Intel Tick-Tock
Această intrare sau secțiune despre microprocesoare nu menționează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . |
Termenul Tick-Tock a fost folosit de Intel pentru a indica abordarea sa asupra dezvoltării microprocesoarelor și utilizat de la sfârșitul anului 2005 până la începutul anului 2016 , prin care ciclul de dezvoltare al procesorului a fost împărțit în mai multe „pași” (sau pași) mai tarziu.
Inițial, Intel nu a dat niciun nume oficial acestei linii de dezvoltare, dar în 2007 compania a decis să redenumească această abordare în „Tick-Tock”, susținând că reprezintă punctul culminant al optimizării sale a procedurilor de dezvoltare a procesorului.
Datorită unei schimbări strategice, începând din 2016, Intel a trecut la o nouă abordare ușor încetinită, în care a introdus o a treia fază. Această nouă abordare se numește Proces, Arhitectură, Optimizare (prescurtat în PAO ).
Ciclul evolutiv al procesoarelor Intel
Evoluția microprocesoarelor nu depinde exclusiv de proiectarea unor arhitecturi noi și din ce în ce mai eficiente, ci și de evoluția proceselor de producție. De-a lungul anilor, dimensiunile tranzistoarelor care alcătuiesc un procesor au scăzut drastic și acest lucru ne-a permis să creștem semnificativ numărul într-un singur procesor și, în același timp, să putem folosi ceasuri care cresc treptat.
Pentru a înțelege amploarea acestui fenomen în panorama soluțiilor Intel, este suficient să vedem evoluția procesului de producție de la primul procesor Pentium (unul dintre cele mai faimoase produse ale companiei) prezentat în 1993 și construit la 800 nm ( nanometri); a integrat 3,1 milioane de tranzistori și a funcționat la 60 MHz. Aproximativ 15 ani mai târziu, la sfârșitul anului 2007 , Core 2 Extreme Yorkfield construit la 45 nm , a integrat 820 milioane de tranzistori și cu o frecvență de 3 GHz, a fost prezentat, în timp ce în curs În 2012 s -a prezentat primele procesoare de 22nm care funcționează la aproape 4 GHz și sunt echipate cu peste 2 miliarde de tranzistoare.
Conform abordării Tick-Tock, procesul de dezvoltare continuă a procesoarelor Intel a constat în mai mulți pași, fiecare aproape anual:
Dezvoltarea unui nou proces de producție (faza Tick )
Prima fază, numită Tick , a constat în introducerea unui nou proces de producție combinat cu o arhitectură deja matură, pentru a continua cu actualizarea produselor actuale la noul proces de producție, pentru a maximiza randamentul viitoarei generații de procesoare.
Având în vedere că, evident, fiecare nou proces de producție are nevoie de ceva timp pentru a fi complet reglat, Intel a decis să înceapă producția de procesoare pentru sectorul mobil care, având în vedere necesitatea de a conține consumul maxim, funcționează la ceasuri reduse și acest lucru se poate întâmpla și cu procesoarele realizate atunci când un nou proces de producție nu este încă la nivelul maxim de eficiență.
- Exemplu : Procesul de fabricație de 65nm a fost introdus la sfârșitul anului 2005 și a fost introdus cu procesorul mobil Core Duo Yonah , pentru a fi extins la Pentium 4 Cedar Mill și Pentium D Presler . La sfârșitul anului 2007 , a sosit Core 2 Duo Penryn , construit la 45 nm și destinat și sectorului mobil; mai târziu, Core 2 Extreme Yorkfield și Core 2 Duo Wolfdale s-au bazat pe noul proces de producție.
Dezvoltare arhitectură nouă (faza Tock )
Un proces de producție mai avansat permite reducerea consumului și, în general, și creșterea ceasului de funcționare; la aceasta se adaugă faptul că a avea procesoare „mai mici” înseamnă a putea produce mai mult pe aceeași placă de siliciu, cu repercusiuni evidente în ceea ce privește costurile produsului final și mai presus de toate marjele de profit de către producător, datorită creșterii așa-numitelor randament productiv .
Cu toate acestea, trebuie subliniat faptul că dezvoltarea unui nou proces de producție este o dificultate tehnică, aproape exclusiv a materialelor și a ingineriei mecanice , mai degrabă decât a ingineriei electronice . Având în vedere că scopul producătorilor de microprocesoare este de a crește continuu așa-numita „ Performanță pe Watt ” sau de a îmbunătăți din ce în ce mai mult eficiența unui microprocesor pentru a-și exploata potențialul la maximum, devine necesar să se dezvolte în paralel cu un nou procesul de producție și arhitecturi CPU; această operațiune a fost încadrată de Intel în așa-numita fază Tock .
De la începutul anului 2006 și pentru următorii 10 ani, strategia Intel a fost introducerea unei noi arhitecturi la fiecare doi ani, alternând aceasta cu prezentarea unui nou proces de producție. Tocmai în 2006 a fost prezentată microarhitectura Intel Core , în urma NetBurst utilizat în Pentium 4 și Pentium D. La sfârșitul anului 2008 a venit rândul arhitecturii Nehalem , la sfârșitul anului 2010 de Sandy Bridge și la mijlocul anului 2013 de Haswell , la care este urmat în 2015 de Skylake [1] .
- Exemplu : Procesoarele bazate pe arhitectura Core , la același ceas, au fost de 2 ori mai rapide decât cele bazate pe NetBurst, în timp ce au consumat aproximativ jumătate (65 W vs 130 W), deci au fost de 4 ori mai eficiente. Arhitecturile ulterioare, fiind toate evoluțiile originalului „Core”, nu au marcat astfel de creșteri dramatice, crescând în același timp eficiența cu aproximativ 20-30% cu fiecare generație.
Soluții intermediare derivate
Derivarea procesoarelor low-cost
Când se creează o placă de procesor, aceasta este de obicei creată conținând cele mai avansate nuclee posibile. Teoretic, aceste nuclee ar trebui să fie la fel și pot rula toate la ceasul maxim permis de proiect; realitatea, pe de altă parte, este foarte diferită, iar pe un singur Wafer există puține nuclee care au aceste caracteristici excelente. Adesea, versiunile ieftine ale jetoanelor, cum ar fi Celeronele , sunt de fapt exemple ale celor mai renumiți „frați mai mari” al căror randament de producție nu a fost perfect, apoi relansat pe piață după ce le-a testat pentru a fi dezactivat o parte din cache sau a redus frecvența maximă de funcționare sau ceasul autobuzului . Acesta este un mod relativ simplu de a reduce deșeurile și de a valorifica întreaga producție.
Printre strategiile Intel de a ajunge la toate segmentele pieței este tocmai aceea de a obține produse cu costuri reduse pentru a maximiza randamentul și profiturile. În unele cazuri, CPU-urile cu memorie cache limitată sunt produse direct, astfel încât fiecare nucleu să ocupe o suprafață mică pe placă și, prin urmare, este posibil să se producă multe mai multe nuclee pe o singură "felie" de siliciu.
- Exemplu : au existat câteva modele Core 2 Duo Conroe , comercializate cu doar 2 MB de cache în loc de 4 MB originale și au fost obținute prin dezactivarea unei părți din cache. Cu toate acestea, a existat și o versiune produsă direct cu 2 MB și a fost denumită Allendale , în timp ce pentru cea mai ieftină gamă de pe piață a venit nucleul Conroe-L care, în unele versiuni, a fost chiar un singur nucleu (și a fost comercializat sub numele de Celeron (seria xxx) ) unde chiar și un întreg nucleu a fost dezactivat.
Procesoare mai puternice prin combinarea a două procesoare „normale”
În 2005, „cursa” pentru performanțe maxime a producătorilor a trecut de la „cursa GHz” la crearea de procesoare multi-core și de atunci au fost dezvoltate diverse abordări de producție pentru a face acest tip de procesor.
Argumentele pro și contra acestor abordări sunt prezentate în intrărileDual core (tehnici de fabricație) și Dual core (gestionarea cache-ului) , dar aspectul interesant este strategia utilizată de Intel pentru a obține procesoare multi-core fără prea multe investiții în cercetare și dezvoltare. . (această abordare a fost utilizată în principal în primii 3 ani de viață a soluțiilor multicore Intel).
Pornind de la un design de procesor optimizat pentru a fi single core sau dual core, procesoarele multi core sunt create prin „alăturarea” a două sau mai multe nuclee ale designului original pe un singur pachet , de exemplu, printr-o abordare Double Die . Aproape întotdeauna (cel puțin în primele versiuni ale acestor noi procesoare) ceasul este redus pentru a nu depăși specificațiile termice, dar veți obține un procesor cu nuclee duble, cu intervenții minime asupra proiectului original. Această abordare nu este evident cea mai bună din punct de vedere al performanței: un procesor multi-core construit folosind abordarea Die monolitică permite producătorilor să optimizeze fiecare detaliu arhitectural, dar din punct de vedere comercial, fiind capabil să vândă un procesor cu dublu nuclee cu investiția practic nulă în ceea ce privește dezvoltarea, este o „mișcare de marketing” importantă, care aduce avantaje evidente față de concurență.
- Exemplu : Pentium D Presler a fost un dual core obținut prin combinarea a 2 Pentium 4 Cedar Mill, în timp ce Core 2 Extreme Kentsfield a fost realizat începând cu 2 Core 2 Duo Conroe, unde fiecare dintre ele a fost dual core, pentru un total de 4 nuclee pentru Kentsfield. În mod similar, Core 2 Quad Yorkfield a fost realizat prin combinarea 2 Core 2 Duo Wolfdale.
Repetarea diferitelor faze
Diferitii pași descriși au fost repetați odată cu noile generații de procese de producție arhitecturală, pentru a continua evoluția procesorelor. Evident, cu această abordare nu există nicio certitudine absolută că problemele tehnice neprevăzute pot prelungi și timpii așteptați pentru diferitele introduceri, dar, cel puțin în primii 7 ani, Intel a reușit să-și păstreze intențiile, în timp ce în ultimii 3 au existat mici derapaje.dar din motive legate mai mult de aspectul comercial decât de problemele tehnice reale.
În acest moment, este important să subliniem că în propriul proces „ Cercetare-Dezvoltare-Fabricare ” (cercetare, dezvoltare, producție), cele trei faze nu au fost pur și simplu una după alta, cu separări clare între ele; dimpotrivă, o fază ulterioară a început deja pe parcursul finalizării celei anterioare pentru a obține un proces mai organic care ar trebui să fie decisiv mai eficient decât metodele tradiționale și, mai presus de toate, a permis diferitelor grupuri de dezvoltatori care s-au ocupat de fiecare dintre trei faze de schimb reciproc de informații pentru a minimiza impactul oricăror probleme legate doar indirect de fiecare dintre ele.
- Exemplu : atunci când echipa de dezvoltare a procesului de producție de 45 nm a decis să utilizeze noi tehnici de fabricație bazate pe adoptarea „dielectricilor high-k” (straturi dielectrice , deci izolante, cu k constantă ridicată, sau „mai izolante”) și „metalice” gate tranzistors "(tranzistor cu terminal" gate "metalizat) bazat pe hafnium , departamentul a fost informat că în acel moment dezvoltă procesoare de 45 nm, astfel încât dezvoltarea arhitecturii interne să le ia în considerare și inovațiile și, în consecință, adaptați câteva alegeri de proiectare pentru a exploata pe deplin avantajele pe care aceste tehnici le-au putut oferi.
Continuând procesul de evoluție, între sfârșitul anului 2008 și începutul anului 2009 au venit primele procesoare cu 4 nuclee construite la Die Monolithic, Bloomfield și Gainestown (care se bazau pe arhitectura Nehalem , post- "Core").
Considerații de asociere „Proces de fabricație / arhitectură” Intel
După cum s-a anticipat mai devreme, începând cu introducerea arhitecturii Core , după NetBurst și la mijlocul anului 2006 , Intel și-a declarat intenția de a introduce o nouă arhitectură la fiecare doi ani, astfel încât să poată ține pasul cu faimoasa lege a lui Moore . Pentru a crește performanța unui procesor, menținând în același timp consumul de energie sub control, este necesar nu numai să-i optimizăm arhitectura, ci și să creăm noi dispozitive cu procese de producție din ce în ce mai rafinate.
Pentru a limita inovațiile tehnologice neprevăzute necesare pentru reînnoirea generațională a procesoarelor sale, începând de la începutul anului 2006 și pentru următorii 10 ani, Intel a urmat o strategie numită „Tick-Tock”: mai întâi a fost introdusă o nouă tehnologie de producție bazată pe o arhitectură deja testat (faza „ Tick ”) și mai târziu, când această tehnologie a reușit să ofere randamente ridicate , a fost adoptată pentru a produce o nouă arhitectură (faza „ Tock ”).
Primii exponenți ai acestei noi filozofii de proiectare au fost procesoarele Pentium D Presler (care aveau practic aceeași arhitectură cu Smithfield-urile anterioare) cu care a fost introdus procesul de producție de 65 nm (faza „ Tick ”). După testarea noii tehnologii de construcție cu aceste procesoare, Intel a trecut la noua arhitectură Core a Core 2 Duo , produsă întotdeauna la 65 nm (faza „ Tock ”).
În mod similar, între sfârșitul anului 2007 și începutul anului 2008 , Intel a introdus Penryn și procesoarele Wolfdale care au fost , în esență , mor- se contractă din Core 2 Duo, la 45nm ( „Tick“ faza). La sfârșitul anului 2008 , când acest proces de producție se încheia și el, a sosit arhitectura Nehalem (faza „ Tock ”). Evoluția sa Westmere a fost realizată la 32 nm începând cu primele luni ale anului 2010 (faza „ Tick ”), pentru a testa și această tehnologie având în vedere arhitectura ulterioară a Sandy Bridge , care a fost lansată apoi în 2011 (faza „ Tock ”) . Intenția foarte ambițioasă a Intel din 2006 a fost de a îmbunătăți raportul performanță / wați cu 300% până la sfârșitul acelei decade.
Urmând același principiu, Sandy Bridge a fost apoi urmat de micșorarea la 22 nm Ivy Bridge în 2012 (faza „ Tick ”), care, prin urmare, a păstrat aceeași arhitectură, dar a introdus un nou proces de fabricație. În 2013 a sosit și următoarea arhitectură Haswell (faza „ Tock ”), a cărei matriță la 14 nm a luat apoi numele de Broadwell (faza „ Tick ”); acesta din urmă a fost urmat apoi în 2015 de arhitectura Skylake (faza „ Tock ”). Se aștepta ca în 2017 să existe tranziția la următoarea fază „ Tick ” datorită Cannonlake, dar așa cum sa menționat în acel an, Intel a trecut progresiv la noua abordare de dezvoltare PAO, care a revizuit planurile comerciale.
Această metodologie de dezvoltare, în intențiile Intel, a minimizat riscurile inerente adoptării unei noi tehnologii de producție cu o arhitectură complet nouă, permițând proiectanților să se concentreze, la fiecare doi ani, pe rezolvarea unei singure clase de probleme.