Технологический анализ детали с краткой характеристикой её материала

Алан-э-Дейл       05.05.2022 г.

Финансовое положение Intel

Обо всех нюансах с техпроцессами Роберт Свон рассказал на конференции, посвященной финансовому отчету Intel за III квартал 2020 г. Этот период для Intel завершился с 4-процентным падением выручки год к году – до $18,3 млрд. Норма прибыли сократилась на 5,7 процентных пунктов – до 53,1 %.

Операционная прибыль компании тоже сократилась, притом сразу на 22 %, упав до $5,1 млрд, тогда как чистая прибыль показала еще более стремительное падение в сравнении с III кварталом 2019 г. Она снизилась на 29%, оказавшись на уровне $4,3 млрд. чистая — на 29 % до $4,3 млрд.

Квартальные результаты Intel удручают

Серверный сегмент бизнеса Intel показал 7-процентное падение выручки, как и ЦОД-направление, а сегмент интернета вещей – и вовсе 33-процентное. Обвал прибыли в сегменте твердотельной памяти за год составил 11 %, а продажа программируемых матриц принесла на 19 % меньше выручки. После публикации финансового отчета акции Intel упали на 10%.

Рост выручки по итогам III квартала 2020 г. продемонстрировали лишь два направления бизнеса Intel – сегмент клиентских продуктов (+1 %) и подразделение Mobileye (+2 %).

Что важнее — нанометры или плотность

Многие ругают Intel за то, что они ещё не смогли выпустить свой коммерческий процессор на архитектуре 5 или 7 нм, как это делают Apple и Qualcomm. Но вот по плотности размещения транзисторов — Intel безусловный лидер. На один квадратный миллиметр 10 нм процессора Intel помещается на целых 5% больше транзисторов, чем в чипах от Apple, Qualcomm или AMD. Кстати, последние поколения процессоров от этих трёх брендов производит TSMC. 

В интернете я наткнулся на сравнительную табличку процессоров Intel и TSMC:

Обратите внимание на 10- и 7-нанометровые чипы у Intel и TSMC соответственно. Размеры составляющих у них почти идентичны, поэтому 10-нанометров Intel не сильно-то и уступают 7 нм у TSMC

А вот по производительности, за счёт повышенной плотности транзисторов, как я уже сказал выше, даже выигрывают.

Однако, чем больше плотность — тем больше нагрев, поэтому чипы Intel не подойдут для использования в мобильной технике. Зато TSMC выигрывает в плане меньшего энергопотребления и тепловыделения.

А вот тут вы можете сказать — «стоп, но как Intel выдаёт больше производительности, если Apple M1, который производит TSMC разносит старые десктопные процессоры в пух и прах». Да, это действительно так, на деле Apple M1 действительно превосходит в вычислениях Intel, но причина тут не сколько в количестве транзисторов или техпроцессе, сколько в том, насколько эффективно процессор работает с этими транзисторами. В Intel x86 есть много лишних блоков команд, которые TSMC в некоторых производимых чипах, не использует. Об этом более подробно мы писали в отдельном материале с разбором x86 и Apple M1.

Новый техпроцесс для Intel

Компания Intel работает над 7-нанометровыми настольными процессорами с кодовым названием Meteor Lake. Упоминание этого названия обнаружил японский ИТ-энтузиаст Комачи Энсака (Komachi Ensaka), о чем он сообщил в своем Twitter.

Согласно ресурсу HardwareLuxx, выход нового поколения процессоров состоится не раньше 2022 г., но сама Intel этого пока не подтверждает. Освоить 7 нм Intel планирует и в других сегментах, и настольный в данном случае должен стать последним. К концу 2021 г. увидят свет ускорители Ponte Vecchio на базе 7-нанометровых графических процессоров линейки Intel Xe. Затем по новому для нее техпроцессу Intel выпустит серверные чипы, но сроки их появления пока не установлены – вероятно, они, как и Meteor Lake, выйдут в 2022 г., но на несколько месяцев раньше, чем они.

Технические характеристики

«Эльбрус-16С» основан на архитектуре «Эльбрус» шестого поколения. Для сравнения, в настоящее время серийно поставляются серверные микропроцессоры «Эльбрус-1С+» и «Эльбрус-8С» с архитектурой четвертого поколения и «Эльбрус-8СВ» с архитектурой пятого поколения.

Композитный ИИ: что это такое и зачем он нужен?
Искусственный интеллект

Процессор «Эльбрус-16С» включает в себя 16 вычислительных ядер с суммарной производительностью 1,5 ТФлопс при одинарной точности и 750 ГФлопс при двойной. В дополнение к восьми каналам оперативной памяти DDR4-3200 ECC у него есть интегрированные контроллеры Ethernet и 2,5 и 10 Гбит/с и 32 линии PCI-Express версии 3.0.

Вместе с этим новый «Эльбрус-16С» располагает четырьмя каналами SATA 3.0 (пропускная способность 6 Гбит/с). Общее число транзисторов в процессоре – 12 млрд.

«Эльбрус-16С» может использоваться в многопроцессорных системах, в которых число процессоров может достигать четырех. Суммарный поддерживаемый объем оперативной памяти в таких системах составит до 16 ТБ.

Восьмое поколение Intel Core останется на техпроцессе 14 нм

Компания Intel официально объявила, что восьмое поколение процессоров Core по-прежнему будет производиться по технологическому процессу 14 нм. Intel предпочитает позиционировать это поколение как «14 нм+», подчёркивая технические улучшения:

  • улучшенное напряжение канала (channel strain);
  • улучшенный профиль (fin profile);
  • интеграция дизайна и производства.

По имеющейся информации, планы Intel по выпуску Kaby Lake-X, Skylake-X и Cannonlake во второй половине 2017 года остаются неизменными, несмотря на появление вышеупомянутого нового семейства Core i7/i5/i3-8000. Пока не совсем понятно, в какую именно из планируемых продуктовых линеек следует позиционировать новое семейство процессоров для десктопов.

Возможно, новое семейство является неким переходным этапом перед выпуском Coffee Lake, которое пока планируется на I кв. 2018 года. Некоторые специалисты предполагают, что к такому шагу Intel могли подтолкнуть действия AMD, которая собирается в марте 2017 года вывести на рынок линейку процессоров Ryzen.

Отмена стратегии «тик-так»

2006 65 нм P6, NetBurst «тик»
2006 65 нм Core «так»
2008 45 нм Penryn «тик»
2009 45 нм Nehalem «так»
2010 32 нм Westmere «тик»
2011 32 нм Sandy Bridge «так»
2012 22 нм Ivy Bridge «тик»
2013 22 нм Haswell «так»
2014 14 нм Broadwell «тик»
2015 14 нм Skylake «так»
2016 14 нм Kaby Lake «так»

Новый завод для 7 нм

По оценке Intel, оборудование обойдётся примерно в $7 млрд. Такова стоимость современного промышленного предприятия. Пока неизвестно, какое конкретно оборудование понадобится. Возможно, Intel там начнёт использовать фотолитографию в глубоком ультрафиолете (EUV).

В заре двухтысячных Intel надеялась, что к 2005 году частоты процессоров вырастут до 10 ГГц, а работать они будут под напряжением ниже вольта. Как мы знаем, этого не случилось. Примерно десять лет назад перестал работать закон масштабирования Деннарда, утверждавший, что с уменьшением размеров транзисторов можно уменьшать подаваемое на затвор напряжение и увеличивать скорость переключения. С тех пор редко какой процессор получает штатную частоту работы выше 4 ГГц, зато ядер стало больше, на кристалл с материнской платы перекочевал северный мост, появились другие оптимизации и ускорения. Теперь замедляется и закон Мура, эмпирическое наблюдение, которое говорит о постоянном увеличении числа транзисторов на кристалле за счёт уменьшения их размеров.

  • Core i7
  • 8-е поколение
  • Intel
  • 14 нм
  • 10 нм
  • 7 нм
  • Cannonlake
  • Skymont
  • Coffee Lake

Создание более эффективного процесса

Теперь, когда вы получили представление о том, как выглядит ваш текущий рабочий процесс, и выявили все участки, нуждающиеся в улучшении, пора переходить к следующему этапу: созданию более успешного рабочего процесса и устранению операционных проблем, замедляющих работу команды.

Задавайте вопросы

Как и при выявлении текущего процесса, вашим первым шагом в проектировании нового рабочего процесса должно стать общение с участниками команды.

Поговорите с ними откровенно. Почему возникает то или иное препятствие? Есть ли что-то, что необходимо им для нормальной работы, но они этого до сих пор не получили? Что могло бы сделать их работу проще?

Поняв, в чем заключаются их проблемы, почему они возникают и как их можно решить, вы сможете спроектировать и внедрить новый процесс таким образом, чтобы действительно устранить источники проблем, а не создать видимость устранения.

Составьте новую блок-схему

Когда вы приступаете к планированию нового рабочего процесса, создание очередного визуального представления поможет вам убедиться, что проблемы, выявленные в ходе предварительного изучения, будут успешно разрешены.

Но не впадайте в заблуждение, считая, что этот процесс непременно должен быть очень сложным или тщательно оформленным. Если вам удалось перенести его на бумагу так, что он достаточно понятен для вас и для вашей команды, значит, вы все делаете правильно.

«Планируйте рабочий процесс, как если бы вы создавали новую компанию с неограниченными ресурсами», — советует Дэниел Фейман, управляющий директор Build it Backwards. Это поможет вам забыть о ваших ограничениях при составлении блок-схемы, и вы сможете спланировать процесс, который действительно улучшит методы работы вашей команды.

Двигайтесь в обратном направлении

Выстроить новый процесс с нуля может быть довольно сложно. Самый умный способ это сделать — двигаться в обратном направлении.

«Начните с конечной цели или результата и задайте себе вопрос: “Что мы должны сделать, чтобы это получить?” — советует Майкл Клинган, основатель The Claymore Group. — Последовательно примените этот же подход ко всем задачам, которые требуется решить, пока не распланируете весь процесс. То есть, планирование должно вестись от конца к началу».

Допустим, вы расписываете процесс создания статьи для блога, над которой работает вся творческая группа. Вместо того, чтобы начинать с начала, начните с конечного результата: опубликованной статьи. Какой этап предшествует публикации? Включение этой статьи в график публикаций. А до этого? Поисковая оптимизация. А еще раньше? Добавление иллюстраций.

Продолжайте двигаться от более позднего этапа к более раннему, пока не доберетесь до начала — выбора идеи для статьи.

Когда черновик нового процесса будет готов, Клинган рекомендует проверить его и улучшить, обдумав три следующие ситуации:

  • То, что должно было произойти, не произошло.
  • Произошло то, чего не должно было произойти.
  • Вы не знаете, что происходит.

Сократите объем

Даже если вы последовали всем вышеперечисленным рекомендациям, ваш процесс может получиться слишком объемным и сложным.

«Большинство процессов можно выполнить не более чем в шесть этапов, даже с учетом всех сложностей и промежуточных стадий», — утверждает Маркус.

Поэтому так важно попытаться сократить объем процесса, чтобы сделать его как можно более удобным. «Всегда лучше, если вам придется в течение нескольких часов вводить информацию на веб-сайте, чем если вы разработаете очень эффективный процесс, предусматривающий в течение такого же времени ввод информации с телефона», — приводит пример Бахман. Совет

Ищите участки, где вы выполняете какую-то задачу, просто потому, что привыкли ее выполнять — возможно, от этой задачи можно и вовсе отказаться

Совет. Ищите участки, где вы выполняете какую-то задачу, просто потому, что привыкли ее выполнять — возможно, от этой задачи можно и вовсе отказаться.

Совет. Ищите участки, где на каком-то этапе процесса задействовано слишком много исполнителей. Обычно, чем меньше людей привлечены к выполнению одной конкретной задачи, тем лучше.

Совет. Все время спрашивайте себя, нет ли лучшего способа сделать эту работу. Если работа выполнена, это вовсе не значит, что она была сделана наиболее удобным и эффективным методом. Проверки и обучение — это единственный способ улучшить ваши будущие процессы.

Определение и характеристика

ГОСТ дает научно строгое, но сформулированное слишком сухим и наукообразным языком определение технологического процесса. Если же говорить о понятии технологического процесса более понятным языком, то технологический процесс — это совокупность выстроенных в определенном порядке операций. Он направлен на превращение сырья и заготовок в конечные изделия. Для этого с ними совершают определенные действия, обычно выполняемые механизмами. Технологический процесс не существует сам по себе, а является важнейшей частью более общего производственного процесса, включающего в себя в общем случае также процессы контрактации, закупки и логистики, продажи, управления финансами, административного управления и контроля качества.

Схема технологического процесса

Технологи на предприятии занимают весьма важное положение. Они являются своего рода посредниками между конструкторами, создающими идею изделия и выпускающими его чертежи, и производством, которому предстоит воплощать эти идеи и чертежи в металл, дерево, пластмассу и другие материалы

При разработке техпроцесса технологи работают в тесном контакте не только с конструкторами и производством, но и с логистикой, закупками, финансами и службой контроля качества. Именно техпроцесс и является той точкой, в которой сходятся требования всех этих подразделений и находится баланс между ними.

Описание технологического процесса должно содержаться в таких документах, как:

  • Маршрутная карта — описание высокого уровня, в нем перечислены маршруты перемещения детали или заготовки от одного рабочего места к другому или между цехами.
  • Операционная карта – описание среднего уровня, более подробное, в нем перечислены все операционные переходы, операции установки-съемки, используемые инструменты.
  • Технологическая карта — документ самого низкого уровня, содержит самое подробное описание процессов обработки материалов, заготовок, узлов и сборок, параметры этих процессов, рабочие чертежи и используемая оснастка .

Технологическая карта даже для простого на первый взгляд изделия может представлять собой довольно толстый том.

Технологическая карта

Для сравнения и измерения технологических процессов серийного производства применяются следующие характеристики:

  • Цикл технологической операции — длительность (измеряется в секундах, часах, днях, месяцах) операции, повторяющейся с определенной периодичностью. Отсчитывается от момента начала операции до момента ее окончания. Длительность цикла не зависит от числа заготовок или деталей, обрабатываемых одномоментно.
  • Такт выпуска изделия – промежуток времени, через который выпускается это изделие. Рассчитывается как отношение времени, за которое выпускается определенное количество изделий, к этому количеству. Так, если за 20 минут было выпущено 4 изделия, то такт выпуска будет равен 20/4=5 минут/штуку .
  • Ритм выпуска – величина, обратная такту, определяется как число изделий, выпускаемых в единицу времени (секунду, час, месяц и т.п.).

В дискретном производстве такие характеристики технологических процессов не находят применения ввиду малой повторяемости изделий и больших сроков их выпуска.

Производственная программа — представляет собой список названий и учетных номеров выпускаемых изделий, причем для каждой позиции приводится объемы и сроки выпуска.

Производственная программа

Производственная программа предприятия складывается из производственных программ его цехов и участков. Она содержит:

  • Перечень выпускаемых изделий с детализацией типов, размеров, количества.
  • Календарные планы выпуска с привязкой к каждой контрольной дате определенного объема выпускаемых изделий.
  • Количество запасных частей к каждой позиции в рамках процесса поддержки жизненного цикла изделий.
  • Подробную конструкторско-технологическую документацию, трехмерные модели, чертежи, деталировки и спецификации.
  • Техусловия на производство и методики управления качеством, включая программы и методики испытаний и измерений.

Производственная программа является разделом общего бизнес-плана предприятия на каждый период планирования.

Хронология уменьшения размера технологического процесса

’70-е:

3 мкм — такого технологического процесса компания Zilog достигла в 1975 году, Intel — в 1979-м.

’80-е:

  • 1,5 мкм — Intel уменьшила технологический процесс до этого уровня в 1982 году;
  • 0,8 мкм — уровень Intel в конце 1980-х.

’90-е:

  • 0,6–0,5 мкм — компании Intel и IBM находились на этом уровне в 1994–1995 годах;
  • 350 нм — Intel, IBM, TSMC к 1997-му;
  • 250 нм — Intel, 1998 год;
  • 180 нм — Intel и AMD, 1999 год.

’00-е:

  • 130 нм — этого уровня компании Intel, AMD достигли в 2001–2002 годах;
  • 90 нм — Intel в 2002–2003 годах;
  • 65 нм — Intel в 2004–2006 годах;
  • 45–40 нм — Intel в 2006–2007 годах;
  • 32–28 нм — Intel в 2009–2010 годах;
  • 22–20 нм — Intel в 2009–2012 годах;

’10-е:

  • 14–16 нм — Intel наладила производство таких процессоров к 2015 году;
  • 10 нм — TSMC делала такие процессоры уже в 2016-м, а Samsung — в 2020 году;
  • 7 нм — TSMC, 2020 год;
  • 6 нм — TSMC только анонсировала такой технологический процесс в 2019 году;
  • 5 нм — TSMC начала тестирование такого техпроцесса в 2019 году;
  • 3 нм — Samsung обещает делать процессоры с таким технологическим процессом к 2021 году.

Принцип укрупнения операций

В этом случае в рамках одной операции собирается большее число переходов. С практической точки зрения такой поход позволяет улучшить точность взаимного расположения осей и обрабатываемых поверхностей. Такой эффект достигается за счет выполнения всех объединяемых в операцию переходов за одну остановку на станок или многокоординатный обрабатывающий центр.

Подход также упрощает внутреннюю логистику и снижает внутрицеховые расходы за счет снижения числа установок и наладок режимов работы оборудования.

Принцип применяется при работе на револьверных и многорезцовых токарных станках, многокоординатных обрабатывающих центрах.

Что «nm» на самом деле означает

Процессоры выполнены с помощью фотолитографии, где образ процессора вытравливается на куске кремния. Точная методика выполнения этой операции обычно называется технологическим процессом и измеряется тем, насколько малым может быть изготовление транзисторов.

Поскольку более компактные транзисторы более энергоэффективны, они могут выполнять больше вычислений без перегрева, что обычно является ограничивающим фактором для производительности процессора. Это также позволяет уменьшить размеры матрицы, что снижает затраты и может увеличить плотность при тех же размерах, а это означает увеличение количества ядер на чип.

Плотность 7 нм в два раза выше, чем у предыдущего 14 нм узла, что позволяет таким компаниям, как AMD, выпускать 64-ядерные серверные чипы, что значительно превосходит их предыдущие 32 ядра (и 28 ядра Intel).

Важно отметить, что, хотя Intel все еще находится на 14-нм процессоре, а AMD собирается запустить свои 7-нм процессоры очень скоро, это не означает, что AMD будут работать в два раза быстрее. Производительность не соответствует размеру транзистора, и в таких маленьких масштабах эти значения уже не столь точны

Что такое техпроцесс

Производство современных гаджетов основывается на полупроводниковой электронной технике. Для этого используются кристалл кремния — одного из самых распространенных элементов, встречающихся в природе. Этот материал стал важен после того для производства транзисторов, как из производства техники ушли громоздкие ламповые системы, занимающие много места. Процессоры, чипы памяти, контроллеры, различные датчики — для всего этого используется кремний, точнее, кремниевые кристаллы.

Техпроцесс сильно влияет на энергоэффективность устройств

Эта технология используется уже давно и постоянно совершенствуется: меняются только технологии создания чипов. Они уменьшаются и становятся более производительными и энергоэффективными.

Новый техпроцесс

В самое ближайшее время ожидается переход на 0,13-микронный технологический процесс. Этот переход давно обещан ведущими производителями процессоров, но по разным причинам его внедрение откладывается. Тем не менее есть все основания полагать, что уже в этом году такой переход состоится. Чего можно ожидать от перехода на новую технологию?

При прочих равных условиях (если архитектура процессора останется неизменной) переход на 0,13-микронный техпроцесс:

  1. Позволит достигнуть больших тактовых частот.
  2. Снизит величину потребляемой энергии и, соответственно, количество выделяемого тепла.
  3. Позволит сэкономить на силиконовых пластинах (silicon wafer), так как чем меньше площади занимает процессор, тем больше можно разместить на одной пластине кристаллов CPU, что, конечно же, уменьшит себестоимость самого процессора.

Если не будет увеличен объём кэш-памяти L2 и не добавится кэш L3, то размер ядра 0,13 мкм версии Pentium 4 Northwood будет приблизительно наполовину меньше размера Willamette, т.е. около 110 мм2.

Есть, однако, предположение, и тому есть подтверждения с выставки Intel Developer Forum (IDF) 2001, что с переходом на новый 0,13-микронный техпроцесс Intel выпустит «настоящий» Pentium 4, с двумя блоками для операций с плавающей точкой и большей по размеру кэш второго уровня (512 кбайт).

В том или ином виде появления процессора Pentium 4, серийно выпускаемого по технологии 0,13 мкм, следует ожидать в самое ближайшее время. 28 марта 2001 года из пресс-релиза компании Intel стало известно, что уже была выпущена первая пробная партия микропроцессоров Pentium 4, выполненных по 0,13-микронному техпроцессу с использованием 300-миллиметровых кремниевых пластин (на заводе D1C, г. Хиллсборо, штат Орегон, США).

Рис. 5. 0,13-микронный Pentium 4, у которого ножки всего 2 мм (http://www.intel.com/research/)

Переход на 0,13-микронную технологию – это не единственное новшество, ожидаемое в ближайшее время. В настоящее время процессоры изготавливаются из кремниевых пластин, которые в настоящее время имеют диаметр 8 дюймов (200 мм) . После анонса Northwood корпорация Intel должна постепенно перейти на 12-дюймовые кремниевые заготовки (300 мм) . Для конечного пользователя переход производителей микропроцессоров на 12-дюймовые кремниевые заготовки может означать снижение цены процессора. Это всегда радостное событие, позволяющее купить хороший процессор за меньшие деньги.

Intel, конечно же, не в одиночку разрабатывает новые технологические нормы, по которым будут выпускаться следующие поколения CPU. Корпорация Nikon, заручившись наличием спроса, сообщила о форсировании программы разработки оборудования для проекционной литографии (Electron Projection Lithography, EPL) с использованием производственных норм 0,07-микронного технологического процесса. Согласно сообщению представителей Nikon, компания Texas Instruments (та самая, что выпустила первую интегральную микросхему) изъявила желание использовать технологию EPL в производстве чипов памяти, как только консорциум производителей полупроводниковых изделий (Semiconductor Leading Edge Technology Inc., SELETE) одобрит и поддержит предложенную Nikon программу. Корпорация IBM заявила, что рассматривает EPL как наиболее вероятную технологию литографии следующего поколения. Agere Systems, дочернее предприятие Lucent Technologies, также является сторонником EPL. Исследовательское подразделение Nikon – Research Corporation of America – на конференции SPIE Microlithography, которая прошла в конце мая 2001 года в г. Санта-Клара, США, представило на одобрение конструкторскую документацию по программе Nikon EPL, начатой совместно с IBM ещё в 1995 году.

Nikon планирует начать коммерческие поставки EPL-оборудования чипмейкерам в конце 2004 года.

Как Intel придет к 3 нанометрам

Сотрудничество с TSMC входит в новую стратегию Intel по укреплению своих позиций на рынке процессоров и возвращению лидерства в техническом плане. Ее основной конкурент, AMD, давно выпускает 7-нанометровые чипы и готовится к переходу на 5 нм при помощи все той же TSMC.

В рамках своей стратегии, как сообщал CNews, Intel намерена развивать партнерство не только с TSMC, но также с тайваньской UMC, американской GlobalFoundries и корейской Samsung. Все они входят в число основных производителей микросхем на мировом рынке.

При этом у самой Intel тоже есть свои заводы по выпуску процессоров, но здесь она пока сильно отстает от TSMC. Ее фабрики рассчитаны максимум на 10 нм.

Intel пока только мечтает об освоении 7 нм – техпроцесса, который много лет есть в активе TSMC. Компания собирается вложить $20 млрд в два соответствующих завода, и первые такие чипы она намерена выпустить в 2023 г.

Стоит ли обращать внимание на процессор при покупке телефона

Сейчас техпроцесс современных процессоров дошел до отметки 7 нанометров. Это хороший показатель и следующим шагом будет 5 нанометров, но зацикливаться на этом не стоит. У процессора есть много других параметров, да и такое небольшое изменение техпроцесса вы вряд ли заметите.

Куда важнее смотреть на другие показатели смартфона, а эти лишние 2-3 нанометра на данном этапе дадут вам преимущество, только если верить в то, что оно действительно есть. Смартфон — это сложная штука и в ней хватает других вещей, которые влияют на производительность.

Например, загруженность сторонними приложениями, скорость памяти, архитектура, требовательность приложений, с которыми вы работаете, и многое другое. В чистом виде процессор будет более быстрым и более экономичным. Конечно, если сравнивать 40-нм и 5-нм техпроцессы, то разница будет, но между этими показателями прошло несколько лет. Между моделями, выпущенными с разницей в год, не будет такой разницы в производительности.

Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.