PK mikroprocesorių apžvalga ir technologijos (I dalis)

Pastaba: straipsnis atsiųstas redakcijai portalo lankytojų, kaip rastas internete, ir jo autorius, deja, nežinomas. Būtų malonu, jei šio rašinio kūrėjas atsilieptų ir susisiektų su mumis.

Turinys

I dalis

1. Procesorių klasifikacija.
1.1. „Intel“.
1.2. AMD.
1.3. „Cyrix“.
1.4. „Rise“.
1.5. „Centaur“.
2. Naujos technologijos mikroprocesorių gamyboje.
2.1. Variniai laidininkai.
2.2. SiGe technologija.
2.3. Silicis ant izoliatoriaus (silicon-on-insulator, SOI).
2.4. Naujos izoliacines medžiagos.

II dalis

3. Naujausi personalinių kompiuterių procesoriai.
3.1. „Celeron“ procesorių apžvalga.
3.2. AMD procesorius K6-III.
3.3. AMD procesorius K7 („Athlon“).
3.4. „Intel“ procesorius „Pentium III“ („Coppermine“).
4. Literatūra

1. Procesorių klasifikacija

Šiame skyriuje bus išvardintos žymiausios firmos, gaminančios procesorius personaliniams kompiuteriams, taip pat bus trumpai paminėti jų gaminami produktai.

1.1. „Intel“

„Pentium“ – patys pirmieji P5 kartos procesoriai atsirado 1993 m. kovo mėnesį. Tuomet, kad nepasikartotų klaida su „i486“ (teismas atmetė „Intel“ ieškinį firmai AMD dėl sutampančių pavadinimų), „Intel“ savo procesoriui suteikė vardą, kuris vėliau tapo bendriniu. Pirmieji „Pentium“ procesoriai turėjo kodinį pavadinimą 80501, jų maitinimas buvo 5 V, matricine tvarka išdėstyti išvadai dirbo 60 arba 66 MHz dažniu. Šie procesoriai buvo gaminami pagal 0,80 mikrometro technologiją. Verta pastebėti, kad duomenų magistralės dažnis buvo lygus procesoriaus branduolio dažniui. Jie buvo leidžiami tiktai „Socket 4“ jungčiai. Sekantis šių procesorių vystymosi žingsnis tapo P54 arba 80502. Jo maitinimo įtampa – 3,3 V, išvadai išdėstyti šachmatinės matricos pavidalu, į komandų rinkinį buvo įdėta procesoriaus identifikacijos komanda „cpuid“ ir dar kelios. Šie procesoriai buvo pradėti gaminti metai po 80501.

Pradžioje jie buvo gaminami pagal 0,5 µm, vėliau – pagal 0,35 µm technologiją. Jų taktinis dažnis buvo 75–200 MHz, o magistralės dažnis 50–66 MHz. Pirmo lygio spartinančioji atmintinė (cache) buvo 16 kB. Pradžioje jie buvo gaminami „Socket 5“ jungčiai, o vėliau „Socket 7“. Procesoriaus architektūra – IA32 (32 bitų), komandų rinkinys nesikeitė nuo „i386“.

„Pentium w/MMX technology“ – sekančiu dideliu žingsniu tapo P55 procesorius, kuriame buvo pirmą kartą realizuotos naujos 57 komandos MMX. Gamyba pradėta 1997 pradžioje. Procesoriai buvo gaminami pagal 0,35 µm technologiją. Procesoriaus maitinimo įtampa buvo sumažinta iki 2,8 V, todėl teko keisti sistemines plokštes. Pirmo lygio spartinančioji atmintinė buvo padidinta du kartus, o procesoriaus taktinis dažnis 166–233 MHz. Šis procesorius skirtas „Socket 7“ jungčiai.

„Tillamook“ – procesorius, skirtas nešiojamiesiems kompiuteriams. Patobulinto ir dirbančio pagal 0,25 µm technologiją procesoriaus taktinis dažnis buvo pakeltas iki 266 MHz, taip pat buvo sumažinta branduolio įtampa ir naudojama galia. Spartinančioji atmintinė buvo 32 kB, turėjo MMX komandų rinkinį. Šie procesoriai buvo gaminami taktiniams dažniams nuo 133 iki 266 MHz su magistralės dažniu 60–66 MHz.

„Pentium Pro“ – pirmas šeštosios kartos procesorius. Pradėtas gaminti 1995 pabaigoje. Jame pirmą kartą buvo panaudota antro lygio spartinančioji atmintinė, išdėstyta pačiame procesoriuje ir dirbanti dažniu, lygiu procesoriaus dažniui. Šio procesoriaus savikaina buvo labai didelė ir praktiškai nesumažėjo visame gamybos laikotarpyje. Procesorius buvo gaminamas pagal 0,5 µm ir pagal 0,35 µm technologiją (priklausomai nuo spartinančiosios atminties dydžio). Antro lygio spartinančioji atmintinė buvo 256, 512, 1024 ir 2048 kB. Taktinis dažnis 150–200 MHz, magistralės dažnis 60–66 MHz. Buvo gaminamas tiktai „Socket 8“ jungčiai. „Pentium Pro“ palaikė visas „Pentium“ (ne MMX) instrukcijas, o taip pat eilę naujų („cmov“, „fcomi“ ir t. t.).

„Pentium II“ – eilė P6/6x86 procesorių, kurie pirmieji atsirado 1997 gegužės mėn. Pavadinimas „Pentium II“ („Klamath“, „Deschutes“, „Katmai“ ir t. t.) vidutinio lygio kompiuteriams, „Celeron“ („Covington“, „Mendocino“, „Dixon“ ir t. t.) nebrangiems „low-end“ kompiuteriams, „Xeon“ („Xeon“, „Tanner“, „Cascades“ ir t. t.) serveriams ir darbo stotims. Procesoriai turi modifikacijas „Slot 1“, „Slot 2“, „Socket 370“ jungtims. Žemiau yra aptartas kiekvienas porūšis smulkiau.

„Klamath“ – pats pirmasis PII procesorius. Pradėtas gaminti 1997 gegužę. Buvo gaminamas pagal pasenusią 0,35 µm technologiją, todėl taktinis dažnis buvo tiktai 266–300 MHz. Magistralės dažnis 66 MHz, antro lygio atmintinė – 512 kB ir išdėstyta ant procesoriaus plokštės ir dirba prie pusės procesoriaus dažnio. Pirmo lygio spartinančioji atmintinė buvo 32 kB. Šis procesorius dirbo „Slot 1“ jungtyje.

„Deschutes“ – tolesnė PII modifikacija. Pradėtas gaminti 1998 pradžioje. Gamintas pagal 0,25 µm technologiją, todėl darbo dažnis gali siekti 450 MHz ir daugiau, magistralės dažnis 66–100 MHz. Visa kita kaip ir „Klamath“ procesoriuje. Šiuo metu „Deschutes“ branduolys naudojamas visuose šiuo metu gaminamuose PII serijos procesoriuose.

„Tonga“ – tai yra „Deschutes“ procesoriaus versija, skirta nešiojamiesiems kompiuteriams. Pradėtas gaminti 1998 m. viduryje. Taktinis dažnis nuo 233 MHz ir daugiau. Magistralės dažnis 66 MHz. Šis procesorius gaminamas su jungtimis „Mini Cartridge Connector“ ir „Mobile Module Connector“ 1 ir 2 (MMC-1 ir 2).

„Katmai“ – tai „Deschutes“ patobulinimas. Jame buvo atlikti šie pakeitimai : įdėtas SSE (Streaming SIMD Extensions) blokas, praplėstos MMX komandos, patobulintas priėjimo prie atminties mechanizmas. Gaminamas pagal 0,25 µm technologiją. Taktinis dažnis 450–600 MHz. Magistralės dažnis 100 MHz.

Celeron – atpigintas PII variantas, kuriame nėra antro lygio spartinančiosios atmintinės arba ji 128 kB. Šiuo metu yra gaminamos tokios modifikacijos: „Covington“, „Mendocino“, „Dixon“. Pradėtas gaminti 1998. Gaminamas „Socket 370“ ir „Slot 1“ jungtims.

„Covington“ – pirmasis „Celeron“ atstovas gaminamas ant „Deschutes“ branduolio naudojant 0,25 µm technologiją. Taktinis dažnis 266–300 MHz, sisteminės magistralės dažnis 66 MHz, L1 – 32 kB, L2 spartinančiosios atmintines nėra. Dėl pigumo gaminamas be apsauginio kartridžo. Statomas į „Slot 1“ jungtį.

„Mendocino“ – „Celeron“ patobulinimas. Skirtingai nuo savo pirmtako turi L2 spartinančiąją atmintį 128 kB dydžio, kuri yra integruota į procesoriaus korpusą. Taktinis dažnis yra 300–500 MHz, magistralės dažnis 66 MHz. Nuo 2000 metų „Intel“ planuoja šiuos procesorius pradėti gaminti 100 MHz magistralei ir naudoti 0,18 µm technologiją. Šie procesoriai pasižymi neblogomis charakteristikomis dėka to, kad L2 spartinančioji atmintinė dirba dažniu, lygiu procesoriaus branduolio dažniui. Procesorius gaminamas „Slot-1“ ir „Socket-370“ jungtims.

„Dixon“ – „Celeron“ modifikacija nešiojamiems kompiuteriams. Naudojama 0,25 µm technologija. Nuo „Mendocino“ skiriasi tuo, kad L2 spartinančioji atmintinė yra 256 kB. Taktinis dažnis nuo 300 iki 500 MHz, magistralės dažnis – 66 MHz.

„Coppermine“ – „Pentium III“, pagamintas pagal 0,25 µm technologiją. L2 spartinančioji atmintinė 256 arba 512 kB. Dažnis nuo 600 MHz ir daugiau. Pagrindinis magistralės dažnis – 133 MHz. Šiuo metu naujausias „Coppermine“ pagrindu pagamintas PIII procesorius dirba 733 MHz dažniu.

„Coppermine“ (FC-PGA 370) – atpigintas „Coppermine“ variantas, skirtas „FlipChip PGA 370“ jungčiai. Skirtas naudoti su „Socket-370“ sisteminėmis plokštėmis ir dirbantis su 100 MHz magistrale. Gaminami 500, 550, ir 600 MHz variantai.

„Coppermine 128K“ – „Mendocino“ su SSE palaikymu. Numatomas taktinis dažnis – nuo 600 MHz, numatoma pradėti gamybą 2000 m. pradžioje.

„Timna“ – „Coppermine 128K“ su integruotu vaizdo valdikliu ir „Direct Rambus“ DRAM valdikliu. Planuojamas taktinis dažnis – nuo 533 MHz. Gamybos pradžia – 2000 m.

„Xeon“ – „Pentium Pro“ patobulinimas. L2 spartinančioji atmintinė dirba prie dažnio, lygaus procesoriaus branduolio dažniui. Tai pirmas procesorius „Slot 2“ jungčiai ir skirtas visų pirma galingiems serveriams ir darbo stotims. Šio procesoriaus pagrindas yra „Deschutes“ branduolys ir gaminamas pagal 0,25 µm technologiją. L2 spartinančioji atmintinė gali būti 512, 1024, 2048 kB ir kaip tik šios atminties savikaina nulemia labai didelę šio procesoriaus kainą.

„Tanner“ – „Pentium III Xeon“, t. y. „Xeon“ skiriasi taip pat, kaip „Katmai“ nuo „Deschutes“. Skirtas, visų pirma, „hi-end“ serveriams. Taktinis dažnis nuo 500 MHz, magistralės dažnis 100 MHz, kaip kad ir visu „Xeon“ CSRAM-L2 spartinančioji atmintinė dirbanti procesoriaus dažniu ir apimtimi: 512, 1024 ir 2048 kB. Savaime suprantama – MMX ir SSE, L1 spartinančioji atmintinė – 32 kB. Tai yra pirmasis x86 „Intel“ procesorius, galintis dirbti 8 procesorių konfigūracijoje.

„Cascades“ – „Pentium III Xeon“ pagamintas pagal 0,18 µm technologiją. Praktiškai tai yra „Coppermine“, skirtas serveriams. L2 spartinančioji atmintinė 256 kB, taktinis dažnis – nuo 600 MHz, sisteminės magistralės dažnis – 133 MHz. Šiuo metu yra gaminamas 733 MHz variantas. Procesorius skirtas „Slot 2“ jungčiai.

„Willamette“ – sekantis po „Coppermine“, iš pagrindų naujas IA-32 (32 bitų architektūros) procesorius, skirtas namų kompiuteriams. L2 spartinančioji atmintinė mažiausiai 1 MB, jame bus esminių patobulinimų – didesni buferiai, papildomi dekoderiai ir t. t., kas leis 30–50 % padidinti greitį, palyginus su „Deshutes“ ir „Katmai“. Gamyba bus pradėta nuo 0,18 µm, vėliau bus pereita prie 0,13 µm. Taktinis dažnis nuo 1 GHz ir daugiau. Planuojama gamyba – 2000 m. pabaiga, 2001 pradžia. Numatoma naudoti naują „Socket-423“ jungtį.

„Foster“ – serverinis „Willamette“ variantas. Galimas daiktas, kad bus pagamintas „Merced“ sisteminės magistralės pagrindu, su numatomu 3,2 GB/s pralaidumu. Žymiai padidintos L1 ir L2 atmintinės. Taktinis dažnis nuo 1 GHz ir daugiau. Planuojama gamyba – kartu su „Willamette“. Numatoma jungtis – „Slot-M“. Greičiausiai tai bus paskutinis IA-32 „Intel“ procesorius – savotiška perėjimo prie IA-64 grandis.

„Merced“ – pirmas IA-64 (64 bitų) architektūros procesorius, aparatiškai suderinamas su IA-32, turės trijų lygių spartinančią atmintį, įskaitant 0-io lygio. Našumas bus maždaug tris kartus didesnis už „Tanner“. Bus panaudota 0,18 µm technologija. Taktinis dažnis – nuo 800 MHz, sisteminės magistralės dažnis – 200 MHz. Taip pat 4 blokai skirti darbui su slankiuoju kableliu. Aritmetinis procesorius dirbs 20 kartu greičiau negu pas „Pentium Pro“. Jungtis – „Slot M“. Planuojama išleisti 2000 m. viduryje.

„McKinley“ – planuojama išleisti pirmoje 2001 pusėje. Tai yra antroji IA-64 karta, taktinis dažnis nuo 1 GHz. Numatomas našumas – du kartus didesnis už „Merced“. Triskart turėtų padidėti duomenų perdavimo greitis dėl padidintos spartinančiosios atminties ir jos greičio. Gamybos technologija – pradžioje 0,18 µm, vėliau 0,13 µm. Jungtis – „Slot M“.

„Madison“ – „McKinley“ patobulinimas, planuojamas išleisti 2002 metais. Tai turėtų būti tas pats „McKinley“, bet pagamintas naudojant varinę, vėliau 0,13 µm technologiją.

„Deerfield“ – procesorius numatomas išleisti 2003 metais. Tai turėtų būti 0,13 µm „Motorola“ technologija pagamintas „Foster“ patobulinimas. Bus gaminamas „Slot M“ jungčiai. Tai turėtų būti nebrangus IA64 architektūros procesorius vidutinio galingumo darbo stotims ir serveriams.

„Northwood“ – IA-64 procesorius, taktinis dažnis nuo 3 GHz ir daugiau. Numatoma gamyba – 2003 metais. Jungtis – „Slot M“.

1.2. AMD

K5 – pirmas AMD procesorius, skirtas konkuruoti su „Pentium“. Panašiai kaip ir „Cyrix 6x86“, buvo naudojamas PR reitingo sistema AMD ir „Intel“ procesorių greičiams palyginti. Šie procesoriai turėjo 24 kB pirmo lygio (L1) spartinančią atmintinę. L2 atmintinė buvo ant sisteminės plokštės. Magistralės dažnis nuo 50 iki 66 MHz. Buvo gaminamos tokios procesorių modifikacijos : K5-75, K5-90, K5-100 ir K5-PR133. Buvo naudojama 0,6 mm, vėliau 0,35 mm technologija. Procesoriai buvo skirti „Socket 7“ jungčiai.

K6 – pradėtas gaminti 1997 m. naudojant 0,35 mm technologiją. Vėliau 233 MHz K6 buvo gaminamas pagal 0,25 mm technologiją. Procesorius buvo pagamintas pagal 686 procesorių, pagamintą kompanijos „NexGen“. K6 turėjo MMX modulį, L1 atmintinė buvo 64 kB. Procesoriai turėjo RISC tipo vidinę architektūrą ir tai leido padidinti greitį esant tam pačiam taktiniam dažniui. Vėliau atsirado K6 „Model 7“ skirti nešiojamiesiems kompiuteriams su dažniu 266 ir 300 MHz, pagaminti pagal 0,25 mm technologiją.

K6-2 – sekanti K6 karta. Pradėtas gaminti 1998 pradžioje. Pagrindinis šio procesoriaus patobulinimas – „3DNow! „instrukcijos (leidžiančios greičiau dirbti su 3D objektais ir multimedija), taip pat 100 MHz sisteminė magistralė. L1 atmintinė tokia pati kaip ir pas K6. Procesorius pradėtas gaminti 266 MHz dažnio, dabar leidžiamas 500 MHz. AMD K6-2 gaminamas dviem modeliais : „Model 8“ ir „Model 9“. Pastarasis naudojamas 380 MHz ir didesnio dažnio procesoriuose ir pasižymi patobulintu darbu su spartinančiąja atmintine.

„Sharptooth“ (K6-III) – pirmasis AMD procesorius, turintis 256 kB L2 spartinančiąją atmintinę procesoriaus branduolyje ir dirbančią tuo pačiu dažniu kaip ir pats procesorius. Pradėtas gaminti 1999 vasario mėnesį 400 MHz, šiuo metu gaminamas 500 MHz dažnio.

„Argon“ – K7 branduolio kodinis pavadinimas.

K7 („Athlon“) – pirmasis AMD projektas, kuriame firma nustojo tiesiogiai kopijuoti „Intel“. Procesorius turi labai didelę – 128 kB L1 atmintinę. L2, priklausomai nuo modifikacijos gali būti nuo 512 kB iki 16 MB. Šiuo metu L2 atmintinė dirba prie 1/3 procesoriaus branduolio dažnio. Greitu laiku planuojama išleisti modifikacijas, dirbančias prie 1/2 procesoriaus dažnio. Naudojama 200 MHz EV-6 sisteminė magistralė, ir gali dirbti net prie 400 MHz ir daugiau. Palaikomos MMX instrukcijos, yra praplėstas, palyginus su K6-III, „3DNow!“ blokas. Naudojama „Slot A“ jungtis. Dabar procesorius gaminamas su 500, 550, 600, 650, 700 MHz taktiniais dažniais naudojant 0,25 mm technologiją. Priklausomai nuo L2 atmintines dydžio „Athlon“ procesorius pavadinime turi dar viena žodį ir pilni pavadinimai yra tokie: „Athlon Value“, „Athlon Ultra“ ir „Athlon Select“. 2000-ųjų pradžioje planuojama pereiti prie 0,18 mm technologijos ir naudoti varinius laidininkus. Šie patobulinimai leis pasiekti 1 GHz dažnį. Taip pat numatoma išleisti „Socket 370“ arba „Socket 423“ procesoriaus versiją – L2 spartinančiąją atmintinę išdėstyti procesoriaus viduje.

K8 – sekantis AMD projektas. Tai turėtų būti 64 bitų procesorius, skirtas konkuruoti su „Intel IA-64“ technologija. Numatoma išleisti 2000 pabaigoje – 2001 pradžioje. Dažnis turėtų būti apie 1,5 GHz. Šis procesorius turėtų naudoti naujos kartos „Alpha“ sąsają EV-7 arba EV-8.

1.3. „Cyrix“

6x86 – arba M1. Našumo palyginimui su „Intel“ produkcija buvo naudotas PR reitingas, nurodantis kokiu dažniu turėtų dirbti „Pentium“ procesorius, kad dirbtų taip pat kaip ir 6x86. Procesoriai buvo leidžiami su PR reitingais nuo 120 iki 200 MHz. L1 spartinančioji atmintinė buvo 16 kB. Sisteminės magistralės dažnis – nuo 50 iki 75 MHz. Jungtis „Socket 7“.

MediaGX – pirmas procesorius, pagamintas pagal ideologiją „PC-on-a-chip“. Prie 5x86 branduolio buvo pridėtas atminties ir PCI valdiklis, integruotas vaizdo spartintuvas. Pačiuose paskutiniuose modeliuose buvo integruotas 6x86 branduolys. PR reitingas nuo 180 iki 233 MHz, L1 atmintinė 16 kB, naudota 0,5 mm technologija. Šiuo metu yra gaminami du procesoriai: „Geode GXLV“ (0,35 mm, 166–266 MHz) ir „Geode GX1400“ (aparatiškai palaikomos MPEG-2, „Dolby AC3“ ir kitos sistemos).

MII – pagrindinis šiuo metu „Cyrix“ gaminamas procesorius pradėtas gaminti 1998 m. L1 atmintinė 64 kB, L2 – ant sisteminės plokštės ir yra nuo 512 kB iki 2 MB. Palaikomos MMX instrukcijos ir vėlgi, naudojamas PR reitingas. Pavyzdžiui, „Cyrix MII PR366“ iš tikro dirba 250 MHz dažniu. Naudota 0,25 mm technologija. Artimiausiu laiku numatoma pereiti prie 0,18 mm technologijos. Šiuo metu gaminami procesoriai su PR reitingu 300–433 MHz.

„Cayenne“ – kodinis branduolio pavadinimas naudojamas „Gobi“ ir „MediaPC“ procesoriuose.

„Gobi“ (MII+) – pirmas „Cyrix“ procesorius, skirtas „Socket 370“ jungčiai. Palaikomos MMX ir „3DNow!“ instrukcijos. Patobulintas aritmetinis modulis darbui su slankiuoju kableliu. Panaudota 256 kB L2 atmintinė išdėstyta procesoriuje ir dirbanti procesoriaus branduolio dažniu. Numatoma gamyba – 2000-ųjų pradžia su PR reitingu nuo 433 MHz.

„MediaPC“ – „MediaGX“ tęsinys, skirtas „Socket-7“ jungčiai ir dirbantis dažniuose nuo 233 iki 300 MHz. Branduolys toks pats kaip ir „Gobi“, bet papildomai įdėtas grafinis spartintuvas ir periferinis valdiklis.

„Mxi“ – „Socket-7“ jungčiai „Pc-on-a-chip“, pagamintas „Cayenne“ branduolio pagrindu.

„Jalapeno“ – kodinis „Mojave“ procesoriaus branduolio pavadinimas.

„Mojave“ (M3) – procesorius, turintis 32 kB L1 atmintinę ir 256 kB integruotą L2 atmintinę. Gaminamas pagal 0,18 mm technologiją. MMX ir „3DNow!“ instrukcijų palaikymas. Taktinis dažnis 600–800 MHz, sisteminės magistralės dažnis – 100–133 MHz. Lustas turės integruotą atminties valdiklį ir 3D spartintuvą. Numatoma išleisti 2000-ųjų antroje pusėje. Tačiau šiuo metu „Cyrix“, o kartu ir šio procesoriaus ateitis yra gana miglota.

1.4. „Rise“

„mP6“ – pirmas „Rise“ procesorius daugiausia skirtas nešiojamiesiems kompiuteriams, naudojantiems „Socket 7“ jungtį. L1 atmintinė 16 kB, L2 – ant sisteminės plokštės ir gali būti nuo 512 kB iki 2 MB. Procesorius palaiko MMX instrukciją. „Rise“, kaip ir „Cyrix“ naudoja PR reitingų sistemą. Gaminami procesoriai su PR nuo 166 iki 366 MHz.

„mP6 II“ – „mP6“ procesorius su 256 kB L2 spartinančiąja atmintine. Šio procesoriaus gamyba vis dar atidedama.

„Tiger“ – „mP6 II“, skirtas „Socket 370“ jungčiai. Numatoma gamyba – 2000-ųjų pradžia.

1.5. „Centaur“

„Winchip C6“ – procesorius, orientuotas naudoti pigiuose kompiuteriuose. Sisteminė magistralė – 66 MHz, jungtis „Socket 7“. Procesorius naudoja MMX instrukcijas. Pagamintas pagal 0,35 mm technologija. Pradėtas gaminti 1997-ųjų pabaigoje 180–240 MHz modifikacijose.

„Winchip-2“ – gaminamas pagal 0,25 mm technologiją, L1 atmintinė – 64 kB, L2 – ant sisteminės plokštės, dirba su 100 MHz sistemine magistrale. Palaiko MMX ir „3DNow!“ instrukcijas. Skirtas „Socket 7“ jungčiai. Nuo „Winchip“ skiriasi geresniu matematiniu procesoriumi. Procesorius pradėtas gaminti 1998-ųjų pabaigoje, dažnis nuo 200 iki 300 MHz.

„Winchip-2A“ – „Winchip-2“ su pataisytu „3DNow!“ moduliu.

„Winchip-3“ – L1 atmintinė 64 kB, L2 – 128 kB integruotas procesoriuje. Buvo planuota išleisti 1999-ųjų viduryje, tačiau dėl VIA pirkimo „Cyrix“ ir „Centaur“ firmų, šio procesoriaus ateitis neaiški.

„Winchip-4“ – buvo planuota išleisti 1999-ųjų pabaigoje. Turėtų dirbti prie 400–500 MHz, o perėjus prie 0,18 mm technologijos – 500–700 MHz. Tačiau dėl tų pačių priežasčių procesoriaus ateitis taip pat neaiški.

Čia buvo trumpai paminėti įvairių gamintojų procesoriai. Apie pačius naujausius smulkiau parašyta vėlesniuose skyriuose. Taip pat bus aptartos kai kurios šiuo metu naudojamos technologijos. Šiuo metu pagrindinė konkurencinė kova vyksta tarp „Intel“ ir AMD firmų, ypač po „Athlon“ procesoriaus išėjimo.

2. Naujos technologijos mikroprocesorių gamyboje

Šiame skyriuje bus aptartos kai kurios naujausios IS gamybos technologijos, kurios jau artimiausiu laiku bus plačiai taikomos.

2.1. Variniai laidininkai

Šiuo metu aktyviai vystoma technologija, kuri leis puslaidininkiuose aliuminio takelius pakeisti variniais. Varis yra žymiai geresnis laidininkas negu aliuminis (vario specifine varža yra 0,0175, o aliuminio 0,028 Ohm*mm²/m). Todėl galima sumažinti laidininkų skerspjūvį. Šio metu naudojamas aliuminis tampa vis didesniu stabdžiu, kadangi visą laiką mažinant tranzistorių matmenis, jungiamieji takeliai santykinai užima vis didesnę kristalo dalį.

Perėjimas prie vario susijęs su tam tikrais sunkumais. Pagrindinis iš jų yra tas, kad varis nesudaro pakankamai gero ominio kontakto su puslaidininkiu. Šios problemos tyrimai vyksta jau ne vieną dešimtmetį. Ir pagaliau buvo sukurta technologija, leidžianti sukurti labai ploną skiriamąją plėvelę tarp puslaidininkio ir vario, kuri neleidžia vykti difuzijai tarp šių dviejų medžiagų.

Pasak IBM atstovų, aliuminio pakeitimas variu leis procesorių savikainą sumažinti maždaug 20–30 % dėl mažesnių puslaidininkio sąnaudų. Jau CMOS 7S technologija leidžia viename kristale išdėstyti iki 150–200 milijonų tranzistorių. Taip pat ši technologija leis padidint procesorių našumą maždaug 40 % dėl mažesnės laidininkų varžos.

IBM šią technologiją pristatė 1998-ųjų pradžioje ir pasiūlė ją savo klientams. AMD savo „Athlon“ procesorius su variniais laidininkais pradės gaminti 2000-ųjų pradžioje, o „Intel“ prie jos ruošiasi pereiti 2002-aisiais, kartu su 0,13 µm technologija.

2.2. SiGe technologija

Tuomet, kai dažnis pasiekia 1 GHz, silicio technologija pagaminti kristalai pradeda susidurti su sunkumais. Paprastai gaunami du kraštutinumai : silicis – pigu, bet lėta; galio arsenidas – greita, bet brangu. Sprendimas buvo gautas pagrindui panaudojus dvejus puslaidininkius – silicį ir germanį – SiGe. 1992 metais pagal šią technologiją buvo pagamintas standartinis MOP tranzistorius pagal 0,25 µm technologiją.

Panaudojus šią medžiagą pavyksta 2–4 kartus padidinti greitį ir maždaug tiek pat sumažinti energijos sąnaudas kristale. Be to SiGe procesorius galima gaminti nekeičiant technologinių linijų. Pasak IBM, potencialus tranzistorių greitis su jų technologija šiuo metu yra 45– 50 GHz ir dirbama, kad šį skaičių padidinti iki 120 GHz. Tačiau artimiausiu metu realiuose procesoriuose šios technologijos dar nepamatysime, nes tiems greičiams, kurie yra dabar ir bus artimiausioje ateityje visiškai pakaks silicio su vario technologija ir SIO.

2.3. Silicis ant izoliatoriaus (silicon-on-insulator, SOI)

Tai yra dar viena technologija, leidžianti gana nesunkiai padidinti lustų greitį neįnešant didelių technologinių pakeitimų. Kaip ir vario technologija, SIO leidžia maždaug 25 % padidinti greitį ir maždaug tiek pat sumažinti energijos suvartojimą. SIO technologijoje virš silicio oksido sluoksnio yra sudaromas plonas gryno silicio sluoksnis. Gaunamas puslaidininkis ant izoliatoriaus. To reikia tam, kad sumažinti MOP tranzistorių talpą.

Šio metodo įgyvendinimo sunkumas gludi skirtingose medžiagų struktūrose. Puslaidininkis yra kristalas, o oksidas – ne. Ant oksido paviršiaus pritvirtinti dar vieną silicio sluoksnį yra sunku. Neseniai IBM pristatė savo procesorių „PowerPC“ ir atminties modulius SRAM, pagamintus pagal šią technologiją, tuo parodydama, kad SIO jau gali būti taikoma komercijoje. Taip pat buvo pranešta, kad pavyko sujungti SIO ir vario technologijas viename luste.

2.4. Naujos izoliacines medžiagos

Be šių technologijų dar vyksta tyrimai, kurie leistų silicio oksidą pakeisti geresniu izoliatoriumi. Silicio oksido sluoksnis turi būti gana storas ir šiuo metu jo storio mažinimas praktiškai jau pasiekę fizinę ribą. Anksčiau buvo vykdomi poliamidų tyrimai, o šiuo metu „Motorola“ vykdo perovskitų tyrimą. Šie kristalai pasižymi daug didesne dielektrine skvarba. Stroncio titanas šiuo parametru silicio oksidą lenkia daugiau nei visa eile. Su šia technologija pavyktu 3–4 kartus sumažinti tranzistoriaus storį, žymiai sumažinti nuotėkio sroves ir padidinti elementų skaičių kristale, kartu sumažinant jo energijos sąnaudas.

Kol kas ši technologija dar yra ankstyvoje stadijoje, bet „Motorola“ jau pristatė standartinę 20 cm skersmens silicio plokštelę, padengtą naujuoju izoliatoriumi.

Toliau skaitykite II dalį.

Visą straipsnį galite atsisiųsti iš archyvo.