Avantaje oferite de evolutia tehnologiei de fabricatie pentru microprocesoare

Postat de Andrei Boiu la Joi, 11/05/2017 - 13:22
chip

Fabricarea microprocesoarelor este un proces industrial complex ce necesita cercetare la cel mai inalt nivel dar si investitii pe masura. In lume, exista mai putin de 10 producatori mondiali care au reusit sa mentina ritmul necesar pentru a avea productia competitiva si a fi capabili sa dezvolte in viitor aceasta nanotehnologie. La fiecare stadiu tehnologic, care dureaza 2-3 ani, apar noi posibilitati. In ce fel se aleg, insa, care vor fi cele valorificate pentru beneficiarul final, individual sau organizational?

Cel mai important avantaj al tehnologiei de fabricatie tine de costul si eficienta obtinuta pentru o dimensiune si complexitate data a microprocesorului obtinut. Fara evolutia constanta din ultimii aproape 50 de ani, nu am putea vorbi astazi despre microprocesoare ci doar de procesoare. Posibilitatile de integrare a diferitelor componente sunt direct legate de dimensiunile lor. Daca acum mai bine de 40 de ani, modularizarea era o reusita importanta a productiei de masa, astazi ea se refera la integrarea modulelor intr-o asemenea maniera incat se pot realiza sisteme aproape complete intr-o simpla capsula, iar posibilitatile de astazi ale telefoanelor si tabletelor sunt tributare acestui demers.

Un proces anume de fabricatie se descrie succint prin dimensiunea estimata a partilor componente ale circuitelor electronice, in speta a tranzistorilor. Desigur, complexitatea procesului este mult mai mare dar principiul esential este ca aceasta dimensiune descrie posibilitatile avute pentru dezvoltare si determina cele trei cai de dezvoltare: miniaturizarea arhitecturii existente de microprocesor, cresterea performantelor si reducerea consumului de energie electrica. Toate aceste cai sunt interdependente intr-o oarecare masura iar microprocesoarele actuale sau viitoare urmaresc aceste obiective simultan.

Economia de energie electrica este, aparent, cea mai usor de atins. Miniaturizarea permite reducerea distantelor intre componente, ceea ce permite reducerea energiei necesare pentru transferarea unor semnale de aceeasi intensitate. Cu toate acestea, cresterea de performanta nu este liniara. Procese ce tin de felul in care se propaga semnalele, limitele arhitecturii de microprocesor si altele care se refera la conlucrarea intre metale si substrat conduc la reducerea rezultatelor efective in comparatie cu cele estimate. De aceea, fiecare tehnologie noua de fabricatie va reusi doar partial sa aduca saltul asteptat.

Al doilea beneficiu important se refera la cresterea de performanta. Miniaturizarea reduce deprecierea semnalelor ce trebuie sa parcurga rapid distantele stabilite. Scaderea distantelor dar si dimensiunea fizica a elementelor constitutive a unor componente face ca posibilitatea de lucru la o frecventa mai mare, altfel spus la un numar teoretic de operatii pe secunda ce este mai mare, sa devina posibile. Din pacate, si aici, limite legate de arhitectura microprocesorului conduc la o crestere mai mare sau mai mica a performantelor posibile. Trebuie mentionat faptul ca sporirea frecventei de lucru nu este o operatie lipsita de neajunsuri. Alte componente mai lente de care depinde microprocesorul nu vor fi avantajate semnificativ, ceea ce face ca sporul de performanta sa fie mai limitat. In plus, cresterea frecventei de lucru tinde sa sporeasca necesarul de energie si disiparea caldurii, ambele aspecte limitand performanta.

Tinand cont de aceste aspecte, ne putem intreba in ce fel se aleg beneficiile urmarite pentru utilizatorii finali. Avand in vedere necesitatile si obiectivele actuale, fara a fi exhaustiv, estimez ca mai mult de o treime din performanta obtinuta este in utilizarea unei cantitati mai mici de energie electrica, urmand la mica distanta beneficiul miniaturizarii si pe ultimul loc fiind cresterea de performanta. Desigur, diferentele sunt relativ mici intre cele trei optiuni. Ceea ce conteaza este ca sporirea performantei nu este, in momentul actual, principalul beneficiu urmarit. Acest lucru este interesant pentru persoanele care au trait perioada plina de entuziasm a anilor '90, cand cresterile de performanta erau certitudinea schimbarilor care erau asteptate la fiecare doi ani. Cu toate acestea, fara reducerea importantei performantei nu am avea astazi calculatoare mai compacte, silentioase si eficiente energetic. Situatia actuala nu este nicidecum negativa dar este bine de stiut ca ea va continua sa fie centrata pe miniaturizare si portabilitate nu performanta extrema. Pentru unele persoane, visul de a purta un calculator miniatural din ce in ce mai performant, intr-o tableta sau un telefon mobil, este cea mai importanta constatare, iar ea va fi la fel de adevarata si in viitor.