Перспективы развития микропроцессоров

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

 «Уфимский государственный авиационный технический университет»

филиал в г. Белорецке

 

Кафедра ООД

 

 

 

Реферат

по дисциплине «Вычислительные системы ,сети и коммуникации»

 на тему:

 

«Перспективы развития микропроцессоров»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Группа ПИЭ-303з

Студент  ___________ _________    Семавина В.И.

^{(подпись) (дата)    (Ф.И.О.)}

Преподаватель ___________  _________          Старцев Ю.В.

^{(подпись) (дата)    (Ф.И.О.)}

 

 

 

Белорецк – 2012

 

 

 

Содержание

 

1.Введение………………………………………………………………………………………………………………………………..3

2.Перспективные пути развития процессоров ………………………………………………………………………..6

3.Intel начинает производство серверных процессоров по 45-нм техпроцессу…………………..12

4.В одном процессоре Intel будут тысячи ядер…………………………………………………………………….13                                                                                                                      

5.Список литературы …………………………………………………………………………………………………………………………….15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

В данной работе рассматривается тема "Перспективы развития микропроцессоров".

 В апреле 1965 года, примерно за три с половиной года до создания корпорации Intel, Гордон Мур, занимавший в ту пору должность директора отдела разработок компании Fairchild Semiconductors, опубликовал в журнале Electronics статью с прогнозом развития микроэлектроники, который вскоре назвали законом Мура. 19 апреля 2007 года закону Мура исполнится 42 года, и все эти годы он остается безусловным правилом для всей индустрии информационных технологий.

40 лет назад микроэлектроника  пребывала в зачаточном состоянии.  В то далекое время технология производства интегральных микросхем позволяла соединять в одной микросхеме порядка трех десятков транзисторов, а группа ученых, возглавляемая Гордоном Муром, директором исследовательской лаборатории полупроводников корпорации Fairchild Camera and Instrument Corp (Research and Development Laboratories, Fairchild Semiconductor division of Fairchild Camera and Instrument Corp), завершала разработку новых микросхем, состоящих уже из 64 транзисторов. Конечно, по сегодняшним меркам, когда в одной микросхеме насчитывается несколько десятков миллионов транзисторов, эта цифра кажется ничтожно малой, но не будем забывать, что речь идет об эпохе становления интегральной электроники. По просьбе журнала Electronics Гордон Мур написал статью, приуроченную к 35-й годовщине издания (Electronics. Vol. 38. № 8. Apr. 19. 1965). В этой статье Мура попросили сделать прогноз относительно того, как будут развиваться полупроводниковые устройства в течение ближайших десяти лет. Проанализировав темпы развития полупроводниковых устройств и экономические факторы за прошедшие шесть лет, то есть начиная с 1959 года, Гордон Мур предположил, что к 1975 году количество транзисторов в одной интегральной микросхеме составит 65 тыс. Именно этот прогноз на ближайшие десять лет стал преамбулой к данному Введению. Я не случайно уделяю во введении такое внимание закону Мура. Он реально работает и позволяет оценить ближайшие перспективы развития микропроцессоров. А актуальность такого развития не вызывает сомнений. Соответственно, не вызывает сомнений актуальность темы работы.

 Цель работы - анализ перспектив  развития микропроцессоров.

 Объект исследования - развитие  микропроцессоров в обозримом  будущем: направления и технологии.

 Предмет исследования - технологии  производства микропроцессоров  в настоящем и ближайшем будущем,  пути развития современных процессоров,  развитие концепции двухъядерных и многоядерных процессоров и ее реализации, совершенствование архитектур микропроцессоров, анализ перспектив развития процессоров ведущими фирмами производителями и их планы.

 Задачи исследования вытекают  из поставленной цели:

- перечислить и рассмотреть  современные достижения в развитии  микропроцессоров;

- проанализировать направления  развития микропроцессоров;

- выделить новые технологии  производства микропроцессоров;

- дать обзор прогнозов развития  микропроцессорной техники.

 Фактически по прогнозу Мура количество транзисторов в одной микросхеме за десять лет должно было увеличиться более чем в тысячу раз. В то же время это означало, что каждый год количество транзисторов в одной микросхеме должно удваиваться.Кроме предсказания экспоненциального роста плотности размещения транзисторов, Мур сделал и другой важный и на первый взгляд парадоксальный вывод: сокращение размеров транзисторов должно неизбежно привести к тому, что интегральные микросхемы на их основе будут становиться все более дешевыми, мощными и доступными, а их производство - все более массовым. Конечно, в 1965 году ни сам Гордон Мур, ни кто-либо другой не мог предположить, что опубликованный прогноз на ближайшие десять лет не только в точности сбудется, но и послужит основой для формулирования эмпирического правила развития всей полупроводниковой технологии на много лет вперед.Почему столь простая формулировка закона развития микроэлектроники вот уже сорок лет на все лады цитируется во всем мире, став своеобразным фетишем для тех, кто работает на рынке информационных технологий? И почему закон Мура стал настолько универсальным, что его без колебаний применяют при прогнозировании роста Интернета и пропускной способности каналов связи, для предсказания увеличения емкости жестких дисков и многого другого?

 Происходит все это прежде всего потому, что закон Мура в доступной пониманию каждого форме определяет фантастические, не доступные ни одной другой отрасли темпы развития полупроводниковой индустрии. На ее стремительном росте сегодня зиждется вся мировая экономика, которая уже просто немыслима без разного рода компьютеров. Некоторые аналитики даже предсказывают, что "конец эпохи закона Мура" приведет к новой великой депрессии, до самых основ потрясшей американскую экономику в 30-е годы прошлого века. Так или иначе, обнаруживая действие закона Мура во все новых сферах высоких технологий, мы лишний раз убеждаемся в том, что имеет место постоянный, очень быстрый прогресс технологий, а значит, и всей мировой экономики.Первоначально закон Мура представлял собой простое наблюдение за тем, как развивается индустрия микропроцессоров, этакий эмпирический постулат. Однако через несколько лет он стал руководящим принципом развития для всей отрасли, а теперь иначе как законом его никто и не называет. Однако, несмотря на то что закон Мура оправдывает себя вот уже почти сорок лет, многие довольно скептически относятся к тому, что он будет действовать и в дальнейшем. С приводимыми ими доводами трудно не согласиться. Действительно, уже сейчас микросхемы производятся по 90-нанометровому технологическому процессу. Но ведь не может же уменьшение размеров транзисторов происходить до бесконечности, хотя бы в силу дискретности самой природы! Что будет, когда размеры затворов транзисторов достигнут атомарных слоев? Вопрос, конечно, интересный, но ответить на него в ближайшее десятилетие вряд ли кто-нибудь сможет. Да и до атомарных размеров транзисторов еще далеко. Если же говорить о перспективе дальнейшего совершенствования полупроводниковой электроники в соответствии с законом Мура на ближайшие лет тридцать, то можно утверждать, что предсказанное Муром экспоненциальное возрастание числа транзисторов на одной микросхеме сохранится.

 На весеннем Форуме Intel для разработчиков 2002 года главный технический директор корпорации Intel Патрик Гелсингер поделился своими соображениями относительно закона Мура: "Честно говоря, я часто спрашивал себя, когда же закончится действие закона Мура? Сколько мы еще сможем им пользоваться? В 1980 году, когда я пришел в Intel, мы ломали головы над тем, как достичь технологической нормы производства микропроцессоров в один микрон. В 90-е годы перед нами уже стояла задача внедрить технологическую норму в одну десятую микрона, и опять она казалась нам недостижимой. А сегодня мы думаем о том, как преодолеть барьер в одну сотую микрона. Могу пообещать вам, что до моей пенсии (то есть в течение последующей четверти века) закон Мура будет действовать. Я уверен, что еще не одно десятилетие он будет руководящим принципом развития отрасли".

"Закон Мура - основной лейтмотив нашей деятельности в области конвергенции вычислительных и коммуникационных возможностей, - заявил глава корпорации Intel Крейг Барретт, открывая весенний Форум Intel для разработчиков IDF 2005. - Приверженность корпорации Intel закону Мура позволяет нам создавать интегрированные платформы, которые предоставляют широкий диапазон возможностей для отдельных людей и организаций, использующих эти технологии. Для эффективной реализации всего потенциала новых возможностей все большее значение приобретают процесс внедрения инноваций и общеотраслевое сотрудничество". Паоло Джарджини, директор по технологической стратегии корпорации Intel, в своем выступлении на последнем IDF подтвердил, что закон Мура продолжает действовать и что в полном соответствии с ним корпорация Intel продолжает вводить новые технологические процессы каждые два года. Залогом успешной деятельности Intel на этом направлении служат ежегодные многомиллиардные вложения корпорации в научно-исследовательские разработки, постоянную модернизацию и расширение своих производственных мощностей. Достаточно сказать, что в 2005 году Intel планирует израсходовать на эти цели более 10 млрд. долл.

 В 2005 году начнется производство  чипов по технологии 65 нанометров, на 2007-й намечен переход на 45-нанометровый  процесс, на 2009 год - внедрение  32-нанометрового, а в 2011 году  настанет черед технологического  процесса 22 нм. Как подчеркнул Паоло Джарджини, в корпорации Intel уже имеются конкретные научно-технические разработки, которые позволяют реализовать все эти планы.

 Тогда же Паоло Джарджини заявил, что вплоть до 2020 года Intel cможет создавать транзисторы по современной схеме работы - с электродами и затвором между ними. К тому времени, однако, размеры всех элементов транзистора достигнут атомарных размеров, и уменьшать их дальше будет просто невозможно. Следовательно, уже сейчас необходимо искать новые технологии. Одна из них - организация передачи сигнала на уровне элементарных частиц путем спиновых волн.

 Еще один вариант - углеродные и кремниевые нанотрубки. Транзисторы, изготовленные из таких материалов, имеют сопоставимые размеры. Диаметр углеродных нанотрубок - 1-2 нм, но в экспериментальных транзисторах исток и сток расположены по их длине, что позволяет повысить быстродействие и уменьшить потребляемую энергию, однако размер при этом не уменьшается.

"Экзотические структуры, такие  как углеродные нанотрубки, могут найти применение в технологии КМОП (комплементарные металл-оксидные полупроводники) не столько для ускорения темпов миниатюризации, сколько для повышения производительности устройств или, возможно, упрощения их изготовления, - пишет Джарджини. - Даже если для цифровой логики будет изобретено принципиально иное средство перемещения электронов, возможности его масштабирования для повышения плотности и производительности не зайдут много дальше пределов, достижимых технологией КМОП, главным образом из-за ограничений, налагаемых требованием отвода тепла".

 И наконец, последнее - изготовление  чипов больших размеров за  счет наращивания их площади  или построения трехмерных многослойных  микросхем. Такие решения предлагал  сам Гордон Мур, а также профессор Стэнфордского университета Том Ли и некоторые другие исследователи. Каким путем пойдет дальнейшее развитие полупроводников - покажет время.

 Так или иначе, практическая  деятельность Intel не только продлевает жизнь закону Мура, но и распространяет его действие на самые разные сферы. Микропроцессоры становятся буквально вездесущими, а достижения высоких технологий - максимально демократичными, поскольку наравне с традиционными нишами Intel предлагает использовать их и в совершенно новых областях: в беспроводных технологиях, сенсорах и сенсорных сетях, а также в оптических технологиях. Так что, по мнению руководства Intel, все только начинается...

Перспективные пути развития процессоров .                                                                                                                        В настоящее время технология развивается стремительно, каждый год появляется несколько новых микропроцессоров. Однако факторы, влияющие на это развитие, известны. Зная эти факторы, довольно уверенно можно предсказывать и основные пути развития процессоров в ближайшем будущем. Всем специалистам известно, что при всем многообразии программного обеспечения основу всех программных продуктов составляет так называемый основной цикл работы микропроцессора: выборка команды, ее дешифрация, вычисление адреса и выборка операндов, выполнение команды, запись результата и переход к следующей команде. Все пакеты, все операционные системы, все текстовые процессоры – все имеет в основе своей этот нехитрый набор действий.                                                                                                                                                                  Точно так же во всем многообразии видов внутреннего строения компьютерных процессоров лежат некоторые основополагающие принципы, которые обусловлены, прежде всего, теми техническими и экономическими факторами, которые влияют на разработку, производство и последующее внедрение микропроцессоров. Поняв эти факторы, а также зная современный уровень технологий, можно с достаточной уверенностью предсказывать дальнейшее развитие рынка процессоров в ближайшем будущем и оценить перспективность той или иной модели (или архитектурного подхода).

Итак, нам необходимо, во-первых, выявить  основную цель развития процессоров; во-вторых, определить ограничения, которые накладываются  на процессоры; наконец, в-третьих, оценить  существующие современные подходы  построения микропроцессоров.

Устремления и ограничения Общая  цель, которую стремятся достичь  все разработчики микропроцессоров, в общем-то, кристально ясна – получить процессор максимальной производительности с наименьшими затратами как  в разработке, так и в производстве. При этом процессор должен быть как  можно более универсален. Лишь при  достаточно большой массовости производства можно разделить все расходы  по разработке модели на такое количество выпущенных экземпляров, что цена одного процессора будет иметь разумный размер. Если же, допустим, процессор  найдет весьма узкое применение, то львиную долю его стоимости будут  составлять расходы по собственно разработке процессора, а не расходы по его  производству. Именно поэтому так  дороги уникальные серверные и процессорные платформы, применяемые для нужд обороны и прочих малораспространенных задач. В общем случае, расходы  по разработке, скажем, новой модели Pentium и какой-либо сложной специализированной структуры весьма сопоставимы. Однако цена специализированной системы будет превышать цену обычной в десятки раз. Причина этого – в массовости производства.

Проще всего создать процессор, оптимизированный под одну-единственную задачу. В рамках этой задачи можно  достичь пика производительности для  данной элементной базы. Скажем (пусть  это и несколько утрированное сравнение), логический элемент “И”  даже устаревшего комплекта будет  выполнять операцию логического  умножения быстрее, чем самый  современный процессор фирмы  Intel. Но при этом применений больше, естественно, у процессора. Именно в связи с этой универсальностью происходят потери в производительности (ведь процессор должен выполнить гораздо больше микроопераций, зато и его набор команд гораздо шире). Подобная борьба противоположных требований, при всей своей простоте, является основным фактором влияния.

Другим фактором, возможно и не таким очевидным, является удобство применения процессора для разработки приложений. При разработке любого сложного проекта на каком-то этапе  сама технология производства оказывается  делом первостепенной важности. Качественная реализация проекта оказывается  невозможной без применения специальных  средств для контроля за качеством производимых программных продуктов. Именно в этом заключаются корни популярности объектно-ориентированного подхода в языках высокого уровня. В той же мере и на уровне машинных кодов удобство системы команд может оказывать большое влияние на качество работы. Например, затрудненная реализация неких часто повторяющихся действий (сравните поочередное использование инструкции сохранения регистров в стеке для процессора i8088 и команду PUSHA в i80386). Чем удобнее окажется процессор для разработчиков, тем больше будет выпущено программных продуктов именно для этой платформы, и, соответственно, тем привлекательней окажется эта платформа для конечных пользователей. Итак, процессор должен обладать максимальной производительностью, при этом, однако, он должен сохранять свою относительную универсальность, обеспечивающую массовость производства. Также процессор должен быть достаточно удобен для разработки сложных приложений. С учетом всех этих требований можно рассматривать ныне существующие модели, оценивать их перспективность и, до некоторой степени, предсказывать их дальнейшее развитие.