Keď výrobcovia predstavujú svoje nové zariadenia, takmer vždy sa zmienia aj o tom, o koľko výkonnejšie a energeticky úspornejšie sú. Ale ako je to možné?
Ako je možné, že niečo výkonnejšie je zároveň energeticky úspornejšie, než jeho menej výkonný predchodca? Môže za to sofistikovanejší proces výroby, ktorý sa točí okolo jedného slova – nanometrov. Začnime teda od začiatku.
Väčšie neznamená výkonnejšie
Prvým krokom ku zodpovedaniu otázky, prečo sú menšie procesory výkonnejšie je vysvetlenie spomínaného slova, nanometer. Mikroprocesor vo veľmi zjednodušenej forme nie je nič viac, ako niekoľko vrstiev rôznych materiálov. Výrobcovia ich vedia poskladať tak, aby ich čipsety dokázali využiť pre rôzne výpočty. Hovoríme samozrejme o tranzistoroch, rezistoroch a kondenzátoroch. Ak vám prišli na um staré počítače alebo nebodaj rozobraté televízie, hneď na to zabudnite. Koniec koncov, bavíme sa o mikro a nie o makroprocesoroch. Výrobcovia čipov ich poukladajú do štvorcov, pričom jednotlivé mikrosúčiastky fungujú ako vypínače svetla. Práve vzdialenosť medzi týmito súčiastkami sa počíta v nanometroch, čo je jedna miliardtina metra. Cool, nie?
Pfff, to je všetko? Myslel som si, že je to komplikovanejšie
V skutočnosti je to oveľa, oveľa, oveľa, oveľa komplikovanejšie. Zmenšenie vzdialenosti viac menej zaručí vyšší výkon a nižšiu spotrebu, no do úvahy musíte zobrať oveľa viac faktorov. Čím menšia vzdialenosť medzi jednotlivými mikrosúčiastkami, tým menšia elektrická kapacita, vďaka čomu sa zvyšuje schopnosť tranzistorov prepínať jednotlivé hodnoty. Keďže je schopnosť tranzistorov prepínať jednotlivé elektronické signály nepriamo úmerná elektrickej kapacite, tranzistory sú vďaka menšej vzdialenosti nie len rýchlejšie, ale aj šetrnejšie k batérii.
Mikro tranzistory tak pre svoj chod, vďaka menším vzdialenostiam potrebujú nižšie napätie. Energia, ktorú tranzistor nevyužije pre výpočty a je teda stratená je nižšia vtedy, keď tranzistory nevyžadujú až tak vysoké napätie. A tak sa automagicky dostávame k finálnemu poznamenaniu, že nižšia vzdialenosť môže za všetky príjemné vlastnosti nových procesorov.
Ak je to teda také jednoduché, prečo nie je vývoj rýchlejší?
Takmer všetko má svoje pre a proti. To isté platí aj v prípade našich malinkých tranzistorov, o ktorých sme písali vyššie. Čím menšie totiž sú, tým náchylnejšie sú k prepúšťaniu napätia. To sa stáva vtedy, keď sú tranzistory vypnuté, teda keď ukazujú stav „0“. To znamená, že spotrebovávajú energiu aj vtedy, keď nič nerobia. Opäť, čím menšie sú, tým viac náchylnejšie sú na zmeny v dodávanej elektrickej energii. Stačí tak málo a môže nastať veľký problém.
Dokedy bude klesať táto magická vzdialenosť?
V prehľade nižšie si môžete pozrieť, aké výrobné procesy používajú najznámejšie mobilné čipsety. Je jasné, že dominujú 20nm a 28nm technológie, no komerčne dostupné sú už aj procesory postavené na 14nm technológii. V roku 2020 by sme sa už mali baviť o 5nm výrobnom procese, pričom v roku 2028 by to mohol byť už len 1nm. V tomto prípade už budú musieť výrobcovia prísť s novým spôsobom navyšovania výkonu procesorov, ktoré pravdepodobne prejdú obrovskou zmenou. Vývoj nezastavíš a to samozrejme platí aj pre výrobcov čipsetov, ktorí spravia všetko preto, aby uspokojili stále hladný trh.
Zdroje: 10S, PA
