Procesory
Artykuł
Mateusz Brzostek, Poniedziałek, 13 marca 2017, 12:53

AMD Ryzen – technika produkcji i zasilanie

AMD od dłuższego czasu koncentruje się na poprawie efektywności energetycznej swoich procesorów. Lwia część postępu w tej dziedzinie dokonała się już w ostatnich generacjach APU, szczególnie tych przeznaczonych do laptopów. Pozostało to jednak bez echa – laptopy z Carrizo są w naszym kraju właściwie niedostępne, a nawet tam, gdzie da się je kupić, nie są często wybierane. Do tego dotychczasowe układy AMD były wykonywane w procesach technologicznych klasy 32 nm lub 28 nm, które w świecie procesorów są dalekie od optimum.

Procesory Ryzen są wytwarzane w procesie technologicznym klasy 14 nm z tranzystorami FinFET (o trójstronnej bramce). To ulepszona wersja procesu technologicznego wykorzystywanego wspólnie przez Samsunga i GlobalFoundries i służącego między innymi do produkcji procesorów Apple A9. GloFo nie wyjawia dokładnie, jakie zmiany poczyniono, ale sugerowano, że chodzi o wysokość żeber, które są otoczone z trzech stron bramką i tworzą kanał tranzystora, oraz o intensywność domieszkowania. Produkcja jest prowadzona w fabryce Fab 8 w pobliżu Nowego Jorku. Fabryka Fab 1 w Dreźnie, gdzie firma do tej pory produkowała większość procesorów AMD, jest przystosowana do procesów technologicznych SOI (Silicon-on-Insulator) klasy 32 nm i 28 nm, a niedługo zacznie produkcję w technice FD-SOI klasy 12 nm. Zapewne nie będzie w najbliższych latach wykorzystywana do produkcji układów AMD.

Topografia dostosowana do wymogów energetycznych

Założenia projektowe procesorów Ryzen musiały zostać wzięte pod uwagę przy projektowaniu layoutu lub topografiiWięcej o layoucie i schemacie ideowym dowiecie się z artykułu „Parę słów na temat bezpieczeństwa sprzętu komputerowego”., czyli fizycznego rozkładu elementów półprzewodnikowych na powierzchni jądra. Jądro Zen zostało przygotowane z myślą o wykorzystaniu w środowiskach o różnych wymaganiach termicznych i elektrycznych: od cienkich, pasywnie chłodzonych komputerów i gęsto upakowanych serwerów do wydajnych desktopów. Inżynierowie AMD musieli postawić efektywność energetyczną na pierwszym miejscu. 

Taktowanie procesorów w najniższym z wymienionych zakresów energetycznych jest ograniczone głównie możliwościami szybkiego przełączania tranzystorów oraz bloków funkcjonalnych znajdujących się w jednym etapie potoku wykonawczego. Cała seria tranzystorów tworzących bramki i bloki funkcjonalne musi się przełączyć i zakończyć pracę w trakcie jednego cyklu zegara, żeby wyniki mogły zostać przekazane następnemu etapowi potoku wykonawczego. Stroma linia w początkowej części wykresu pokazuje, że w pewnym zakresie niewielki wzrost napięcia zasilania pozwala osiągnąć znacznie szybsze taktowanie.

W środkowej części krzywej można osiągnąć najwyższą efektywność energetyczną: dalsze zwiększanie napięcia pozwala przyspieszyć taktowanie, choć już nie tak bardzo. W ostatniej części krzywej zwiększanie napięcia powoduje lawinowe straty elektryczne na metalowych połączeniach między tranzystorami, które zachowują się jak pasożytnicze kondensatory i oporniki. 

Jak twierdzi AMD, połowę wysiłku inżynieryjnego skierowano na dostosowanie Zen do środkowej strefy, tej optymalnej dla danego procesu technologicznego. Dalsze optymalizowanie w początkowej części krzywej wymagałoby gruntownego przebudowania architektury albo zmiany w chemicznej części procesu technologicznego. Z kolei zwiększenie możliwości szybkiego taktowania w najwyższej części krzywej wymagałoby skrócenia połączeń, na przykład przez podzielenie potoku wykonawczego na więcej etapów albo znaczne ulepszenie warstw metalowych (co jest zapewne niemożliwe w tym procesie technologicznym).

Dla zapaleńców podkręcania oznacza to, że sam koniec krzywej, na którym najbardziej nam zależy, został z konieczności potraktowany nieco po macoszemu. Takie, a nie inne możliwości podkręcania procesorów Ryzen są w głównej mierze wynikiem założeń projektowych i kosztem, jaki zapłacono za efektywność energetyczną Zen w innych zastosowaniach. Proces technologiczny GlobalFoundries 14 nm czy liczba rdzeni w jednym jądrze grają tu mniejszą rolę.

Konkurs Palit Polska
Spis treści
Ocena artykułu:
Ocen: 6
Zaloguj się, by móc oceniać
Artykuły spokrewnione
Facebook