מעבדי ה-Penryn מצויים בשוק החומרה כבר זמן מה, אך אין זו סיבה להתעלם מאותם גורמים שהופכים את המעבדים הללו לאלופי הדור הנוכחי. בחלק זה של הכתבה נעמוד על אותם הבדלים בהשוואה למעבדי ה-Core הקודמים, אף על פי שמדובר בפועל במיקרו-ארכיטקטורה אחת ולא בשתיים (המעבדים הללו עדיין מבוססים על דור ה-Core הראשון).
על תכונות ה-Core הבסיסיות לא נחזור הפעם, היות והיטבנו לתארם בכתבה הראשונה בסדרה , שראתה אור לפני כשנתיים.
ובכן, אז מדוע מעבדים אלו הינם מהפכה בפני עצמה, אם הם "בסך הכל" שדרוג ארכיטקטורה בת מספר שנים? התשובה לכך ברורה – מדובר בשבבי העיבוד (x86) הראשונים בעולם שיוצרו בליטוגרפיה של 45nm, תהליך ייצור שדרש לא מעט תחכום מצד המהנדסים העוסקים בדבר, שנזדקקו לפתרונות יצירתיים על מנת לבצע את קפיצת המדרגה המיוחלת. על מנת לסבר את אוזניכם, נציין לדוגמא שבקטריה אחת דורשת שטח הנאמד בכ-2,000nm. מחישוב מהיר נסיק כי גודלו של יצור מיקרוסקופי זה שווה ערך למעל 44 טרנזיסטורים בתהליך הייצור הנוכחי של אינטל.
לאלו מכם אשר מרימים גבה לנוכח מונחים כגון 'טרנזיסטור', או כל רכיב חשמלי ששמו מוזכר עשרות פעמים ביום ומשמעותו אובדת היכן שהוא בדרך, נציין שמדובר ברכיב פשוט המשמש כמתג בינארי (מקבל ערכים של 0 ו-1 בהתאם למתח). מעבדים ברי קיימא מבוססים על רשתות מסועפות של מאות מיליוני טרנזיסטורים העובדים בסימביוזה ומחוברים אחד לשני בקווי נחושת זעירים. על מנת להסביר את היתרונות שבהקטנת הטרנזיסטורים, ואת הקשיים שבביצוע פעולה זו, עלינו ראשית לתת מעט רקע על אופן פעולתו של הרכיב.
הטרנזיסטור מורכב מכמה חלקים בסיסיים כמוצג לעיל. בקצרה, השער העליון (Gate Electrode) בודק האם המצב הנוכחי כבוי או דלוק. אם המצב דלוק, זרם גבוה עובר מהמקור (Source) לניקוז (Drain) דרך ערוץ הסיליקון (Silicon Channel). במקרה השני, זרם נמוך עובר על מנת להעיד על כך שהמתג במצב כבוי. השכבה הדקה העונה לשם Gate Dielectric משמשת לבידוד השער מהערוץ, וכאן מתחילות למעשה הצרות. החומר המבודד הנפוץ לשערים הוא דו-תחמוצת הסיליקון (שני אטומי חמצן בשילוב אטום סיליקון). על מנת לשמור על רמת ביצועים נאותה, יש צורך בשכבה דקה ביותר, וככל שהשכבה דקה יותר זליגת הזרם מחריפה והמבודד כבר אינו מבודד כראוי (עובדה המגבירה את צריכת ההספק וכמובן גורמת לבעיות יציבות בלתי צפויות). במעבדי ה-65nm שלה, נאלצה אינטל ליצור שכבה כה דקה, עד אשר זו כללה עובי של 5 אטומים בלבד. בתהליך הייצור הנוכחי היה ברור כי יש להשתמש בדרך חדשה, ולכן הוחלט לחזור ליסודות ולהחליף כליל את החומר הדיאלקטרי, שזכה לכינוי השיווקי – High-k Material. בעייתיות שילוב הפולי-סיליקון שממנו היו עשויים השערים עד היום, נוסף על הירידה בביצועים המתקבלת בשל הבדלים קטנים מדי בזרם המבדיל בין מצב דלוק לכבוי, דרשו שינוי נוסף של החומר ממנו עשוי השער עצמו – מסיליקון, למתכת. השילוב אם כן ממזער משמעותית את נושא דליפת הזרם ואף משפר את הביצועים ע"י הפרשגבוה בין שני מצבי הזרם (גבוה ונמוך בהתאם לכבוי ודלוק). ההסבר הטכני הנ"ל מתומצת היטב לשרטוט הבא, שמציג בקצרה את ההבדלים בין טרנזיסטור סטנדרטי, לזה המשופר.
יש לציין שאינטל אינה מפרסמת מידע רב על התרכובות החדשות, מסיבות ברורות של שמירת הקלפים החזקים שלה לעצמה. כל שאנו יודעים הוא שהחומר המבודד עשוי בצורה כזו או אחרת מהיסוד הפניום, ושהשער עשוי סגסוגת מתכתית כלשהי, אשר משתנה בין סוגי הטרנזיסטורים השונים. בפועל, מנתוני אינטל נמסר כי השיפור של הליטוגרפיה החדשה בשיתוף עם הטרנזיסטורים המשופרים, מניבים תוצאות מרשימות כגון הגדלת מהירות החלפת מצב בשיעור של 20%, צריכת הספק מופחתת בסך של כ-30%, והקטנת דליפת הזרם פי 5 במעבר בין המקור לניקוז, ופי 10 בדליפה הלא רצויה דרך שכבת הבידוד. כמו כן, חוק מור שהפך במרוצת השנים לנבואה שמגשימה את עצמה נשמר, וקיימת שוב האפשרות להכפיל את מספר הטרנזיסטורים בהשוואה לדור הקודם. בפועל התוצאה היא גידול של כ-70% במספר הטרנזיסטורים אך על שטח מעטפת (Die) קטן יותר.
 |
אז פרט למזעור, מה עוד צופנת בחובה הארכיטקטורה המשופרת? מסתבר שלא מעט.
חסרים כמה דפים…. 🙁