Die Barrieren der HдufigkeitsgrцЯe

Jewgenij Rudometov

authors@rudometov.com

Auf die Pfade der VergrцЯerung der Produktivitдt der Prozessoren auf Kosten von der Verkleinerung des Zooms der Lithographie und der GrцЯe der Taktfrequenzen stehen die Barrieren, die mit den physischen Gesetzen verbunden sind. Die Lцsung der Probleme – in der Entwicklung und der Einfьhrung der neuesten Technologien und arhitektur.

Fьr die verhдltnismдЯig kurze Periode der Entwicklung der Rechner, die aufgrund der Halbleiterelemente erstellt sind, die Rechenmacht diese werdend unersetzlich der Einrichtungen ist in viele Tausende Males gewachsen. Dazu in der groЯen Stufe trug die Evolution der Architektur der Prozessoren und die Vervollkommnung ihrer inneren Strukturen bei. Realizuemye mit Hilfe der neuesten Halbleitertechnologien gewдhrleisteten die angebotenen Neuerungen die stдndige GrцЯe der Taktfrequenzen, die die VergrцЯerung der Produktivitдt gewдhrleisten.

Vom Gesichtspunkt des Benutzers, die Produktivitдt des Prozessors ist eine Ausfьhrungszeit eines bestimmten Befehlsvorrats, deren Reihenfolge das Computerprogramm bildet. Je es ist weniger, desto besser, das heiЯt ist besonders produktiv der im System verwendete Prozessor. Es bedeutet, dass man unter der Produktivitдt die Zahl der Befehle, die fьr den Takt erfьllt werden, multipliziert auf die Taktfrequenz des Prozessors verstehen kann:

Die Produktivitдt = (die Zahl der Befehle fьr den Takt) h (die Taktfrequenz)

Die Zahl der Befehle, die fьr den Takt erfьllt werden, hдngt wie vom erfьllten Programm, als auch von der Architektur des Prozessors (ab mit welchem Satz der Maschinenbefehle fдhig ist, der Prozessor es zu arbeiten und wie sich diese Arbeit verwirklicht). Auf der Hцhe des Prozessors wird ein Befehl des Programms in etwas mechanischen Instruktionen oder der elementaren Befehle, wobei die Effektivitдt solchen Umwandelns und von der Architektur des Prozessors abhдngt, und von der Optimierung der Codes unter die konkrete Architektur des Prozessors umgewandelt werden. AuЯerdem je nach der Architektur des Prozessors kцnnen sich die elementaren Befehle parallel erfьllen.

Ьbrigens soll aus dem Obenernannten klar sein, was unkorrekt wдre, die Produktivitдt der Prozessoren, die verschiedene Architektur haben zu vergleichen, nur auf der Taktfrequenz der Prozessoren gegrьndet worden. Deshalb kцnnen bei einer und derselbe Taktfrequenz einer Anwendung auf den Prozessoren zum Beispiel von der Gesellschaft Intel, und andere — auf den Prozessoren von AMD wirksamer erfьllt werden .

Doch wenn eine ein und derselbe Familie der Prozessoren, die von den Modellen der identischen Architektur vorgestellt sind, so ihre Produktivitдt zu vergleichen, ausgehend von der Taktfrequenz des Prozessors zu betrachten, wird vollkommen korrekt sein.

Also, fьr die Erhцhung der Produktivitдt des Prozessors ist zweckmдssig, die Taktfrequenz seiner Arbeit zu erhцhen, ist als der Halbleiterkristall — die Kerne des Prozessors, der bildend die Grundlage dieses wichtigsten Elementes und seine Mцglichkeiten bestimmt genauer  .

Jeder Prozessor ist gerade auf die angegebene Frequenz, und wenn der Prozessor, auf die Arbeit auf der Frequenz die 3 MHz sagen wir, gerechnet ist, so es nicht die Laune des Produzenten, und die objektive Realitдt gerechnet. Natьrlich, ist die Prozessoren eines Model-Lineales unsprьnglich werden nach einer und derselbe Technologie, in ein und derselbe Bedingungen und auf einer und derselbe technologischen Linie hergestellt. Doch entstehen in einer beliebigen Produktion, infolge verschiedener Umstдnde, die Abweichungen von den aufgegebenen Normen, die dazu bringen, dass die integrierten Schaltkreise der Prozessoren etwas ausgezeichnet voneinander die Charakteristiken haben. Fьr die Aufspьrung der Folgen solcher Abweichungen werden die technische Kontrolle und die Prьfung der Produktion durchgefьhrt. Unbedingt, im Einzelnen jeden Kristall in allen zahlreichen Etappen seiner Herstellung zu prьfen, in Anbetracht der Zooms der дhnlichen Produktion, es mцglich nicht scheint. Gerade vom Dichter wird die stichprobenartige Prьfung aus jeder Partei der Fertigware in der Regel durchgefьhrt. Im Verlauf der Prьfung zeigt sich die Fдhigkeit der Prozessoren, auf dieser oder jener Frequenz zu arbeiten, wonach die ganze Partei der Prozessoren entsprechend der vorliegenden Frequenz markiert wird. Es bleibt die Wahrscheinlichkeit, dass der vom Benutzer erworbene Prozessor die stichprobenartige Prьfung nicht gegangen ist und ist fдhig, etwas groЯe Frequenz zu unterstьtzen, als es ist auf der Markierung angewiesen. AuЯerdem der Produzent legt einigen "Sicherheitsgrad", der die statistische Streuung der Parameter berьcksichtigt, mit der Unmцglichkeit verbunden ist, 100 % die Hдufigkeiten der Produktionsprozesse zu gewдhrleisten. Daraufhin kцnnen die Mehrheit der Prozessoren, die der Benutzer in die Hдnde fallen, auf den erhцhten Frequenzen erfolgreich arbeiten. Doch die Mцglichkeit der nicht etatmдssigen Regimes anerkennend, ist nцtig es zu berьcksichtigen, dass die дhnlichen Regimes verringern kцnnen fьr den korporativen Markt, der verbunden ist nicht empfohlen sein.

Doch muss man bemerken, dass sich je nach der Vervollkommnung der Technologien, mit deren Nutzung die Prozessoren ausgegeben werden, die statistische Streuung der Parameter verengert. Es lдsst zu nicht nur, den vom Produzenten einsteilbaren "Sicherheitsgrad", sondern auch schrittweise zu verringern, im Rahmen der technologischen Mцglichkeiten die immer mehr produktiven Modelle auszugeben. Doch wird schrittweise die Reserve der Technologie erschцpft. Und ungeachtet der Vervollkommnung des inneren Designs des Kernes, die Ausgabe der neuen Modelle des oberen Hдufigkeitsumfangs wird allen schwieriger und schwieriger gegeben.

Und doch, was die grenzenlose GrцЯe der Frequenz der Arbeit der inneren Strukturen des Halbleiterkernes des Prozessors stцrt, welche Effekte, welche physische Prozesse diesen Prozess behindern?

Um auf diese Frage zu antworten, muss man erinnern, dass die modernen Prozessoren der Tischrechner schon verhдltnismдЯig aus den Dutzenden Millionen Elemente seit langem bestehen. Diese Elemente sind von den Feldtransistoren, die nach der speziellen Technologie KMOP hergestellt sind (komplementarnaja des Logikers aufgrund der Technologie das Metall-Oxyd-Halbleiter, CMOS) vorgestellt. AuЯerdem, der Halbleiterkern Northwood, die nach der Technologien 130 nm und lange Zeit seiende Grundlage der Prozessoren Intel Pentium 4 erstellt sind  , schlieЯt 55 Mio. Transistoren ein. Doch hat ungestьm ersetzend den Vorgдnger 90 nm der Kern Prescott auf etwas Dutzende Millionen Elemente grцsser bekommen, als dessen Ergebnis die Zahl der Transistoren den astronomischen Wert in 125 Mio. erreicht hat  

Hier ist nцtig es zu erinnern, dass die Parameter der Transistoren von ihnen tiporazmerov in bedeutendem Grade abhдngen. Die Verдnderung tiporazmerov klдrt sich von der Evolution der technologischen Prozesse, entsprechend denen sich die Ausgabe der Prozessoren verwirklicht. Im Hauptparameter, der tehprotsess charakterisiert, ist das Zoom der Technologie, das die Umfдnge der Halbleiterelemente bestimmt, der inneren die Grundlage bildenden Ketten der Prozessoren, die aus entsprechenden Weise verbundenen untereinander der Transistoren bestehen.

Die Tabelle 1. Die Evolution der technologischen Prozesse der Firma Intel

Die Benennung des Prozesses	P854	P856	P858	Px60	P1262	P1264	P1266	P1268
Die Einfьhrung, das Jahr	1995	1997	1999	2001	2003	2005	2007	2009
Das Zoom, nm	350	250	180	130	90	65	45	32
Die Platte Si, mm	200	200	200	200/300	300	300	300	300
Die Interverbinden	Al	Al	Al	Cu	Cu	Cu	Cu	Cu
Die Lдnge zatvora, nm	350	200	130	70	50	30	20	15
Dielektrik zatvora	SiO2	SiO2	SiO2	SiO2	SiO2	SiO2	High-k	High-k
Die Pipe	Si	Si	Si	Si	Strained Si	Strained Si	Strained Si	Strained Si

Die Verbesserung der Technologie und die proportionale Verkleinerung der Umfдnge der Transistoren tragen zur Verbesserung ihrer Parameter bei, wichtigste deren sind ihre Schnelleigenschaften.

Bei der Verkleinerung der Lдnge zatvora () in m Male in der proportionalen Weise wachsen die Hдufigkeitsparameter und die Dichte der Unterbringung der Transistoren.

Die Tabelle 2. Die Verдnderung der Parameter der Transistoren je nach ihnen tiporazmerov

Die Parameter	Koffitsient
Die Lдnge zatvora (X)	1/M
Die Breite zatvora (Y)	1/M
Die Dicke zatvora (Z)	1/M
Die Dichte der Unterbringung	M*M
Die Frequenz der Arbeit	M
Die Anstrengung	1/M

Die Umfдnge jedes der Transistoren, die den Prozessorkern Prescott bilden, schon ist weniger es von allem des bekannten Virus die Grippe. Verbunden in einer bestimmten Weise untereinander mehr sind Hundert Millionen mikroskopischer Transistoren auf die auЯerordentlich kleine Flдche konzentriert eben arbeiten nicht selten auf den Frequenzen, wesentlich ьbertretend zehn gigagerts. Es ist offenbar, dass dieser Elemente aufeinander den gegenseitigen negativen Einfluss leisten. Diesen Einfluss kann man auf dem Beispiel zwei nebenan gelegenen Schaffner, die die Elemente im Kern des Prozessors verbinden leicht exemplifizieren.

Die Abb. 1. Zwei die Reihe gelegene Schaffner, die die Elemente im Kern verbinden

Diese Schaffner verfьgen ьber die gegenseitige Kapazitдt. Diese Kapazitдt hдngt von der Entfernung zwischen den Schaffnern und die Flдchen gewandt der Freund zum Freund der Seiten nach der bekannten Formel wie bekannt ab: C = k ґ S / d, wo Mit — die Kapazitдt, S — die Flдche, d — die Entfernung, k — der Koeffizient, dessen Sinn wird weiter prдzisiert sein.

Wegen der gegenseitigen Kapazitдt bilden sich die unkontrollierbaren Strцme, da auf den hohen Frequenzen der von den Schaffnern gebildete Kondensator ьber die Leitungsfдhigkeit verfьgt, obwohl fьr den Gleichstrom solche Anordnung ein sicherer Isolator ist. Natьrlich, das Verhalten des gebrachten Schemas auf den hohen Frequenzen bewertend, darf man nicht nicht bemerken, dass die Umfдnge der Schaffner klein sind, aber es ist wenig und die Entfernung zwischen ihnen. Die GrцЯen der Frequenzen berьcksichtigend, sowie kann man die Zahl solcher Schaffner, deren Zahl viele Millionen bildet, behaupten, dass man ihren Einfluss auf die Hдufigkeitseigenschaften der inneren Strukturen des Prozessorkernes nicht vernachlдssigen darf. Besonders wenn jenen Umstand zu beachten, dass jeder Schaffner auch ьber den aktiven Widerstand, und der Induktivitдt verfьgt. Und es bedeutet, dass das дquivalente Schema zwei Schaffner die Gesamtheit der Kapazitдten, der Resistoren und induktivnostej darstellt. Es ist offenbar, dass sie ьber die Eigenschaften des integrierenden Schemas mit den zahlreichen Resonanzen verfьgt. AuЯerdem, im realen Leben muss man den gegenseitigen Einfluss einiger Schaffner aufeinander berьcksichtigen. Es illustriert die folgende Zeichnung, auf der die Variante drei Schaffner vorgestellt ist.

Die Abb. 2. Die Variante drei nebenan gelegenen Schaffner, die die Elemente im Kern verbinden

Wahrscheinlich, es gibt keine Notwendigkeit, zu beweisen, dass es die Hдufigkeitseigenschaften solchen Systems schon als die einfache Variante zwei Schaffner viel komplizierter ist. Es bleibt ьbrig, dass auch aktiv (die Widerstдnde zu ergдnzen), und reaktiv (die Kapazitдt, der Induktivitдt) sind die Komponenten der vollen Impedanz verteilt nach der ganzen Lдnge der Schaffner. Es kompliziert die Beschreibung und das Verhalten der дhnlichen Systeme auf den hohen Frequenzen vielfach. Doch wird die Situation, sich wenn zu erinnern noch komplizierter sein, dass sich das beschriebene System nicht im Vakuum befindet, und zwischen den Schaffnern befinden sich die Stoffe, die ьber die bestimmten Dielektrisch-Parameter verfьgen, beeinflussend auf die GrцЯen der gegenseitigen Kapazitдten. AuЯerdem, berьcksichtigend, dass die Dielektrisch-Durchdringlichkeit der in den integrierten Schaltkreisen verwendeten Materialien als Einheit ist mehr, die GrцЯen der gegenseitigen Kapazitдt nehmen im Vergleich zu den vorhergehenden Fдllen in der entsprechenden Weise zu. Das musterhafte Schema ist auf der Abb. 3 gebracht.

Die Abb. 3. Die Variante zwei Schaffner, die den Einfluss dielektrikov berьcksichtigt

Aus der gebrachten Zeichnung soll klar sein, warum streben die Konstrukteure, fьr die Isolierung der Elemente der integrierten Halbleiterschaltkreise die Materialien mit der kleineren GrцЯe der Dielektrisch-Durchdringlichkeit (k) zu verwenden.

Es bleibt ьbrig, zu ergдnzen, dass die hochfrequenten Parameter der beschriebenen Schemen von vielen Faktoren abhдngen. Es ist genьgend zum Beispiel die geometrischen Umfдnge der Schaffner, ihre gegenseitige Zuneigung, den Bestand der Metalle und Umgebung dielektrikov, die mikroskopischen Defekte aufzuzдhlen. Beliebige Variationen dieser Parameter bewirken die entsprechenden Дnderungen in den Hдufigkeitseigenschaften. Ьbrigens ist es einer der Grьnde der Notwendigkeit "den Sicherheitsgrad" in die komplizierten hochfrequenten Erzeugnisse zu legen.

AuЯer der Topologie der Schaffner muss man berьcksichtigen und der Einfluss der Transistoren, wessen Struktur und das physisches Wesen ist als die abgesonderten Schaffner viel komplizierter, selbst wenn, weil sie die aktiven Elemente sind. Doch verwirklichen die Transistoren nicht nur die Verwaltung der durch sie laufenden Elektrostrцme, die Funktionen der schnellwirkenden elektronischen Schalter erfьllend. Es handelt sich darum, dass diese winzigen Halbleiterelemente die mдchtigen Quellen der elektromagnetischen Ausstrahlung sind. Dabei, die elektromagnetische Einwirkung auf die benachbarten Elemente leistend, erproben sie seinerseits selbst den дhnlichen Einfluss von den benachbarten Ketten. Bildend der Transistoren p‑n‑переходы sind fдhig, das nicht vorgesehene Detektieren der gerichteten Strцme, ihre Verstдrkung und die nachfolgende Sendung zu verwirklichen. Zum Wort, schwierig zu sagen, und genau vorzustellen, den elektromagnetischen Hintergrund innerhalb der Kristalle der Prozessoren zu beschreiben, der dank der engen Verpackung der Elemente mit den variabelen Feldern der sehr hohen Gespanntheit charakterisiert wird. Diese Felder bilden die komplizierte Struktur, die sich entsprechend verschiedenen Frequenzen der Arbeit der inneren Strukturen des Prozessors fortlaufend дndert, es bilden sich variabele Maxima und Minima in verschiedenen Grundstьcken des Halbleiterkristalls des Prozessors Dabei, deren Bild sich entsprechend den erfьllten Operationen stдndig дndert.

Die Abb. 4. Die Struktur des traditionellen kmop-Transistors

Das Gesamtbild wird, wenn zu berьcksichtigen vielfach komplizierter, dass die Umfдnge der Transistoren jene Werte schon erreicht haben, wenn allen bol'shee den Einfluss beginnen die Quanteneffekte zu leisten. Die gegebenen Effekte, ungeachtet der stдndigen Vervollkommnung der Architektur der Transistoren und der Verkleinerung ihrer Umfдnge, tragen zur VergrцЯerung der unkontrollierbaren Strцme bei. Ihr allgemeiner Strom bildet sich aus den Strцmen, die neideal'nost'ju der Isolierung bewirkt werden, sowie den AusflieЯen verschiedener Natur durch die Interelementkapazitдten und sogar auf Kosten vom Tunneleffekt.

Vom Ergebnis der Miniaturisierung der Halbleiterelemente, die die Grundlage der elektrischen Schaltungen auf den Halbleitersiliziumchips und die Beschдftigten auf den superhohen Frequenzen unter den Bedingungen der bedeutenden elektromagnetischen Stцrungen bilden, ist die ungestьme GrцЯe der Strцme des AusflieЯens.

Hier ist nцtig es, dass fьr die Sicherung der Immunitдt der Arbeit der elektrischen Schaltungen, die Strцme, die von den arbeitenden Elementen kontrolliert werden zu erinnern, sollen grцsser ungesteuerter Strцme des AusflieЯens sein. Im Ergebnis der negativen Erscheinungen, die von den Prozessen der Miniaturisierung bewirkt werden, die ungesteuerten Strцme, deren Grundlage die Strцme des AusflieЯens bilden, sowie beschrдnken die parasitischen Strцme, die mit der GrцЯe der Frequenz der Umschaltung der Transistoren verbunden sind, die Verkleinerung teploobrazovanija der Prozessoren. Es bedeutet, dass der erwarteten wesentlichen Verkleinerung teploobrazovanija nicht geschieht, ungeachtet der Verkleinerung der Betriebsspannung, die dank der Verkleinerung tiporazmerov die Transistoren erreicht ist.

Die Abb. 5. Die GrцЯe der Macht des Stromes des AusflieЯens wegen der Verkleinerung tiporazmerov der Transistoren CMOS (nach den Materialien IDF)

Der Anteil des angegebenen unkontrollierbaren Teiles des Stromes ziemlich bedeutend nimmt mit der GrцЯe der Frequenz eben zu. Es ist noch ein Grund, der den Produzenten zu legen in die Halbleitererzeugnisse "den Sicherheitsgrad" zwingt.

Im Kampf mit der GrцЯe der negativen Tendenzen, die in den elektrischen Schaltungen geschehen, der in den Kristallen realisierten Prozessoren und andere integrierte Schaltkreise, fьhren die Fachkrдfte die neuen Technologien ein. Als das Beispiel kann man zum Beispiel die Nutzung der kupfernen Schaffner anstelle aluminium-, der Materialien mit den niedrigen Kennziffern der Dielektrisch-Durchdringlichkeit - low k, der Technologien des gespannten Siliziums - Strained Si und das Silizium-auf-Isolator – SOI bringen.

Das Ersetzen des Aluminiums mit dem Kupfer fьr die die Transistoren verbindenden Schaffner hat die Senkung der Verluste bei der Sendung der Signale gewдhrleistet. Daraufhin hat es insgesamt teplovydelenie verringert eben hat zugelassen, die Taktfrequenzen des Prozessors zu vergrцssern.

Die selben Ziele verfolgten die Hersteller, die Materialien low k und Strained Si verwendend. Erste, verwendet fьr die Isolierung der inneren Ketten, einschlieЯlich verbindend verringern die Schaffner, die Werte der parasitischen Interelementkapazitдten, die die GrцЯe der Taktfrequenzen behindern. Zweite sind fьr die Verkleinerung des Widerstands der Pipe die Quelle-Abfluss vorbestimmt. Ist es damit verbunden, dass das gespannte Silizium, mit der groЯen Entfernung zwischen den Atomen seines kristallinischen Gitters charakterisiert wird, was den kleineren Widerstand des Stroms der Elektronen gewдhrleistet. Und es verringert teplovydelenie und lдsst zu, die Taktfrequenzen zu vergrцssern.

Es ist nцtig zu bemerken, dass dem Kampf mit teplovydeleniem die Nutzung und solche Technologien, wie SOI gerichtet ist. Diese Technologie gewдhrleistet die Senkung der parasitischen Strцme durch die Unterlage.

Des дhnlichen Ziels, aber nur fьr die Ketten zatvorov, auch ist die Anwendung der Materialien mit high k gerichtet . Diese Materialien ist es geplant, als die isolierenden Schichten zatvorov der Transistoren als Ersatz des traditionell verwendeten Filmes des Oxids des Siliziums zu verwenden. Die Dicke dieses Filmes bildet weniger zehn Atome schon, dass den bedeutenden ungesteuerten Strom des AusflieЯens veranlasst. Die Nutzung der neuen Materialien wird zulassen, den Strom des AusflieЯens ungefдhr in Tausend Males zu verringern. Es wird teplovydelenie wesentlich verringern eben wird zulassen, die Taktfrequenzen anzusetzen. Zum selben Ziel in Ergдnzung zur Nutzung der Materialien high k wird das Ersetzen polikrastallicheskih zatvorov auf die Metallischen geschehen. Im Folgenden ist nцtig es die Anwendung sogenannt trehzatvornyh die Strukturen und teragertsevyh der Transistoren zu erwarten.

Die Einfьhrung der angegebenen Neuerungen wird zulassen, den Prozess der Miniaturisierung der Elemente fortzusetzen, ihr Hдufigkeitspotential und die Dichte der Unterbringung der Transistoren auf den Halbleiterkristallen ansetzend. Der letzte Parameter lдsst zu, von der Generation zur Generation die Zahl der Transistoren, die den Kern des Prozessors bilden zu vergrцssern. Das vorliegende Massiv ist die Ressource der Hersteller und entsprechend die Quelle der VergrцЯerung der potentiellen Mцglichkeiten computer-vervollstдndigend, also und der erstellten Erzeugnisse.

Die GrцЯe des Massives der Transistoren geschieht entsprechend dem empirischen Gesetz der Quatsch, entsprechend dem sich die ungestьme Evolution der integrierten Schaltkreise und die Vervollkommnung der Architektur der Prozessoren verwirklicht. Ergebnis ist die GrцЯe der Taktfrequenzen und die VergrцЯerung der Produktivitдt der Prozessoren.

Fьr die Kompensation der negativen Erscheinungen und der Versorgung der standfesten Arbeit der Prozessoren auf den hohen Taktfrequenzen mьssen die Produzenten die Betriebsspannung der Kerne vergrцssern. In der Gerechtigkeit dieser Behauptung kann man sich ьberzeugen, wenn die Niveaus der etatmдssigen Betriebsspannungen fьr die jьngeren und дlteren Modelle der Prozessoren zu vergleichen. Unabhдngig von der Technologie und der Architektur der Prozessoren fьr die дlteren Modelle eines Lineales die Betriebsspannung des Kernes, sowie ist die Macht teploobrazovanija immer hцher. Doch fьhrt solche VergrцЯerung zur wesentlichen Abkьrzung der Fristen der Arbeit der Prozessoren auf Kosten von der beschleunigten Degradation der Halbleiter in der Regel nicht.

Man muss bemerken, dass die thermische Macht die letzten Jahre der GrцЯe sogar in den etatmдssigen Regimes der Prozessoren neigt. Und es, obwohl vervollkommnen die Konstrukteure im Kampf fьr ihre Senkung die inneren Strukturen der Prozessoren und bemьhen sich, die Anstrengung eine Ernдhrung des Kernes zu verringern. Zum Wort, zu sagen, wurde die Senkung der Niveaus einer Ernдhrung mцglich dank der Verkleinerung der geometrischen Umfдnge der Transistoren, und, wie die Untersuchung, der Verkleinerung ihrer Umfдnge zatvorov. Wirklich, den Strom verwaltet die Quelle-Abfluss (Source-Drain) das Feld zatvora (Gate), und je feiner wird zatvor, desto die kleinere Anstrengung auf zatvore fьr die Sicherung der geforderten Gespanntheit des Feldes gefordert.

In Ergдnzung dazu, die Abkьrzung der Lдnge der Pipe wird von der Verkleinerung der Verluste begleitet, dzhoulevo warm aufnehmend. AuЯerdem zur Verbesserung der Parameter tragen auch die neuesten Entwicklungen auf dem Gebiet der Topologie der Transistoren bei.

Die Vervollkommnung der Architektur der Prozessoren und der technologischen Prozesse ihrer Produktion gewдhrleistet die GrцЯe der Taktfrequenzen und der Rechenmacht der Prozessoren (die Abb. 6).

Die Abb. 6. eksponentsial'nyj die GrцЯe der Produktivitдt der Prozessoren (nach den Materialien IDF)

Leider, eine Rьckseite dieser GrцЯe ist die verhдltnismдЯig schnelle VergrцЯerung teploobrazovanija der Prozessoren wieder. Berьcksichtigend die Tatsache, dass die Flдche des Kristalls des Prozessors stдndig tatsдchlich bleibt, die GrцЯe teploobrazovanija trдgt zur VergrцЯerung der Dichte der Energie bei.

Die Abb. 7. Die GrцЯe der Dichte der Energie im Kristall des Prozessors und ihre Gegenьberstellung mit anderen Systemen (nach den Materialien IDF)

Die hohe Macht teploobrazovanija wird im Falle der unangemessenen Mittel der Abkьhlung von der Ьberhitzung der inneren Strukturen des Prozessors begleitet, dass sich auf die Arbeitsfдhigkeit negativ auswirkt, sowie verstдrkt und macht den Prozessen der Degradation der Halbleiter Vorwьrfe.

Wirklich, aus Physik ist es bekannt, dass die Halbleiter gegen die VergrцЯerung der Temperatur дuЯerst empfindlich sind. Bei der Erhцhung der Temperatur wдchst die mittlere Energie der Schwingung der Atome im Kristall. Daraufhin beginnt bol'shee die Zahl der Beziehungen im kristallinischen Gitter des Siliziums allen, zerrissen zu werden, es erscheinen alle neuen Paare Elektronen und der Lцcher. Mit einem bestimmten Moment der GrцЯe der Temperatur beginnend, дndern sich die Eigenschaften des Halbleiters zum Beispiel mit der GrцЯe der Temperatur die Leitungsfдhigkeit der Halbleiter und dielektrikov wдchst. Wie das Ergebnis, die Stцrungen und das wiederholte Hдngen erscheinen. Gerade mit dem Kampf mit diesen Effekten klдrt sich die Notwendigkeit in der Nutzung der adдquaten Mittel der Aufrechterhaltung der optimalen Temperaturregimes. Jetzt geht schon kein hochfrequenter, hochproduktiver Prozessor ohne entsprechend kulerov um, in deren Bestand die massiven Heizkцrper und die mдchtigen kьhlenden Lьfter verwendet werden. Logisch, dass zu vermuten, die besonderen MaЯe nach der Abkьhlung des Prozessors unternommen, kann man nach der stabilen Arbeit der Chips, die auf die Zimmertemperatur gerechnet sind, — wobei auf den Taktfrequenzen, die wesentlich "die etatmдssigen" Megahertz ьbertreten streben . Die дhnlichen in der Regel nicht zur Schau gestellten breit MaЯe, wurden verwendet, insbesondere bei den Demos auf dem Forum IDF. Im Verlauf dieser Veranstaltungen erschienen die Mцglichkeiten der perspektivischen Technologien, die der hochproduktiven Prozessoren bilden.

Der Frage hoch teploobrazovanija zurьckkehrend, muss man bemerken, dass leider die Erhцhung der Betriebsspannung und der Taktfrequenz die thermische Macht vergrцssert. Und es, wie hцher bemerkt wurde, wird von der Reihe der negativen Erscheinungen, unter denen man sowohl lokal bringen kann, als auch allgemein die Ьberhitzungen des Halbleiterkristalls mit allen negativen aus dieser Tatsache folgenden Folgen begleitet. AuЯerdem man darf nicht um die Rechnungen und die erhцhten Niveaus des Energieverbrauchs, der schweren Last sich legend auf die Quellen der Stromversorgung der Computersysteme, und die Notwendigkeit der Nutzung der mдchtigen Mittel der Abkьhlung usw. u.д . stьrzen  

Das Problem der Senkung des Energieverbrauchs der Erzeugnisse entscheidend, fingen die Konstrukteure an, in den Bestand der Architektur der Kerne die speziellen Ketten, die die Arbeit der Prozessoren regulieren einzubauen. Die gegebenen Ketten, wessen Funktionieren ist von der Systemsoftware unterstьtzt, je nach der Rechenbelastung und den Umweltsbedingungen gewдhrleisten die Installation der optimalen elektrischen und Hдufigkeitsregimes. Es bedeutet, insbesondere, dass im Falle der Senkung der Rechenbelastung die Verkleinerung der Taktfrequenz der Arbeit des Kernes geschieht.

Ьbrigens ist bei der Senkung der Taktfrequenz des Prozessors als die etatmдssige GrцЯe niedriger, die Betriebsspannung seines Kernes kann eine entsprechende Weise sein ist ohne VerstoЯ der Immunitдt der Arbeit des Systems verringert. Es ermцglicht teploobrazovanie des Prozessors. Solche Operationen, die im automatischen Regime von der Hard- und Software erfьllt werden, sind standardmдЯig fьr die Laptop-Computer und sind fьr die Einsparung der Energie der Batterien vorbestimmt. Doch wird die Senkung der Anstrengung und der Frequenz und fьr die Modelle servernogo des Sektors des Computermarktes schon verwendet. Als Beispiel braucht man realisiert in vor kurzem ausgegeben nach 90 nm tehprotsessu die Modelle Intel Xeon (der Kern Nocona) die Technologien Demand Based Switching (DBS) und Enhanced Intel SpeedStep – der dynamischen Regulierung und der Senkung der erforderlichen Leistung des Prozessors zu erwдhnen .

Fьr die Einschдtzung der Effektivitдt der дhnlichen Technologien fьr die Senkung der thermischen Belastung auf den Kern des Prozessors ist zweckmдssig, die nдchste Formel auszunutzen:

P »CЧV²ЧF

Wo P  — die thermische Macht des Prozessors, Mit — der Koeffizient, der berьcksichtigend die gegenseitige Kapazitдt der Elemente des Kernes des Prozessors und von der Architektur seines Kernes abhдngt (wдchst gewцhnlich mit der VergrцЯerung der Dichte der Unterbringung der Elemente auf dem Kristall des integrierten Schaltkreises), V — die Betriebsspannung des Kernes, F — die Taktfrequenz.

Die vorliegende Formel kann man zur Art bringen:

Wo variabel mit der Kennzahl k die entsprechenden Parameter der geдnderten Regimes, und variabel mit der Nullkennzahl — die Parameter des etatmдssigen Regimes bezeichnen .

Die gebrachte Formel verwendend, kann man bemerken, dass die Verkleinerung der Taktfrequenz und der Betriebsspannung des Kernes auf 5 % die Senkung der Macht teploobrazovanija fast auf 15 % gewдhrleistet. Die Verkleinerung der Taktfrequenz auf 10 %, und der Betriebsspannung auf 7 %, bringt zur Senkung des Energieverbrauchs, und, also und teploobrazovanija fast auf das Viertel.

Es bleibt ьbrig, zu ergдnzen, dass die Erweiterung der Hдufigkeits- und energetischen Regelbereiche zu noch bol'shemu der Verkleinerung des Niveaus teploobrazovanija bringt. Und es verringert die thermische Belastung auf den Halbleiterkristall des Prozessors und des Mittels der Abkьhlung, elektrisch – auf die Elemente energopitanija noch grцsser. AuЯerdem dank der Verkleinerung der Temperatur innerhalb des Kцrpers verbessern sich die Umweltsbedingungen der ьbrigen Komponenten des Systems.

Ьbrigens lдsst in den mobilen Systemen solches Herangehen zu, den Energieverbrauch in mehrmals zu verringern.

Zum Schluss, man muss, dass, ungeachtet der existierenden Barrieren auf die Pfade der Erhцhung der Produktivitдt der Elemente und sitem bemerken, die Gelehrten und die Ingenieure ьberwinden sie erfolgreich. Sie bieten verschiedene Pfade der Lцsung der vor des computer-Computerzweiges aufstehenden Probleme an. Es und die Verbesserung halbleiter-tehprotsessov, und die Vervollkommnung der Architektur der hochfrequenten integrierten Schaltkreise, und die Einfьhrung der perspektivischen Technologien, und sogar die Suche der Pfade der Modifikation konstruktivov der Systemblцcke.

Als das Beispiel kann man zum Beispiel Sun, DEC, IBM, Compaq nennen. Ьbrigens startete in 1991 das gemeinsame Projekt Intel und NCR nach “der industriellen Temperaturvertreibung”, bekannt unter dem Namen Cheetah. Gerade die Aktentasche der Patente, die im Rahmen des Projektes registriert sind, ist zur Verfьgung sechs Grьnder der Firma KryoTech spдter ьbergegangen, die die Ingenieure NCR damals waren. Im Folgenden haben die gegebenen Entwicklungen den Fachkrдften der Firma KryoTech zugelassen, eine ganze Serie der Installationen, die die wirksame Abkьhlung servernyh die Prozessoren gewдhrleisten, bewirtschaftet in den forcierten Regimes auf Kosten von ihrem Raum zusammen mit den Mutterleiterplatten in die Gefrierfдcher zu erstellen. Doch dieses Thema schon anderer Artikel.