Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

Итак, изделие выпускается по технологии 32 нм. Однако на ближайшие три года запланирован последовательный переход к технологическим нормам 22 нм и 14 нм с использованием 3D-транзисторов (3D Fin Field Effect Transistor — транзисторы с трехмерной структурой затвора). Этот переход должен дать значительное преимущество при работе чипов с низкими уровнями напряжения. Так, например, 22 нм чипы будут примерно наполовину более энергоэффективными по сравнению с изделиями, созданными по техпроцессу 32 нм.

Эволюция технологий и чипов

Все это позволит:

• увеличить производительность,
• расширить функциональные возможности,
• существенно повысить энергетическую эффективность.

По сравнению с предыдущим решением, созданным для мобильных устройств (Morestown), новый вариант (Medfield) потребляет на 43% меньше энергии или способен работать на большей на 37% частоте при сохранении того же уровня энергопотребления.

Необходимо отметить, что в Medfield используются разработки нидерландской компании Silicon Hive. Эта компания, которая была выделена из состава Philips Electronics, специализируется на разработке технологий параллельных вычислений для однокристальных систем. Остается добавить, что год назад Silicon Hive была куплена компанией Intel. В результате она стала  собственностью Intel, конечно, вместе c перспективными разработками.

Благодаря усилиям ученых и инженеров обеих компаний были созданы SoC и платформа Medfield, ориентированные на сверхмобильные устройства, к которым относятся совремнные смартфоны и планшеты.

Более того, платформа Medfield компанией Intel предлагается уже не просто в виде компонентов для смартфонов и планшетов, но существует и в виде соответствующего устройства референсного дизайна. Фактически этот дизайн можно брать за основу разработок конечных устройств. И как сообщили специалисты, выступившие на презентации, новая платформа уже получила поддержку нескольких производителей мобильных устройств, что позволяет рассчитывать на скорое массовое производство соответствующих моделей.

Одно из таких устройств, представленных референсным смартфоном, который был создан на основе платформы Medfield, было продемонстрировано специалистами Intel на упомянутой презентации.

Референсный смартфон на платформе Medfield

Некоторые технические подробности, связанные с основными параметрами референсного смартфона, созданного на основе платформы Medfield, а также связанные с реализованными перспективными технологиями, —  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов 
 

На недавно проведенной в Москве закрытой презентации специалисты компании Intel рассказали о новейшей фирменной разработке, получившей наименование Medfield и ориентированной на сектор компактных мобильных устройств, к которым относятся современные смартфоны и планшеты.

Более того, в ходе презентации специалисты Intel продемонстрировали действующую модель смартфона, построенного на платформе Medfield.

Алексей Рогачков, менеджер по развитию бизнеса Intel,
Владимир Слинько, директор по развитию бизнеса Intel в России

Medfield — это система на чипе (System-on-Chip, SoC). Является следующей разработкой после Moorestown, которая не нашла по ряду причин широкого применения.

Все основные компоненты SoC Medfield (далее — Medfield) реализованы на едином полупроводниковом кристалле. В их число, в частности, входят:

• процессор Intel Atom серии Z6xx (архитектура — x86, объем кэш-памяти второго уровня — 512 Кбайт, поддержка Hyper-Threading, кодовое имя — Saltwell),
• графический ускоритель PowerVR SGX540.

Основные компоненты Medfield

Вычислительная часть Medfield построена по одноядерной схеме.

Тактовая частота встроенной процессорной части Medfield в турбо-режиме достигает 1,6 ГГц, графический ускоритель работает на частоте 400 МГц.

Потребляемая мощность зависит от вычислительной нагрузки:

• максимальная нагрузка — 0,9 Вт,
• обычная — 0,3 Вт.

Как подчеркнули выступавшие на презентации специалисты Intel, одноядерная конфигурация Medfield была выбрана вполне осознано. Связано это с тем, что важность многоядерных решений в мобильных устройствах сегодня сильно преувеличена, так как в настоящее время большинство программных приложений не использует более одного вычислительного ядра.

А интенсивно рекламируемые многоядерные решения являются в большинстве случаев просто маркетинговыми акциями производителей компонентов и конечных устройств. Однако по мере совершенствования программного обеспечения использование многоядерных решений станет оправданным, но это в перспективе.

В соответствии с планами развития полупроводниковых процессов компании Intel и создания на их основе соответствующих изделий система на чипе Medfield производится по 32 нм техпроцессу с использованием high-k.

Необходимо отметить, что выпускаемые чипы отличаются очень низкими утечками, что позволило в ряде случаев не только сравняться по эффективности с существующими решениями ARM, которые в настоящее время производятся по нормам 45 нм, но и превзойти их.

Некоторые подробности о технологиях —  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

В процессорах, созданных по технологии 45 нм, используются high-k диэлектрики, металлические затворы и т. п. Сам процесс был годом ранее опробован и продемонстрирован на пластинах с памятью SRAM.

К слову сказать, это стало уже традицией в разработке и освоении новых полупроводниковых процессов (рис. 2).

Рис. 2. Изменение плотности микросхем

Переход на новые, более прецизионные нормы техпроцесса влечет за собой необходимость решения вопросов уменьшения токов утечек транзисторов, что напрямую влияет на энергопотребление и тепловыделение чипа в целом.

Снижение литографических размеров приводит к появлению эффекта прямого туннелирования электронов через изолирующие слои. В транзисторах это ведет к резкому увеличению тока утечки через материал диэлектрика затвора.

Для решения данной проблемы диоксид кремния был заменен на тонкий слой материала на базе солей редкоземельного металла гафния с высоким показателем диэлектрической проницаемости.

Применяемый компанией Intel 45 нм техпроцесс подразумевает меньшие по сравнению с 65 нм техпроцессом размеры используемых в структурах процессорного ядра полупроводниковых транзисторов. Это позволяет применять значительно более плотное размещение транзисторов на полупроводникой пластине – примерно в два раза более плотное, чем в случае предыдущего 65 нм поколения.

Уменьшившиеся размеры транзисторов при использовании новых материалов привели к уменьшению примерно на 30% тока, требующегося для их переключения. В дополнение к этому более чем на 20% выросла скорость переключения транзисторов, более чем в пять раз уменьшились токи утечки

В 45 нм процессорах семейства Penryn компания Intel увеличила объем кэш-памяти второго уровня (L2). Так, двухъядерные процессоры оснащены кэшем L2 емкостью до 6 Мбайт, а отдельные четырехъядерные модели обзавелисья кэш-памятью объемом 12 Мбайт.

Для реализации скоростных возможностей внутренних цепей процессорного ядра частота системной шины увеличена до 1333 МГц, а для высокопроизводительных, топовых моделей процессоров — до 1600 МГц.

Для дальнейшего увеличения производительности процессоров система команд была дополнена набором команд SSE4. Набор команд SSE4 содержит несколько примитивов векторизации для компиляторов, обеспечивающих дальнейшее увеличение производительности и эффективности мультимедийных приложений.

Все это обеспечивает увеличение эффективности и производительности в многозадачных приложениях, что позволяет расшироить возможности компьютерных систем. Указанные  нововведения являются одними из важнейших инноваций. Однако имеются и другие.

Традиционно разработчики Intel объединили основные особенности архитектуры в ряд технологий. 

Intel Wide Dynamic Execution обеспечивает выполнение большего числа команд за тактовый цикл, улучшая время исполнения и повышая энергосбережение

Intel Intelligent Power Capability, разработанная для обеспечения энергоэкономичности и производительности, а также для максимального увеличения времени автономной работы ноутбука.

Intel Smart Memory Access повышает производительность системы, оптимизируя использование доступной пропускной способности

Intel Advanced Smart Cache обеспечивает высокую производительность и эффективность кэш-памяти. Технология оптимизирована для использования с многоядерными и двухъядерными процессорами.

Intel Advanced Digital Media Boost ускоряет выполнение целого ряда приложений, включая приложения обработки видео, речи, изображений и фотоснимков, шифрования, а также финансовые, технические и научные приложения.

Некоторые подробности выпущенных моделей рассмотрены в следующей части данной статьи.
    

>>    Часть 3