TSMC (Синьчжу, Тайвань)
Если Intel является крупнейшим производителем полупроводников в мире, то TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) – крупнейшим контрактным производителем. Все производственные линии загружены сторонними заказами, тогда как под своим брендом компания чипы не выпускает. Лишь на некоторых чипах, помимо названия заказчика, проставляется крохотный, еле заметный логотип TSMC.
Завод TSMC Fab 6 в Синьчжу
Заводов у TSMC двенадцать штук: большинство размещены рядом со штаб-квартирой, в тайваньском городе Синьчжу, и еще по одному построено в Китае и США. Среди заказчиков TSMC ходят всемирно известные компании. К примеру, по 28-нм техпроцессу производятся графические чипы AMD и NVIDIA. По слухам, мобильные гаджеты Apple образца 2014 года будут основываться на процессоре А8, который будет производиться на фабриках TSMC.
Оборудование на заводе TSMC
О пользе полировки
К моему глубокому сожалению микротом разрезал чип довольно грубо, хотя и без заменых сколов и трещин на самом кремниевом чипе. Поэтому далее пришлось долго и упорно шлифовать и полировать поверхность среза, чтобы она приняла нужный вид. Польза от полировки видна невооружённым взглядом, точнее вооружённым, но только оптическим микроскопом:
Слева фотографии до полировки, справа – после. Верхний ряд фотографий – увеличение 50x, нижний – 100x
После полировки (фотографии справа) уже на увеличении 50x видны медные контакты, соединяющие отдельные структуры чипа. До полировки, они, конечно же, тоже проглядывают сквозь пыль и крошку, образовавшуюся после резки, но разглядеть отдельные контакты вряд ли удастся.
Как выбрать смартфон с мощным процессором?
Вычислительный центр любого смартфона — это чипсет, он же SoC, или System-on-Chip. Если коротко, чипсет объединяет процессор, графическое ядро, коммуникационные модули и оперативную память. Центральным элементом SoC является процессор, и его ключевые характеристики — техпроцесс, тактовая частота и количество ядер. Причем именно в таком порядке!
В сознании покупателя главные параметры процессора — это число ядер и тактовая частота. Маркетологи паразитируют на этом мнении, рекламируя 6-ядерных и 8-ядерных «монстров». Более того, для большинства показатели железа — далеко не главные критерии выбора смартфона. Мы чаще смотрим на диагональ, цифры PPI, разрешение экрана, емкость батареи, пиксели камеры, NFC, объем оперативки или наличие гироскопа для VR, а процессор отправляем в прочие, «второстепенные» параметры.
Результат такого подхода — разочарование, которое при активном использовании смартфона практически неизбежно. Повторюсь, если вы считаете, что телефон должен звонить и принимать сообщения, на характеристики процессора действительно можно закрыть глаза. Но если вы относите себя к категории активных пользователей, чипсет должен стать главным критерием при выборе смартфона. И смотреть надо не на ядра, а в первую очередь — на техпроцесс.
Почему значение техпроцесса столь велико? Для иллюстрации возьмем два смартфона с процессором Snapdragon восьмого поколения — LG G4 и LG G5. Берем две модели одного бренда, далекого от культовых противостояний яблочных и не-яблочных лагерей. Можно было бы взять Exinos-ы от Samsung, Apple А9 и А10 Fusion, Kirin или MediaTek, но сейчас не это главное. Мы на конкретном примере сравним схожие чипсеты, но собранные на разных техпроцессах, и LG для этих целей прекрасно подходит.
Что такое техпроцесс в процессоре: важность размер кристалла
Доброго времени суток.
Давайте вместе приоткроем завесу такого сложного дела как производство CPU для компьютеров. В частности, из этой статьи вы узнаете, что такое техпроцесс в процессоре и почему с каждым годом разработчики стараются его уменьшить.
Как изготавливаются процессоры?
Для начала вам стоит знать ответ на данный вопрос, чтобы дальнейшие разъяснения были понятны. Любая электронная техника, в том числе и CPU, создается на основе одного из наиболее часто используемых минералов — кристаллов кремния. Причем применяется он в данных целях уже более 50 лет.
Кристаллы обрабатываются посредством литографии для возможности создания отдельных транзисторов. Последние являются основополагающими элементами чипа, так как он полностью состоит из них.
Функция транзисторов заключается в блокировке или пропуске тока, в зависимости от актуального состояния электрического поля.
Таким образом, логические схемы работают по двоичной системе, то есть в двух положениях — включения и выключения.
Это значит, что они либо пропускают энергию (логическая единица), либо выступают в роли изоляторов (ноль). При переключении транзисторов в CPU производятся вычисления.
Теперь о главном
Если говорить обобщенно, то под технологическим процессом понимается размер транзисторов.
Что это значит? Снова вернемся к производству процессоров.
Чаще всего применяется метод фотолитографии: кристалл покрыт диэлектрической пленкой, и из него вытравливаются транзисторы с помощью света. Для этого используется оптическое оборудование, разрешающая способность которого, по сути, и является техническим процессом. От ее значения — от точности и чувствительности аппарата — зависит тонкость транзисторов на кристалле.
Что это дает?
Как вы понимаете, чем они будут меньше, тем больше их можно расположить на чипе. Это влияет на:
- Тепловыделение и энергопотребление. Из-за уменьшения размера элемента он нуждается в меньшем количестве энергии, следовательно, и меньше выделяет тепла.Данное преимущество позволяет устанавливать мощные CPU в небольшие мобильные устройства. Кстати, благодаря низкому энергопотреблению современных чипов, планшеты и смартфоны дольше держат заряд. Что касается ПК, пониженное тепловыделение дает возможность упростить систему охлаждения.
- Численность заготовок. С одной стороны, производителям выгодно уменьшать техпроцесс, потому что из одной заготовки получается большее количество продукции. Правда, это лишь следствие утончения техпроцесса, а не преследование выгоды, потому что с другой стороны, чтобы снизить размер транзисторов, необходимо более дорогое оборудование.
Производительность чипа. Чем больше он будет иметь элементов, тем быстрее будет работать, при том, что его физический размер останется прежним.
Техпроцесс в числах и примерах
Измеряется технологический процесс в нанометрах (нм). Это 10 в -9 степени метра, то есть один нанометр является миллиардной его частью. В среднем, современные процессоры производятся по техпроцессу 22 нм.
Можете себе представить, сколько транзисторов умещается на процессоре. Чтобы вам было понятнее, на площади среза человеческого волоса могут разместиться 2000 элементов. Хоть чип и миниатюрный, но явно больше волоска, поэтому может включать в себя миллиарды транзисторных затворов.
Хотите знать точнее? Приведу несколько примеров:
В процессорах фирмы AMD, а именно Trinity, Llano, Bulldozer, техпроцесс составляет 32 нм. В частности, площадь кристалла последнего — 315 мм2, где располагаются 1,2 млрд. транзисторов.Phenom и Athlon того же производителя выполнены по техпроцессу 45 нм, то есть имеют 904 млн. при площади основания 346 мм2.
У компании Intel есть чипы по стандарту 22 нм — это семейство Ivy Bridge (Intel Core ix — 3xxx). Для наглядности: Core i7 – 3770K обладает 1,4 млрд. элементов, при том, что размер его кристалла всего 160 мм.У этого же бренда есть и 32-нанометровая продукция. Речь идет об Intel Sandy Bridge (2xxx). На площади 216 мм2 она умещает 1,16 млрд. транзисторов.
К слову, все, что вы узнали о техпроцессах для центральных компьютерных аппаратов, применимо и к графическим устройствам. Например, данное значение в видеокартах AMD (ATI) и Nvidia составляет 28 нм.
Теперь вы знаете больше о cpu и в частности, что такое техпроцесс в процессоре. Возвращайтесь за новой информацией.
До скорого.
1.1.. Технологический процесс и его структура
Вопросы к
междисциплинарному экзамену
Технологическим процессом
по ГОСТ 3.1109 — 82 называется часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния предмета труда.
В результате этих действий последовательно изменяются и контролируются размеры, форма, шероховатость поверхности, внешний вид и внутренние свойства изделий.
В зависимости от вида действий различают технологические процессы механической обработки, сборки, литья, обработки давлением, термообработки, нанесения покрытий и. т. д.
Технологический процесс состоит из технологических операций. Технологической операцией
по ГОСТ 3.1 109 — 82 называется часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте.
Операция может включать неоднократную установку и снятие заготовки, смену инструмента, вида обработки, приспособлений, контрольно-измерительных устройств, т.е. совокупность всех действий, которые осуществляются на данном рабочем месте над одним изделием без перехода к обработке другого изделия.
В технологической документации на технологический процесс наименование операции механической обработки записывается именем прилагательным от станочной группы, к которой принадлежит используемый на данной операции станок. Например: токарная, фрезерная, сверлильная и. т. д. Нумеруются операции цифрами кратными 5. Например: 005, 010, 015 и. т. д. Это необходимо для резервирования позиций при внесении изменений в технологический процесс.
Последовательность технологических операций обработки или сборки изделий называется технологическим маршрутом
Технологический переход
– законченная часть технологической операции, выполняемая одними и теми же средствами технологического оснащения при постоянных технологических режимах и установке.
Вспомогательный переход
— законченная часть технологической операции, состоящая из действий человека и (или) оборудования, которые не сопровождаются изменением свойств предметов труда, но необходимы для выполнения технологического перехода.
Примерами вспомогательного перехода являются закрепление заготовки на станке, смена инструмента и т.д. Наименование перехода записывается глаголом в неопределенной форме, который соответствует выполняемому действию. Например: установить, снять, переустановить.
Рабочий ход
— законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, сопровождаемого изменениями формы, размеров, качества поверхности или свойств заготовки.
Вспомогательный ход
— законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, необходимого для подготовки рабочего хода.
Установ
— часть технологической операции, выполняемая при неизменном закреплении обрабатываемых заготовок или собираемой сборочной единицы.
Если два и более перехода выполняются при неизменном закреплении заготовки, то говорят, что эти переходы выполняются за один установ.
Позиция
— фиксированное положение, занимаемое неизменно закрепленной обрабатываемой заготовкой или собираемой сборочной единицей совместно с приспособлением относительно инструмента или неподвижной части оборудования при выполнении определенной части операции.
Изменение позиции заготовки относительно инструмента производится с помощью различных поворотных устройств и на станках револьверного типа. В технологической документации позиции обозначаются римскими цифрами (I, II, …,V,…,Х)
Прием
— законченная совокупность действий человека, применяемых при выполнении перехода или его части и объединяемых одним целевым назначением.
Например, вспомогательный переход “установить и снять заготовку” включает следующие приемы: взять заготовку, установить ее в приспособление, закрепить, включить вращение шпинделя станка, выключить вращение шпинделя станка (после обработки), открепить заготовку, снять заготовку со станка. Рассмотрим структуру операции на следующем примерах.
Значимые изменения
Две ведущие компании по производству процессоров достигли размера в 32 нанометра, демонстрируя это в процессорах поколения Sandy Bridge и AMD Bulldozer.
Компания «Интел» создала кристалл, способный работать с частотой 3500 мегагерц, а количество ядер стало равно четырем. Также появился более усовершенствованный графический чип, встроенный в процессор, частота которого доходит до полутора гигагерц. В то же время чип обладал поддержкой новой оперативной памяти, контроллером интерфейса PCI-E второго поколения и протоколами x86. Увеличилась скорость потока данных, благодаря наличию кэша третьего уровня, размер которого — восемь мегабайт.
Что касается ее прямого конкурента, AMD, то ему удалось оснастить процессор шестнадцатью ядрами с частотой до 4000 мегагерц. В остальном отличия от «Интела» практически нет.
Однако только «синей» команде удалось достичь ощутимого прорыва и выпустить чипы с 22-нанометровым техпроцессом, что позволило процессорам семейства Ivy Bridge, Haswell и Xeon, серий Core i5 и i7 обеспечить высокую производительность, понижая при этом потребляемую энергию.
Техпроцесс в центральных и графических процессорах
Несмотря на то, что техпроцесс напрямую не влияет на производительность процессора, мы все равно будем упоминать его как характеристику процессора, так как именно техпроцесс влияет на увеличение производительности процессора, за счет конструктивных изменений. Хочу отметить, что техпроцесс, является общим понятием, как для центральных процессоров, так и для графических процессоров, которые используются в видеокартах.
Основным элементом в процессорах являются транзисторы – миллионы и миллиарды транзисторов. Из этого и вытекает принцип работы процессора. Транзистор, может, как пропускать, так и блокировать электрический ток, что дает возможность логическим схемам работать в двух состояниях – включения и выключения, то есть во всем хорошо известной двоичной системе (0 и 1).
Техпроцесс – это, по сути, размер транзисторов. А основа производительности процессора заключается именно в транзисторах. Соответственно, чем размер транзисторов меньше, тем их больше можно разместить на кристалле процессора.
Новые процессоры Intel выполнены по техпроцессу 22 нм. Нанометр (нм) – это 10 в -9 степени метра, что является одной миллиардной частью метра. Чтобы вы лучше смогли представить насколько это миниатюрные транзисторы, приведу один интересный научный факт: « На площади среза человеческого волоса, с помощью усилий современной техники, можно разместить 2000 транзисторных затворов!»
Если брать во внимание современные процессоры, то количество транзисторов, там уже давно перевалило за 1 млрд. Ну а техпроцесс у первых моделей начинался совсем не с нанометров, а с более объёмных величин, но в прошлое мы возвращаться не будем
Ну а техпроцесс у первых моделей начинался совсем не с нанометров, а с более объёмных величин, но в прошлое мы возвращаться не будем.
Примеры техпроцессов графических и центральных процессоров
Сейчас мы рассмотрим парочку последних техпроцессов, которые использовали известные производители графических и центральных процессоров.
1. AMD (процессоры):
Техпроцесс 32 нм. К таковым можно отнести Trinity, Bulldozer, Llano. К примеру, у процессоров Bulldozer, число транзисторов составляет 1,2 млрд., при площади кристалла 315 мм2.
Техпроцесс 45 нм. К таковым можно отнести процессоры Phenom и Athlon. Здесь примером будет Phemom, с числом транзисторов 904 млн. и площадью кристалла 346 мм2.
2. Intel:
Техпроцесс 22 нм. По 22-нм нормам построены процессоры Ivy Bridge (Intel Core ix — 3xxx). К примеру Core i7 – 3770K, имеет на борту 1,4 млрд. транзисторов, с площадью кристалла 160 мм2, видим значительный рост плотности размещения.
Техпроцесс 32 нм. К таковым можно отнести процессоры Intel Sandy Bridge (Intel Core ix – 2xxx). Здесь же, размещено 1,16 млрд. на площади 216 мм2.
Здесь четко можно увидеть, что по данному показателю, Intel явно обгоняет своего основного конкурента.
4. Nvidia:
Техпроцесс 28 нм. Geforce GTX 690
Вот мы и рассмотрели понятие техпроцесса в центральных и графических процессорах. На сегодняшний день разработчиками планируется покорить техпроцесс в 14 нм, а затем и 9, с применением других материалов и методов. И это далеко не предел!
Виды техпроцессов
Классификация техпроцессов проводится по нескольким параметрам.
По критерию частоты повторения при производстве изделий технологические процессы подразделяют на:
- единичный технологический процесс, создается для производства уникальной по конструктивным и технологическим параметрам детали или изделия;
- типовой техпроцесс, создается для некоторого количества однотипных изделий, схожих по своим конструктивным и технологическим характеристикам. Единичный техпроцесс, в свою очередь, может состоять из набора типовых техпроцессов. Чем больше типовых техпроцессов применяется на предприятии, тем меньше затраты на подготовку производства и тем выше экономическая эффективность предприятия;
- групповой техпроцесс подготавливается для деталей, различных конструктивно, но сходных технологически.
Пример типового технологического процесса
По критерию новизны и инновационности различают такие виды технологических процессов, как:
- Типичные. Основные технологические процессы используют традиционные, проверенные конструкции, технологии и операции обработки материалов, инструмента и оснастки.
- Перспективные. Такие процессы используют самые передовые технологии, материалы, инструменты, характерные для предприятий — лидеров отрасли.
По критерию степени детализации различают следующие виды технологических процессов:
- Маршрутный техпроцесс исполняется в виде маршрутной карты, содержащей информацию верхнего уровня: перечень операций, их последовательность, класс или группа используемого оборудования, технологическая оснастка и общая норма времени.
- Пооперационный техпроцесс содержит детализированную последовательность обработки вплоть до уровня переходов, режимов и их параметров. Исполняется в виде операционной карты.
Пример маршрутной карты
Пооперационный техпроцесс был разработан во время Второй Мировой войны в США в условиях нехватки квалифицированной рабочей силы. Детальные и подробные описания каждой стадии технологического процесса позволили привлечь к работе людей, не имевших производственного опыта и в срок выполнить большие военные заказы. В условиях мирного времени и наличия, хорошо обученного и достаточно опытного производственного персонала использование такого вида технологического процесса ведет к непроизводительным расходам. Иногда возникает ситуация, в которой технологи старательно издают толстые тома операционных карт, служба технической документации тиражирует их в положенном числе экземпляров, а производство не открывает эти талмуды. В цеху рабочие и мастера за многие годы работы накопили достаточный опыт и приобрели достаточно высокую квалификацию для того, чтобы самостоятельно выполнить последовательность операций и выбрать режимы работы оборудования. Таким предприятиям имеет смысл подумать об отказе от операционных карт и замене их маршрутными.
Существуют и другие классификации видов технологических процессов.
Обработка дерева и металла
На практике одну и ту же деталь, одного и того же размера и веса, из одного и того же материала можно изготовить разными, иногда сильно отличающимися друг от друга методами.
На этапе конструкторско-технологической подготовки производства конструкторы и технологи совместно прорабатывают несколько вариантов описания технологического процесса, изготовления и последовательности обработки изделия. Эти варианты сравниваются по ключевым показателям, насколько полно они удовлетворяют:
- техническим условиям на конечный продукт ;
- требованиям производственного плана, срокам и объемам отгрузки;
- финансово-экономическим показателям, заложенным в бизнес-план предприятия.
На следующем этапе проводится сравнение этих вариантов, из них выбирается оптимальный. Большое влияние на выбор варианта оказывает тип производства.
https://youtube.com/watch?v=q73DFW4JGac
В случае единичного, или дискретного производства вероятность повторения выпуска одной и той же детали невелика. В этом случае выбирается вариант с минимальными издержками на разработку и создание специальной оснастки, инструмента и приспособлений, с максимальным задействованием универсальных станков и настраиваемой оснастки. Однако исключительные требования к точности соблюдения размеров или к условиям эксплуатации, таким, как радиация ил высоко агрессивные среды, могут вынудить применять и специально изготовленную оснастку, и уникальные инструменты.
При серийном же выпуске процесс производства разбивается на выпуск повторяющихся партий изделий. Технологический процесс оптимизируют с учетом существующего на предприятии оборудования, станком и обрабатывающих центров. Оборудование при этом снабжают специально разработанной оснасткой и приспособлениями, позволяющими сократить непроизводительные потери времени хотя бы на несколько секунд. В масштабе всей партии эти секунды сложатся вместе и дадут достаточный экономический эффект. Станки и обрабатывающие центры подвергают специализации, за станком закрепляют определенные группы операций.
При массовом производстве размеры серий весьма высоки, а выпускаемые детали достаточно долгий срок не подвергаются конструктивным изменениям. Специализация оборудования заходит еще дальше. В этом случае технологически и экономически оправдано закрепление за каждым станком одной и той же операции на все время выпуска серии, а также изготовление спецоснастки и применение отдельного режущего инструмента и средств измерений и контроля.
Оборудование в этом случае физически перемещают в цеху, располагая его в порядке следования операций в технологическом процессе
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
Принцип расчленения операций
Операция разбивается на ряд простейших переходов, наладка режимов работы обрабатывающего оборудования выполняется единожды, для первой детали серии, далее оставшиеся детали проходят обработку на тех же режимах.
Такой подход эффективен при больших размерах серий и относительно несложной пространственной конфигурации изделий.
Принцип дает существенный эффект снижения относительной трудоемкости за счет улучшенной организации рабочих мест, совершенствования у рабочих навыка однообразных движений по постановке-снятию заготовок, манипуляций с инструментом и оборудованием.
Абсолютное число установок при этом растет, но сокращается время на настройку режимов оборудования, за счет чего и достигается положительный результат.
https://youtube.com/watch?v=BT7ULCo6ACo
Чтобы получить этот положительный эффект, технологу придется позаботиться о применении специализированной оснастки и приспособлений, позволяющих быстро и, главное, точно устанавливать и снимать заготовку. Размер серии также должен быть значительным.
Выводы
Мы взяли модели на чипсетах, разница между которыми не так уж и велика, но результат все равно впечатляет. Если же мы возьмем чипы прошлых поколений (Snapdragon 6хх или Snapdragon 4хх), то получим целую пропасть. При шести ядрах и 4GB оперативки в ваших руках может оказаться едва живой кусок железа, который за несколько часов убивает батарею, регулярно тупит и раскаляется до пугающих температур. К слову, именно по этой причине (плохие чипсеты) действительно дешевые китайцы временами плавят экран.
Сравнивайте чипсеты по всем параметрам. Выбирайте модели на чипах последних поколений, собранные по 20-нм, 16-нм или 14-нм техпроцессу. Поверьте, узнать техпроцесс чипсета намного проще, чем заработать 400-500 долларов на телефон. Не поленитесь перед покупкой потратить 5 минут, чтобы погуглить и понять, какое сердце у приглянувшейся вам модели. Добавлю, что Qualcomm объявил о переходе на 10-нм техпроцесс, так что вскоре мы получим новые чипы для флагманов, а сегодняшние лидеры станут значительно дешевле.
Будьте грамотным покупателем, и телефон в ваших руках всегда будет быстрым, холодным и с полным зарядом батареи!
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.
