy to'siq bo'lgan silikon dioksid qatlami (SiO₂) kamaytiramiz. Bir tomondan, bu tranzistor tezligini oshiradi (kommutatsiya vaqti), ammo boshqa tomondan – qochqinlarni oshiradi. Ya'ni, bir xil yopiq sikl paydo bo'ladi. Shunday qilib, 90 nmga o'tish dioksid qatlamining qalinligida yana bir pasayish va ayni paytda qochqinlarning ko'payishi – panjara bo’shashmasga qarshi kurash, yana bir bor, nazorat qilish voltlarning ortishi va shunga ko'ra, issiqlik tarqalishining sezilarli darajada ortishi – Bularning barchasi mikroprotsessor bozorining raqobatchilari – Intel va AMD tomonidan yangi texnologik jarayonni kechiktirishga olib keldi.

Shu bilan bir qatorda, yaqinda AMD tomonidan ishlab chiqarilgan SOI (izolyatordagi silikon) texnologiyasidan foydalanish.

Biroq, bu unga juda ko'p kuch sarfladi va ko'plab qiyinchiliklarni yengib o'tdi. Ammo texnologiyaning o'zi nisbatan kam sonli kamchiliklarga ega bo'lgan katta miqdordagi afzalliklarni ta'minlaydi. Texnologiyaning mohiyati, umuman, juda mantiqiy-tranzistor silikon taglikdan boshqa nozik izolyator qatlami bilan ajralib turadi. Tranzistor kanali ostida elektronlar nazoratsiz harakati yo'q, uning elektr xususiyatlariga ta'sir qiladi-bir marta. Asosiy oqim berilgandan so'ng, kanalning ionlanish vaqti ish holatiga qadar, ish oqimi davom etgunga qadar kamayadi, ya'ni tranzistorning ishlashining ikkinchi asosiy parametri yaxshilanadi, uni yoqish - o'chirish vaqti ikkitadir. Xuddi shu tezlikda, siz faqat ochiq oqimni tushirishingiz mumkin. Ish tezligini oshirish va kuchlanishni kamaytirish o'rtasida ba'zi kelishmovchiliklarni toping. Agar siz chastotani bir xil qoldirsangiz, tranzistorning ish faoliyatini oshirish 30% gacha bo'lishi mumkin, agar siz chastotani bir xil qoldirsangiz, energiyani tejashga e'tibor qaratsangiz, u holda ortiqcha bo'lishi mumkin - 50% gacha. Va nihoyat, kanalning xarakteristikalari oldindan taxmin qilinadi va tranzistorning o'zi kosmik zarralarni keltirib chiqaradigan, kanalning taglikiga tushib, uni kutilmagan tarzda ionlashtiruvchi kabi tasodifiy xatolarga nisbatan ko'proq chidamli bo'ladi. Endi izolyator qatlami ostida joylashgan taglikga kirib, ular tranzistorning ishiga ta'sir qilmaydi. SOIning yagona kamchiliklari shundaki, bu hududning chuqurligini kamaytirish kerak emitter - kollektor, bu qalinligining qisqarishi bilan uning qarshiligini to'g'ridan-to'g'ri ta'sir qiladi.

Nihoyat chastota o'sishining sekinlashuviga yordam bergan uchinchi sabab bozorda raqobatchilarning past faoliyati hisoblanadi. Aytish mumkinki, har bir kishi o'z ishlari bilan band edi. AMD 64-bit protsessorlarini keng miqyosda joriy qilish bilan shug'ullangan, Intel uchun bu yangi texnologik jarayonni takomillashtirish davri bo'lib, mos kristallarning ishlab chiqarilishini oshirish uchun disk raskadrovka.

Har ikki kompaniya 90 nm texnologik standartlarga o'tish kerak, chunki yil, texnologiyalar sohasida yangiliklar katta miqdorda olish kerak. Biroq, bu protsessorlarning chastotalaridagi yangi tez o'sishni anglatmaydi. Birinchidan, bozor xotirjam bo'ladi: raqobatchilar yangi texnologik jarayonlar uchun CPU ishlab chiqarishni boshlaydi, lekin eski chastotalar bilan ishlab chiqarish jarayonining rivojlanishi chip chastotasining o'sishi boshlanadi. Ehtimol, bu avvalgidek sezilarli bo'lmaydi. 2004 yil oxiriga kelib, 90-nm texnologiyasi bo'yicha mos keladigan kristallarning chiqishi sezilarli darajada oshganda, Intel 4 GGs yoki undan ham ko'proq cho'qqilarni zabt etishni kutmoqda. AMD protsessorlari an'anaviy chastotada kechikish bilan birga keladi, bu odatda mikroarxitekturaning o'ziga xos xususiyatlari kabi ishlashga ta'sir qilmaydi.

Shunday qilib, yangi texnologik jarayonlarga o'tish zarurati aniq, ammo texnolgiyalarga har doim katta qiyinchilik bilan beriladi. Birinchi protsessorlar

Pentium (1993 yil) 0,8 mikron texnologik jarayonida, keyin esa 0,6 mikronda ishlab chiqarilgan. 1995 yilda 6 avlod protsessorlari uchun birinchi marta 0,35 mikron texnologik jarayon ishlatilgan. 1997 yilda 0,25 mikron va 1999 yilda 0,18 mikronga o'zgartirildi. Zamonaviy protsessorlar 0,13 va 0,09 mm texnologiyalari asosida amalga oshiriladi, ikkinchisi esa 2004 yilda kiritilgan. Ko'rib turganingizdek, bu jarayon jarayonlari uchun Mur qonuni kuzatiladi, bu esa har ikki yilda bir marta kristalli chastotalar tranzistorlar sonining ko'payishi bilan ikki barobar ko'payishini bildiradi. Xuddi shu tezlik bilan texnologik jarayon o'zgaradi. To'g'ri, kelajakda "chastotalar poygasi" bu qonundan ustun keladi. 2006 yilga ko'ra, Intel 65 nm texnologik jarayonni va 2009 yil 32 nm ni rivojlantirishni rejalashtirmoqda. Mur qonunining prinsipi 1.1-rasmda keltirilgan.

1.1 - Rasm. Mur qonunining prinsipi.

Bu yerda tranzistorning strukturasini, ya'ni silikon dioksidning nozik qatlamini, kanal o'rtasida joylashgan izolyatorni eslash vaqti keldi va juda aniq vazifani bajaradi – panjara oqishini oldini olish uchun elektronlar uchun to'siq. Shubhasiz, bu qatlam qanchalik qalin bo'lsa, uning izolyatsion funksiyalarini yaxshiroq bajaradi, lekin u kanalning ajralmas qismi bo'lib, biz kanalning uzunligini (tranzistor o'lchamini) kamaytirishni istasak, uning qalinligini juda tez sur'atlarda kamaytirishimiz kerak. Aytgancha, so'nggi bir necha o'n yilliklar davomida ushbu qatlamning qalinligi kanalning butun uzunligidan o'rtacha 1 / 45 nmga yetgan . Biroq, bu jarayon o'z yakuniga yetdi - besh yil avval, xuddi shu Intel tomonidan da'vo qilinganidek, Sio₂ dan foydalanishni davom ettirishda, oxirgi 30 yil davomida bo'lgani kabi, minimal qatlam qalinligi 2.3nm bo'ladi. Aks holda panjara oqimi oddiygina haqiqiy bo'lmagan miqdorlarga ega bo'ladi.