427 GHZ İşlemciler Yolda (2. sayfa)

quote:

Orijinalden alıntı: Rubisco

Bişeyleri bişeylerle karıştırıyorsunuz, EDRAM, x86, Cache yapısı vs. bunlar mimari ile alakalı olan şeyler mimari tasarım / çalışma- komut kümesi, yani mantıksal seviyede yapılar.

Diğeri silikon yerine farklı bi materyal kullanmak malzeme mühendisliği ile ilgili.

Silikon (Silisyum dioksit) ile waferlar üretiliyor (kocaman yuvarlak boş diskler varya :http://regmedia.co.uk/2007/09/19/idf_wafer_1.jpg). Bunlar işlemlerden geçirilip üstü yalıtkan katman(di elektrik), foto-dirençli katmanlar(foto resistive) vs. ile kaplanılıyor. Sizin mantıksal seviyede geliştirdiğiniz şeyler (CPU,GPU, FPGA, DSP, bellek vs.) bu waferlar işlenilerek elde ediliyor.

Bitmiş çip, mantıksal seviyedeki tasarımların fiziksel silikon üzerindeki izdüşümleri oluyor yani.

Eğer waferları silikon yerine uygun maliyet, uygun kurulum süresi (yani tesis kurma maliyet+bunun için gereken arge süresi, maliyet) vs. gibi şeylerle rekabet edecek alternatif bulunup uygulanabilirse olur. IBM'in arge'sinin peşinden koştuğu şeylerden biri de bu. Bunlar malzeme mühendisliği, üretim tekniği ile alakalı olan kısımları. Yani en alttaki fiziksel karşılığı. Üst düzeydeki mantıksal yapıları aynı tutup (x86 komut kümsei, arm komut kümesi, veya RAM, GPU gibi yapıları oluşturan mantıksal yapılar), alttaki fiziksel karşılıklarını değiştirebilirz. Silikon üstünden bunları üretmek geçmişten beri en uygun yöntem olarak benimsendi ve hala o yüzden peşinden gidliyor.

Darboğaza yol açan silikonun kendisi değil. En nihayetinde yukarda bahsettiğim mantıksal yapılar fiziksel seviyede transistör karşılık olarak ifade ediliyor, en nihayetinde sizin amaçladığınız bunun gibi bişey üretmek(tabi milyonlarcasıyla oluşmuş yapıları) :

http://images.bit-tech.net/content_images/2010/06/how-to-make-a-cpu-from-sand-to-shelf/how-to-make-a-cpu22b.jpg

Bunu ister basit bi toplama devresi olarak düşünün, ister karmaşık intel CPU nun bütünü olarak düşünün. Hepsi en nihayetinde fiziksel silikon üstünde (daha doğrusu wafer üstünde) bi fiziksel şekle bürünmüş haldeler. Bu transistör yapılarından oluşuyorlar.

Diğer taraftan üretim teknolojisindeki gelişmeler ile elde ettikleriniz sonucunda, bu farklı mantıksal yapıları daha küçük alana sığdırabiliyoruz. Eskiden 10mm2 alana 100 bin tane transistör sığdırıp yaptığımız işi bugün 0.5mm2 alana 10 kat fazla transistör sığdırarak yapabiliyoruz (bu örnek aynı iş için geçerli).

Daha fazlası için, mesela 10mm2 alandaki 100bin transistör ile 100birim iş/çıktı alabilirken, gelişme ile 0.5mm2 alanda 1 milyon transistör ile 1000 birim iş/çıktı alabiliyoruz. Bu transistör sayısı vs. gibi şeyleri de daha üst seviyeli olan mantıksal tasarım belirliyor. Mesela diyor ki cache alanını 2 katına çıkartalım diyor. Bunun fiziksel silikon üstündeki karşılığı yeni teknolojide az bi alan artışı ise kabul görebiliyor. Mesela yukardaki örnekte 10mm2 çipde cache ekleyemezken, yeni teknik aynı çipi 0.5mm2 olarak üretmeye imkan verdi. 9.5mm2 kardayız. çipe 0.5mm2 bir cache ekleyip aynı çipin performansını yukarıya çekebiliyoruz bu sayede. Hala eski teknikle 10mm2 çip üretirken yeni teknikle 1mm2 çip üretir oluyoruz ve aynı wafer alanından çok daha fazla çip çıkartabiliyoruz (0.5mm2 aynı tasarım için gereken alan + 0.5mm2 yeni ekledğimiz cache için gereken alan toplamda yeni çip 1mm2 etti, cache içerdiği için de perf. arttı mesela).

Şimdi burda sektör/pazar için önemli olan şey, bu yeni üretim tekniği ile aynı işi yapan 0.5mm2'lik çip ile / cache eklediğimiz 1mm2'lik yeni çipin üretim maliyetine karşın verdiği performans VE bu performans ve maliyete satın alıcıların ne kadar razı geldiği.

Esas konudan uzaklaşıyorum ama etraflıca bahsetmek istediğim için yapıyorum bunu. Mimarimizi aynı tuttuk veya iyileştirdik, çipimiz 1/10 daha az yer kaplıyor. Yeni tekniğin, bu 1mm2 üretim yapmamızı sağlayan tekniğin üretim maliyeti eğer çok fazla ise(wafer fiyatı, tesis kurma fiyatı vs.), üretim sırasında oluşan kayıpların oranı fazla ise (yield oranı, 1 wafer'dan çıkan sağlam çiplerin sayısı) , son durumda bizim elimize geçen çip başına olan maliyet de artmış oluyor. Alandan 10 kat kazanç sağladık, mesela 1 wafer'dan 100 tane değil 1000 tane çip sığıyor teorik olarak http://www.silicon-edge.co.uk/j/index.php?option=com_content&view=article&id=68 böyle varsayımda bulunduk (tam 1000 tane değilde 900 tane çıktı). Sonra üretimdeki teknikler sorunlar vs. yüzünden yield oranı düşük oldu. Mesela %60 oldu. Böylece biz 900 tane sağlam çip beklerken 540 civarında sağlam çipimiz oldu. Wafer fiyatı, arge maliyeti, yeni maske maliyeti vs. derken araya ilave maliyetler giriyor. Bunlara göre biz yeni çipin fiyatını performansına, yeni maliyetlere, hedef kitlenin almaya ne kadar meyilli olduğuna göre belirliyoruz. Eğer rekabet etmek için çabaladığın pazar çok sıkı ise, veya gerek görmüyorsa yüksek fiyatın bi anlamı kalmıyor. Dünyanın en küçük ethernet çipini üretip bunu 10 katı fiyata satıp müşteri bulmakta zorluk çekmen gibi.

Yani fabrikanın tesis maliyeti(TSMC mesela 28nm krizinde 10 küsür milyar$'dan fazla harcadı), wafer başına fiyat(wafer başına fiyatlar katlanarak artıyor, 32nm'de Samsung 3bin $ civarına fiyat çıkartırken 28nm'de 5-6bin $'lara çıkabiliyordu, 20nm için 12 bin$ları geçmesi bekleniyordu), yeni teknolojiye göre üretim yapmak için gereken masekeleme maliyeti (mesela yeni bi GPU tasarımı ürettik, bunun fiziksel silikona aktarılması masekeler ile oluyor, yeni tasarım yeni maskeleme ister ise bunun her yeni maske için 60-120 milyon $ gibi maliyetleri var) gibi ilave maliyetler var. Bunların hepsi final/son ürüne yansıyor. Arada başka bi ton maliyet de var.


Bi önceki konuya ve konuyla alakasına gelirsem, küçülme denen olay sonucunda fiziksel silikon üzerindeki transistörler yapıları birbirlerine daha yakın olmaya başlıyorlar. Küçülme sonucunda elde ettiğimiz alan kazancı, yeni mimari ve/veya aynı alana daha fazla transistör sığdrıp daha işlevsel çip yapmamız ile oluşan performans artışı ne yazıkki bu küçülme sonucu oluşan elektromanyetik alan / parazit'in artışından daha az. Bizim performans artışımız mesela 2 kat oluyorsa, oluşan Elektromanyetik alan/etkileşim/parazit/birbirini etkileme olayı 10 kat artıyor.

Bununla ilgili güzel bi grafik vardı geçenlerde gelmişti önüme bulursam yollarım.



Bunun yanında küçülme sonucunda oluşan fiziksel yapıların daha çabuk bozulmaya meyillenme olayı var. Electromigration direk bu küçülme ile alakalı değil, ama çeşitli yapılar arasındaki mesafeler küçüldükçe daha kolay bozulabilir olabiliyor.

Bunlar gibi

http://ralphgroup.lassp.cornell.edu/projects/moleculeoptics/fig1.jpg
http://www.youtube.com/watch?v=OnbBSiXyFHw


Malzeme mühendisliği alanı bunları bertaraf etmek için başka çözümler bulmaya çalışıyor. Geçenlerde karşılaşmıştım şimdi bulamadım kobalt temelli bi yaklaşım / katkı ile electromigration olayını CPU yapılarında büyük oranda zorlaştırabileceklermiş. CPU'larda bu electromigration kolay kolay gözükmez, hatta sağlam yapılar olması zorunlu olduğundan 3-5 senede de kolay gözükmez. Anca çok çok uzun süreler çok yüksek oc. altında kalırsa zamanla daha fazla voltaj istemesi gibi durum olabilir, bununla da çok çok sık karşılaştığımızı sanmıyorum. Ben yıllardır tek tük okudum, en son okuduğum eleman oc.'li i7 920'si vardı 7/24 oc'li yük altındaydı.

Konuyla ilgili kısım + yukardakileri de dikkate alırsanız ; IBM'in araştırmalını günlük hayatımızda görebilirsek, bu çok çok uzun zaman alır. Graphen yapılar hassaslar. Şimdiki silikon yapılar kadar kolay şekilde işlenebilmesi n kadar zamn alır, fiyatı uygun seviyeye n zman inebilir tahmin etmesi çok çok zor. Karbon nanotüpleri de kontrol etmesi zor. istediğin şekilde istediğin miktarını dizebileceğin teknikler lazım, bunların ekonomik olması lazım. Bu yüzden şimdi varolan konvansiyonel yaklaşımlardan bu tarz teknikleri görmek hiçde yakın zamanın konusu olacak gibi değil(yakın dediğim 5-6 sene, yani çok uzun zaman gerek daha).

Varolan tekniklerde, mesela 300mm waferlardan (30cm) 450mm waferlara (45cm) geçilmesinden faln anca 2020 civarlarında bahsediliyor (hepsi bildiğmiz silikon waferlar). Intelin projeksiyonlarında bunun maliyetinin 20 milyar $'ları geçmesinden bahsediliyor. Varolan foto lithografik yaklaşımlarıyla olacak iş değl bunlar. Bunun için Intel ASLM, GigaPhoton gibi bu tarz çip üretim araçları + arge'si ile uğraşan firmalara kaynak sağlıyor(TSMC faln da var).

Bu ilerlemerden birisi de EUV denen yöntem (extreme ultraviolet). Bunda lazer kaynağı olarak 193nm dalgaboyu olan bi lazer kullanıyorlar vs. Bununla ilgili çok uzun zamandır çalışmalar var. Bu, hem daha küçük transistörlere, hemde daha büyük waferlara imkan sağlayacak, 450mm waferlara imkan verecekti. Daha büyük wafer demek, wafer başına daha çok çip demek (30cm vs. 45cm çapındaki daire alanlarını karşılaştırın). Bugün 300mm wafer limiti keyiften değil üretim teknikleri yüzünden var. Geçenlerde TSMC de işte bu EUV ile ilgili denemeler yaparken bi nevi ufak patlama oldu, lazer yaktı yıktı ortalığı. Herkesin tepesi attı morali bozuldu. Bi sürü araştırmacı bu yüzden EUV'den vazgeçtiklerini veya askıya aldıklarını açıkladılar. Ki bu EUV, önümüzdeki belki 5-6 yıllık çip üretim tekniklerinde kullanılacak olan araştırmalar ile ilgili. Ben bu yüzden karbon nanotübüllerin yada graphen yapıların yaygın olarak çip üretim teknolojilerinde kullanılacağına inanmıyorum. Onun dışında 100milyon $'lık projeler ile lab. çalışmalarına bilimsel çalışmalara elbette bi lafım yok.

quote:

Orijinalden alıntı: selmand

427 ghz yi sıvı soğutma ile 550 ghz yapar yolumuza devam ederiz.

quote:

Orijinalden alıntı: Mete Can Karahasan

Şöyle bir makalede, "Her 10 yılda işlemci mimarilerine eklenen bir fazla önbellek katmanı, bu sefer Intel'in Iris Pro'yla gömülü L4 EDRAM'i" denmişti.
Sanırım yanılıyorlar. Edram'in korkunç maliyeti ve zar alanı var.
Halbuki karbon nanotüplerden hem devre ayağı hem de transistörü yapmayı başardı IBM. Ucuz demiyorum ancak eklediği korkunç performans alışılageldik bir önbellekten farklı. Mühendislerin bakır devre bağlantılarının çoktandır su koyuverdiğini ve lithografik küçülmeden nasibini almadıklarını söylediklerini okumuştum. Bakır, zaten karbon nanotüpler kadar iyi iletken değil ki; zaten daha iyisi mevcut değil. Bakır devre bağlantılarının taşıdıkları akımla çip düzeyindeki ısınmanın yanlış hatırlamıyorsam %20'sini oluşturduğu ve hız artışına en çok direnç oluşturan katman olduğu söyleniyordu.
Hal böyleyken karbon tüplerin gerçekleşebilir kullanım alanları olarak komple çipteki tüm yarı iletkenin yerini alamayacak kadar üretimi güç; ancak ufak tefek önbellekler ve çip düzeyindeki devre bağlantıları üzerinde örnekleri gösterildi ve denenmeye başlandı. Karbon nanotüp teknolojisinin işlemcilere kaynaştırılmasıyla korkunç güç iyileştirmeleri yapabileceğini düşünüyorum. Eğer 100 kat hızlanan bir önbellek olursa Moore kuralına göre bir müddet daha performans artışı güllük gülistanlık devam edebilir.