بتجمع مليارات الترانزستورات المتناهية الصغر داخل قطعة واحدة بمعمارية معينة، مع اضافة مجموعة من الملحقات الأخرى. يتم تجسيد التعليمات والأوامر القادمة من البرمجيات عبر عمليات حسابية معقدة ودقيقة ثم تحويلها الى مخارج.
لكن عندما تنزل الى السوق كل هذا لن يهمك طبعاً. وستبحث فقط عن تفسير لصداع الرأس الذي يغزو عقلك في تلك اللحظة بعد سماعك لسيل من الاقتراحات حول معماريات المعالجات، وكيف أن هذا بدقة تصنيع 14nm والآخر بـ 10nm والآخر بـ 5nm....
هذه المقالة ستخفف عنك وجع الرأس الذي يعتريك، وسنفسر لك العلاقة القائمة بين معماريات المعالج وسرعته وماهي مكامن هذه الاختلافات، من أجل اقتناء هاتف أفضل وبثقة دون أن تحتار.
ما علاقة سرعة المعالجات بدقة التصنيع
7 نانو أو 10 نانو أوغيرها من دقات التصنيع، حسناً هذا جيد. لكن في ماذا تهمني أنا هذه الأرقام وماعلاقتها بأداء الأجهزة الالكترونية وسرعتها. وهل تؤثر معمارية التصنيع هذه على أداء البطارية ؟.
لنفهم كل هذا يجب أن نبدأ أولا ً بـ:
ماهية nm في المعالج؟
نانومتر هي وحدة قياس الأطوال في النظام المتري، تلامس البعد الذري. وهي الأساس الذي ترتكز عليه التكنولوجيا الحديثة.
تساوي وحدة نانو ما يعادل:
1 نانو = 0.000000001 متر أي واحد من المليار من المتر.
رقم رهيب طبعاً كونه فائق أو متناهي في الصغر. تعتمد عليه شركات التكنولوجيا في قياس المسافات بين ترانزستورات داخل رقاقة المعالج. وهي مستعملة في مختلف أجهزة المعالجة من هواتف وحواسيب ....
تتبع الشركات كـ TSMC و Samsung و AMD و Intel هذا النهج، وتطبقه على تصميم وحدات معالجاتها.
لماذا تعتبر دقة التصنيع الأصغر هي الأفضل؟
يحتوي CPU (وحدة المعالجة المركزية) على مجموعة عظيمة الترانسيستورات المصغرة في شريحة واحدة.
تقسم هذه الشريحة حسب عدد الترانزيستورات المغروسة بها، فكلما كان عدد الترانسيتورات المركبة أكبر كلما زادت المساحة المشغولة على الشريحة وبالتالي عدد ترانزيستورات أقل والعكس.
فمثلا لو فرضنا أن شريحتاً ما، تحوي على 20 ترانزيستور وشريحة أخرى بنفس القياسات تحتوي على 30 ترانزيستور. سيختلف الأمر طبعاً، بحيث كلما زاد عدد الترانزيسورات المثبتة على الشريحة زادت قوة الحوسبة لديك، وتسرع أداء جهازك وقل استهلاك الطاقة الضائعة فيه على شكل حرارة.
توفر هذه الميزة امكانية صياغة نوى اضافية وملحقات أخرى، بالاضافة الى تكاليف تصنيع اقل في نفس حجم الشريحة. ويتم هذا عبر تقنية الطباعة الحجرية للمعالجات، المتفوقة بها لحد الآن الشركة التايوانية TSMC.
إذن، من البديهي أن يكون معالج TSMC 7nm أكثر إحكاما لا بعدد ترانزستور في مساحة معينة، وبالتالي فإنها تقلل الحرارة مع التقليل من استهلاك الطاقة. وقدرة حوسبة أسرع من معالج TSMC 14nm.
هذا عامل واحد من منظومة متكاملة لأفضل الهواتف وأجهزة الكمبيوتر المحمولة. وكذا عوامل أخرى مثل مقدار ذاكرة الوصول العشوائي ووحدة الرسومات ومحرك الأقراص الثابتة SSD وما إلى ذلك.
كيف نفسر ذلك بشكل أعمق ؟
الطباعة الحجرية المنخفضة نانومتر،أمر جد فعال ويمكن تفسيره بمايلي:
1- ترانزستور أسرع: يمكننا القول أن الإلكترون يجب أن يسافر مسافة أقل للقيام بالمهمة. أي ترانزيستورات أقرب.
2- ترانزستورات منخفضة الطاقة: نمط عمل الترانزستورات قائم على تبديل الحالة بين تشغيل وإيقاف يتم بطاقة أقل. وبما أن العملية منخفضة نانومتر فستكون أكثر كفاءة من الناحية الكهربائية.
3- كثافة ترانزستور أعلى: بوجود مسافات أصغر بين الترانزستور، يمكنك اضافة المزيد منها في منطقة معينة. مما يتح لنا اضافة أنوية جديدة على الشريحة.
4- تبديد حرارة أقل: لذلك، كلما كانت قيمة النانومتر أصغر كان تيار المستهلك أقل وبالتالي قيمة تيار الفقد منخفضة جداً. وهذا أفضل للمعالج.
الآن، دعونا نتحدث عن 14 نانومتر، 10 نانومتر، 7 نانومتر....
كقاعدة مضبوط لا يوجد معيار عالمي لحساب قيمة النانومتر. حيث أنه لكل مصنع طريقة بناء معالجات مختلفة. فلذلك نجد مثلاً أن 10nm TSMC لا يعادل 10nm Intel و 10nm Samsung.
ونظراً لهذه الاختلاف يكون مبدأ المقارنة لنفس الشركة هو الأمثل في هذه الحالة. ولنأخذ Intel كمعيار.
14 نانومتر Proce، حجم ssor
تستخدم Intel معالج 14 نانومتر في أغسطس 2014.
- معالج 14nm أسرع من معالج Intel 22nm.
- معالج 14nm أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة من معالج Intel 22nm.
- معالج 14nm لديه إنتاج حراري أقل من معالج Intel 22 nm.
- معالج 14nm ذو كثافة عالية من معالج Intel 22nm.
تصل كثافة الترانزستورفي معالج أنتل 14 نانومتر 44.67 مليون طن / مم². بينما كان المعالج 22 نانومترًا يحتوي على 16.5 طن متري / مم².
يحظى معالج Intel 14nm بشعبية في السوق ومتوفر في معالجات Intel من الجيل الخامس إلى الجيل التاسع للهواتف المحمولة وسطح المكتب.
طبعاً نفس الشيئ ينطبق على المعالج بحجم 10 نانومتر
تستخدم Intel معالج 10 نانومتر في عام 2018.
- 10 نانومتر في المعالج أسرع من معالج 14 نانومتر.
- معالج Intel 10 نانومتر أكثر كفاءة في استخدام الطاقة من معالج Intel14 nm.
- معالج Intel 10nm ذو كثافة عالية من معالج Intel 14nm.
- تبلغ كثافة معالج Intel 10nm حوالي 100 متر / مم² (Cannon Lake)
- Intel 10nm ليس كثيرًا في الإنتاج الضخم.
وللتذكير تعد كل من Intel و Samsung و TSMC شركات رائدة تنتج معالجات
10 نانومتر.
يوجد معماريات جديدة أيضاً كالـ 7 نانومتر. والآن تقنيات 5 نانو قيد الانجاز
والتركيب ولا يزالوا يطمح باحثوا التقنية والتكنولوجيا في بلوغ أكثر من ذلك نحو
2 نانو و 3 نانومتر، كما الحفاظ على نفس المبادء المذكورة سابقاً.
الخاتمة
وصلت معمارية المعالجات الى منعرجها الأخير مثلما تنبأ قانون مور. وأصبح لا بد من توفير حلول ابداعية جديدة لتحصيل معالجة أفضل وأحسن.
حيث يمكن أن يكون التطور التالي للرقاقة عبارة عن ضوئيات تنتقل حزمة صغيرة من الأضواء (الفوتونات) داخل الإلكترونات التي تنتقل عبر مسارات السيليكون وتزداد سرعتها مع استهلاك أقل للطاقة. وهذه فرضية من بين الفرضيات الجديدة التي يطمح العلماء لتجسيدها مستقبلاً.
