IBM 2nm -piirit: Ominaisuudet ja sovellukset suorittimissa

IBM: n ilmoitus 2 nm: n prosessista on osoitus siitä, että laitteisto jatkaa mittakaavansa seuraavien 5 vuoden ajan, kuten se on aina tehnyt ja jatkuvasti, mutta puolestaan ​​mainittu ilmoitus tuottaa sarjan tuntemattomia, koska nanometrien määrä on ollut pitkä aika vastaa enemmän markkinointia kuin fyysistä todellisuutta.

Tällä viikolla näimme uuden IBM-valmistussolmun. Mitä voimme odottaa tältä solmulta ja mikä on harppaus verrattuna solmuihin, joita tällä hetkellä käytetään erilaisten sirujen ja muistien valmistukseen?

IBM: n 2 nm: n solmun vertailu nykyisiin

IBM 2nm -piirit: Ominaisuudet ja sovellukset suorittimissa

IBM: n 2 nm: n solmulla valmistetun näytesirun tiheys on 333 miljoonaa transistoria neliömetriä kohti. Muista, että transistoreiden tiheys riippuu siitä, mitä niihin rakennetaan, ja että muisti on paljon tiheämpi kuin logiikka, joten kaikilla IBM: n kokeellisessa 2 nm: n solmussa valmistaman prosessorin alueilla ei ole tällaista tiheyttä. Joka tapauksessa tiheyden mittaaminen siitä, mitä SRAM käyttää kussakin solmussa, on näissä tapauksissa normaalia.

Uutiset ovat tärkeitä tilanteessa, jossa Mooren laki näyttää hidastuvan yhä enemmän ja yleisen tunteen kanssa, että saavutetaan solmu, joka kehityskustannusten, käyttöönoton tai fyysisten rajoitusten kannalta ei salli pelimerkkien siirtymistä voidaan skaalata edelleen. .

Todellisuudessa olemme solmun edessä, joten meidän pitäisi odottaa vuotta 2024 tai 2025 ainakin sen markkinoille tulon kannalta.

Ovatko ne todella 2 nm?

IBM 2 nm

TSMC: n 7 nm: n solmutiheys on 96.5 miljoonaa transistoria neliömetriä kohti. On otettava huomioon, että transistoreiden tiheys kasvaa neliöllisesti niiden koon pienentyessä. Esimerkiksi minkä tahansa solmun tiheyden kaksinkertaistamiseksi meidän on vain kerrottava koko 0.7: llä. Esimerkiksi, jos otamme 7 nm: n, meidän on vain kerrottava tämä koko 0.7: llä, mikä antaa meille 4.9-5 nm: n solmun.

Mutta katsemmeko todella 2 nm: n solmua? Hypoteettisen tulevan solmun tiheyden tuntemiseksi meidän on vain tehtävä seuraava laskelma:

Muunnettavan solmun skaalauskerroin = (1 / tunnettu solmu) ^ 2

Sitten meidän on vain tehtävä seuraava:

Uuden solmun transistoritiheys = Tunnetun solmun transistoritiheys / Solmun skaalauskerroin, johon se on tarkoitus muuntaa.

Ensimmäisellä kaavalla saadaan skaalauskerroin 0.08, mikä osoittaa, että hypoteettisen "todellisen" 2 nm: n solmun tiheys olisi lähes 1200 miljoonaa transistoria neliömetriä kohti. Lähes neljä kertaa enemmän kuin IBM ilmoitti, mutta tähän on myös lisättävä, että TSMC: n 7 nm ei ole oikeastaan ​​täsmälleen 7 nm, vaan paljon pienempi tiheys ja siten paljon suurempi solmu todellisissa nanometreissä.

Kuinka se vertautuu muihin olemassa oleviin solmuihin?

Transistorit 2 nm IBM

Siksi sitä kutsutaan 2 nm: n solmuksi, koska sen tiheys on suurempi kuin 3 nm: n solmut, joita mainostavat Samsung ja TSMC. Samsungin tapauksessa sen 3 nm: n solmun mainostettu tiheys on 180 miljoonaa neliömetriä kohti, kun taas TSMC: n 3 nm: n prosessin mainostettu tiheys on 315 miljoonaa.

Syy, miksi IBM kutsuu solmuaan "2nm", johtuu yksinkertaisesti siitä, että sen tekniset tiedot ovat paljon parempia kuin TSMC: n ja Samsungin. Nyt näemme sen perustelut.

IBM 2nm -solmun nopeus ja virrankulutus

IBM 2 nm

Toinen tärkeä seikka on se, kuinka prosessorit skaalautuvat nopeuteen ja kulutukseen, toisin sanoen jos valmistamme olemassa olevan sirun uuden solmun alla. Kuinka nopeasti se saavuttaisi tai kuinka kulutusta vähennettäisiin? Molemmat samanaikaisesti eivät voi olla, joten nämä kaksi kuvaa annetaan erikseen.

Suoritin, joka valmistettiin TSMC: n 7 nm: n solmun alla, IBM: n 2 nm: n solmun alla, menisi kellotaajuudella 45% nopeammin samalla kulutuksella. Jos pidämme kellonopeutta, energiankulutus putoaa 75 prosenttiin.

Kellonopeudella on kuitenkin temppu, koska aina pyydetään tarkka jännitteen ja kellonopeuskäyrän piste, joka on korkein. Sama pätee kuluttajaan, jossa näyttää siltä, ​​että IBM on saanut paremman solmun kulutetun energian näkökulmasta.

Suurimman energiatehokkuuden saavuttamiseksi IBM 2 nm -solmu saa nimensä, ja tämä johtuu HNS- tai Horizontal Nanosheets -tekniikan käytöstä. Intel käyttää 5 nm: n solmussa, joka kilpailee kasvoistasi Samsungin ja TSMC: n 3 nm: n solmuihin. Tiedämme, että Samsung ottaa ne käyttöön tulevaisuudessa, mutta emme tiedä, tekeekö TSMC vai valitsevatko he toisen ratkaisun.

IBM: n ja Intelin yhteisyritys

Intel IBM

Kyllä, tämä lausunto saattaa tuntua sinulle hyvin järkyttävältä, mutta meidän on pidettävä mielessä, että IBM: llä, toisin kuin Intelillä, ei ole omia valimoita, mutta se suunnittelee siruja ja ennen kaikkea investoi paljon uusien sirujen valmistukseen solmuja, jotka se lisensoi kolmansille osapuolille. Joten se on erilainen liiketoimintamalli kuin TSMC: llä, Samsungilla ja Intelillä.

Toisin sanoen, mitä IBM on tehnyt, on suunnitella standardit uudelle tuotantosolmulle ja sitten se on luonut näytesirun, joka on malli, joka yhdistää kaikki nykyajan prosessorin suunnittelun yleiset elementit ja on luotu uudelleen käyttämällä kokeellinen versio sen 2 nm: n solmusta.

Fábrica-IBM

IBM on työskennellyt rutiininomaisesti maailmanlaajuisten perustajien kanssa, mutta he putosivat kokonaan kilpailusta eivätkä päässeet 7 nm: iin. Joten IBM: n kumppani tässä tapauksessa on Intel, ja voimme etsiä tulevan lntel-solmun teknisiä tietoja.

Lisäksi on mahdollista, että kohtaamme Intelin 5 nm: n solmun spesifikaatiot, joiden kanssa ne seisovat TSMC: n ja Samsungin 3 nm: n solmuja vastaan, joista olemme aiemmin keskustelleet tässä artikkelissa.