РЕКЛАМА
ИНФОРМАЦИЯ
ПОЛЕЗНЫЕ ССЫЛКИ
Обзор Apple iPad 2: не без недостатков

Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru

ПРОЦЕССОРЫ

Мобильные процессоры: Intel против Qualcomm
Краткое содержание статьи: Прочитав данную статью, вы согласитесь с тем, что Intel собирается обойти Qualcomm за три года на рынке мобильных процессоров. И это несмотря на то, что нынешние технологии Intel не реализованы ни в одном из смартфонов, представленных сейчас, в то время как на решениях Qualcomm базируются многие из них. Есть ли у Intel что-то, что нужно, чтобы стать лидером?

Мобильные процессоры: Intel против Qualcomm


Редакция THG,  14 февраля 2012
Назад
Вы читаете страницу 3 из 5
1 2 3 4 5
Далее


Технология High-K/Metal Gate

Пока же производители решений на ARM соревнуются в том, чтобы обеспечить выпуск MSoC с поддержкой технологии диэлектриков с высоким значением диэлектрической постоянной (high-K) и металлических затворов (metal gate). За исключением Intel и Samsung, все прочие игроки на рынке зависят от внешних разработок, созданных IBM, Globalfoundries и TSMC. Samsung также открывает свои ноу-хау другим производителям, так что корейского производителя также можно упомянуть в данном списке.

Qualcomm подписал контракт с Globalfoundries для производства своих 28-нм MSoC. Globalfoundries использует 28-нм техпроцесс в сочетании с технологией high-k/metal gate. Отметим, что производство чипов Globalfoundries основывается на принципе "Gate-First": сначала осуществляется депонирование пластин, а затем – обжиг. То же самое сейчас делают IBM и Samsung. До перехода на 20-нм техпроцесс эти компании не пытаются перейти на технологию "Gate-Last".

TSMC располагает собственным производством чипов, в котором используется более совершенная технология "Gate-Last". Предполагается, что именно на фабрике TSMC будут выпускаться новые чипы Apple A6.

Что касается Intel, то её техпроцесс всегда основывался на технологии "Gate-Last".

Технологии "Gate-First" и "Gate-Last" описывают, каким образом современные high-k диэлектрики с металлическими затворами внедряются на пластины. Если выражаться обывательским языком, то речь идёт о переходе от производства чипов на основе чистого диоксида кремния к чипам, содержащим иной изолятор – гафний. При использовании подхода "Gate-First" металлический затвор и гафниевые компоненты внедряются в подложку перед обжигом. Вариант "Gate-Last" подразумевает, что пластины вначале обжигаются и лишь затем внедряются примеси в затворы будущих транзисторов.

Подход "Gate-First" обеспечивает более высокую плотность транзисторов, что является преимуществом с точки зрения производительности. Однако, такой подход приводит к увеличению процента брака и, как следствие, повышению стоимости чипов. "Gate-Last" более выгоден для производителей, так как надёжнее с точки зрения производства. Однако, в этом случае при разработке дизайна чипов существуют более строгие правила, с которыми приходится считаться. Intel поставляет чипы с диэлектриками high-k начиная с ядра Penryn, представленного в 2007 году. Globalfoundries не производил коммерческих чипов с использованием технологии high-k до 2011 года.

Intel не ошибается, отдав предпочтение технологии "Gate-Last". Компания имеет богатый послужной список изготовления чипов с применением диэлектриков high-k – это процессоры архитектуры Penryn, Nehalem и Sandy Bridge. Qualcomm, возможно, ошибается, выбирая технологию "Gate-First". Globalfoundries имеет отлаженный процесс "Gate-First", который используется при производстве APU от AMD. К сожалению, как отмечено в отчёте AMD за третий квартал 2011 года, выход годных APU были не столь высок, как рассчитывали в AMD, что привело к меньшему уровню доходов, чем ожидалось.

"Gate-First" или "Gate-Last"?

Важно отметить, что решение TSMC перейти на дизайн "Gate-Last" войдёт в историю, как подчёркивает старший вице-президент компании, отвечающий за направление R&D. Одной из причин, вследствие которых использование технологии "Gate-First" приводит к более низкому проценту выхода годных чипов, является необходимость крайне осторожно контролировать пороговые напряжения, так как каналы N и P-типа выполнены из одного и того же металла.

В полупроводниковой отрасли пытались обеспечить тщательный контроль порогового напряжения пару десятилетий назад и обнаружили, что этот подход оказался очень сложным. Дизайн "Gate-Last" не требует столь же высокого уровня контроля, так как в каналах N и P-типов используется разный металл. Да, вы немного теряете в плотности транзисторов, но потери от забраковки чипов при использовании технологии "Gate-First" существенно выше, и в данном случае более разумно проиграть битву, чтобы выиграть войну.

Перевод технологии производства с "Gate-First" на "Gate-Last" - не тривиальная задача. Она требует дополнительное время на редизайн процессора. По этой причине вендоры не могут просто перевести производство своих нынешних процессоров от Globalfoundries на фабрику TSMC, не привнося изменений в архитектуру самих процессоров.

Судя по всему, Qualcomm не может обеспечить процент выхода готовых чипов на том уровне, к которому он стремится, используя подход "Gate-First". На мероприятии IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM 2010), проходившем в Сан-Франциско, Qualcomm заявила, что не планирует использовать технологию high-k/metal gate в большинстве своих продуктов на основе 28-нм техпроцесса. И это большой минус для Qualcomm.

Выводы

В процессорах Medfield Intel использует 32-нм техпроцесс с использованием дизайна high-k, что обеспечивает превосходство над нынешним поколением ARM-процессоров, которые производятся по техпроцессу 40/45 нм.

В следующем поколении процессоров Atom Intel перейдёт на 22-нм техпроцесс и технологию FinFET, что равноценно сразу двум шагам в совершенствовании технологического процесса. Qualcomm собирается перейти с 45-нм на 28-нм техпроцесс (1,5 ступени), но не может перейти на технологию high-K, а это значит, что придётся пожертвовать тактовой частотой и энергопотреблением.

Apple и nVidia планируют производить свои чипы нового поколения на фабрике TSMC. Apple перейдёт от 45 на 28 нм high-k (1,5 ступени), nVidia – от 40 нм на 28 нм high-k (1 ступень). 28-нм техпроцесс с технологией high-k обеспечит превосходство в производительности над следующим поколением чипов Qualcomm, выполненных по 28-нм техпроцессу.

Если привести все эти новости к общему знаменателю, то мы видим, что Intel извлечёт наибольшую выгоду с точки зрения производительности и энергоэффективности от перехода на новый техпроцесс. Компания Qualcomm, затеявшая азартную игру с 28-нм техпроцессом на основе технологии "Gate-First", могла бы извлечь пользу от более высокой плотности транзисторов, но это преимущество нивелируется высоким процентом забракованных чипов. Из-за этого Qualcomm придётся сделать шаг назад и использовать 28-нм техпроцесс на основе диоксида кремния.

Но не всё так просто – нельзя рассуждать о производительности или эффективности новых процессоров лишь на основе нюансов их производства. Чтобы представить процессор, который способен выдержать конкуренцию на рынке, Qualcomm приходится опробовать новые приёмы, вроде внеочередное исполнение команд (OoD) и усовершенствованной архитектуры памяти. Все эти функции впервые появятся в ядре Krait, но их реализация должна быть безупречна. С другой стороны, у Intel всё уже и так весьма неплохо с процессором Atom, в котором не используются многие из технологий, опробованных Intel за последние 10 лет проектирования процессоров x86.

Несомненно, Intel всё равно будет совершенствовать свой технологический процесс. Пока конкуренты пытаются реализовать техпроцесс high-k/metal gate, аналогичный используемому Intel уже сейчас, лидер процессорного рынка ещё год назад публично представил экспериментальный процессор Claremont на основе технологии Near Threshold Voltage, суть которой заключается в переключении транзисторов из одного состояния в другое при напряжении, близком к пороговому (менее 10 мВ). Интересно, что данный чип также представляет собой современную реинкарнацию древнего ядра Pentium – точно так же, как и Atom.

Таким образом, Intel лидирует с точки зрения архитектуры и производственной базы. Но остаётся ещё один важный компонент, который определяет производительность "системы на чипе" – встроенная графика.

История PowerVR

В 2011 году на рынке мобильной графики ведущую роль играли два GPU – PowerVR и Adreno от Qualcomm. Оба исторически восходят к маргинальным продуктам 1990-х годов, разработанным для архитектуры x86.

Ещё в 90-х годах британская компания Imagination Technologies, известная тогда как VideoLogic, разработала оригинальную систему рендеринга графики и создала несколько процессоров для настольных ПК, для производства которых использовалась производственная база компании NEC. На основе этих графических процессоров были созданы видеокарты Matrox m3D, Voodoo Graphics, а в 1998 появился усовершенствованный процессор PowerVR 2DC, который нашёл применение в игровой приставке Sega Dreamcast и игровых автоматах Naomi.

Процессоры PowerVR стали первым потребительским продуктом, где использовалась технология отсроченного текстурирования (deferred renderer): текстурируются только видимые полигоны, в то время как области перекрытия полигонов при рендеринге не учитываются.

Использовавшиеся в то время графические чипы обсчитывали все полигоны, даже если человек перед экраном не увидит результат рендеринга некоторых из них. Таким образом, по сравнению с классическая схемой рендеринга, технология PowerVR позволяет значительно увеличить эффективность использования шины памяти, которая используется для хранения текстур и как кадровый буфера, а также повысить скорость заполнения полигонов (fill rate).

Проблема чипов PowerVR заключалась в том, что команда разработчиков состояла из математиков и инженеров, не имеющих опыта в создании чипов и игровой графики. В оригинальном процессоре PowerVR PCX отсутствовала билинейная фильтрация. Как результат, покупатели видеокарты за $300 наблюдали столь же пикселизованное изображение, как любой владелец приставки PlayStation первого поколения. В это же время игровая приставка Nintendo 64 и видеокарта 3Dfx обеспечивали билинейную фильтрацию и выдавали сглаженную картинку – без артефактов пикселизации.

Нельзя сказать, что билинейная фильтрация – особенно сложная веешь, про неё инженеры просто забыли, разрабатывая данный чип. VideoLogic быстро исправил данный минус, представив графический процессор PowerVR PCX2, обеспечивающий билинейную фильтрацию, а также более высокую тактовую частоту.

К сожалению, команда разработчиков PowerVR не включала людей, имеющих опыт в разработке игровой графики. В результате, они не предполагали необходимость наложения текстур src*dst, который используется при обработке цветного освещения – например, эффектных взрывах, лазерных лучах, необычных инопланетных пейзажах. Опять же, в реализации данной технологии не было никакой технической проблемы – скорее, причина её отсутствия состояла в том, что никто не думал о необходимости данного режима наложения текстур.

Всё должно было измениться с появлением PowerVR Series 2 – платформы, которая использовалась в игровой консоли Sega Dreamcast. Аналог данного чипа для ПК мог бы стать самым популярным GPU. К сожалению, VideoLogic столкнулась с рядом проблем, связанных с дизайном процессора. В частности, одна из проблем была связана с курсором мыши в среде Windows.

Опять же, проблема здесь не в технологии, но тем не менее, это ошибка. Провал PowerVR Series 2 в мире ПК, в конечном счёте, привёл к тому, что компания покинула рынок высокопроизводительной графики и сосредоточилась на дизайнах с низким уровнем потребления энергии. Какое-то время компания выпускала "урезанные" с точки зрения аппаратных ресурсов процессоры PowerVR Series 3, которые имели коммерческий успех в игровых аппаратах для казино – здесь высокое качество, которое обеспечивала технология отсроченного текстурирования, вывело архитектуру PowerVR на лидирующие позиции.

Вслед за этим PowerVR перестала производить чипы на собственной фабрике, целиком переключившись на разработку – то есть пошла тем же самым путём, что и ARM. Это было лучшее, что можно было сделать в тех условиях, так как позволило сконцентрировать всё внимание на ключевых особенностях PowerVR, основанных на архитектуре и математике, а не решать проблемы, связанные с физической реализацией своих продуктов.

Оригинальная архитектура конца 90-х нашла применение в различных процессорах, что позволило PowerVR продолжить развиваться и предлагать сейчас отличную платформу для мобильной графики.
Назад
Вы читаете страницу 3 из 5
1 2 3 4 5
Далее


СОДЕРЖАНИЕ

Отзывы о мобильных процессорах в Клубе экспертов THG [ 7 отзывов] Отзывы о мобильных процессорах в Клубе экспертов THG [ 7 отзывов]


РЕКЛАМА
РЕКОМЕНДУЕМ ПРОЧЕСТЬ!

История мейнфреймов: от Harvard Mark I до System z10 EC
Верите вы или нет, но были времена, когда компьютеры занимали целые комнаты. Сегодня вы работаете за небольшим персональным компьютером, но когда-то о таком можно было только мечтать. Предлагаем окунуться в историю и познакомиться с самыми знаковыми мейнфреймами за последние десятилетия.

Пятнадцать процессоров Intel x86, вошедших в историю
Компания Intel выпустила за годы существования немало процессоров x86, начиная с эпохи расцвета ПК, но не все из них оставили незабываемый след в истории. В нашей первой статье цикла мы рассмотрим пятнадцать наиболее любопытных и памятных процессоров Intel, от 8086 до Core 2 Duo.

ССЫЛКИ
Реклама от YouDo
erid: LatgC3X2i