Qualcomm

На прошлой неделе прошли две конференции по безопасности Black Hat и DEF CON. Оба мероприятия из-за коронавирусных ограничений в этом году сделали виртуальными, а материалы DEF CON полностью открытыми. Записи презентаций выкладывали на Youtube, сессии вопросов и ответов проводили в реальном времени на Twitch и в чате конференции на Discord. Мероприятие назвали DEF CON Safe Mode.


Одной из самых если не интересных, то масштабных презентаций стало исследование уязвимостей в мобильных чипах Qualcomm, используемых в большом числе Android-устройств (до 40% рынка). Шесть исправленных уязвимостей вызывали отказ в обслуживании, выполнение произвольного кода, обеспечивали прямой доступ к камере, микрофону, датчикам GPS и так далее. В феврале марте данные об этих дырах передали производителю, который пропатчил их в июле, но когда заплатки доберутся до реальных устройств, пока непонятно. Из-за этого в анонсе исследования на сайте технических деталей нет, но они есть в презентации на DEF CON.


Hexagon это, по сути, отдельный процессор в составе SoC Qualcomm, отвечающий за коммуникацию с периферией, от камеры до схемы зарядки устройства. Для работы с ним производитель распространяет SDK, но по факту работать с DSP-частью может только код, подписанный Qualcomm. Используя фаззинг, исследователи нашли массу мелких багов во всех библиотеках для работы с DSP, всего более 400. Они вызывают сбой в выполнении кода с разными последствиями, и в некоторых случаях приводят к либо к перезагрузке или зависанию телефона, либо к выполнению кода, или же открывают бесконтрольный доступ к периферийным устройствам. Эксплуатация уязвимостей предполагает запуск на устройстве вредоносного приложения, которое обращается с DSP, вызывает сбой и получает расширенные права.

Без подробностей оценить реальный масштаб проблемы пока невозможно. Известно лишь, что разработчики компании Qualcomm закрыла уязвимости, но патчи еще нужно доставить на устройства. Анализ свежего набора обновлений безопасности для Android показал, что в него исправления не попали. Кроме того, в Check Point предполагают, что вендорам также придется перекомпилировать собственный код для работы с Hexagon, чтобы полностью избавиться от уязвимостей. Неподдерживаемые устройства, не получающие обновления безопасности, скорее всего, так и останутся уязвимыми.

Другие интересные презентации с DEF CON и Black Hat:

Обсуждение гипотетической атаки на IoT-устройства с высоким энергопотреблением, такие как стиральные машины и нагреватели. Авторы предлагают интересные сценарии взлома. Например, одновременно включив тысячи нагревателей, можно влиять на стоимость электроэнергии. А она, в свою очередь, косвенно влияет на курс обмена криптовалют, который зависит от майнинга (новость).

В мультимедийной системе автомобилей Mercedes E-класса нашли и закрыли 19 уязвимостей, одна из них позволяет удаленно открывать двери и запускать двигатель. Анализ прошивки устройства также показал возможность атаки на управляющие серверы производителя (новость).


Исследование Джеймса Павура о результатах спутниковой рыбалки метода перехвата спутниковых данных. Казалось бы, с распространением зашифрованной передачи данных такой сценарий должен был уйти в прошлое, но нет. Дело не только в устаревших системах, работающих по HTTP. Автору удалось перехватить коммуникации самолета китайской авиакомпании, логин в админку ветряка во Франции, переговоры о ремонте генератора на топливном танкере в Египте (см. также статью в ArsTechnica).

Что еще произошло:

Intel расследует утечку 20 гигабайт данных, включая исходные коды (статья ArsTechnica, обсуждение на Хабре). Скорее всего, утекла информация, которой вендор делится с партнерами под NDA.

Интересная статья на основе пользовательских наблюдений за умной колонкой Google Home. У владельца устройства сработала пожарная сигнализация, и он получил на телефон уведомление об этом. Это в целом хорошо, но предполагает, что запись звука на умном устройстве ведется всегда, а не только когда произносится кодовое слово. В Google случившееся назвали ошибкой тестируемая фича случайно попала в продакшн.

Компания Canon стала жертвой атаки вымогателей.


В сеть утекли данные о 900 VPN-серверах, использующих ПО Pulse Secure. Это следствие серьезной уязвимости, обнаруженной в прошлом году. Из-за возможности произвольного удаленного чтения данных с уязвимого сервера в базе содержатся не только домены и IP-адреса, но и SSH-ключи и другая информация.

Как создаются современные процессоры? Насколько это сложный и интересный процесс и почему так важна некая Экстремальная УФ-литография? В этот раз мы копнули действительно глубоко и готовы рассказать вам об этой магии технологий. Располагайтесь поудобнее, будет интересно.

Вот вам затравочка 30-килоВаттный лазер в вакууме стреляет по капле олова и превращает ее в плазму скажете фантастика?

А мы разберемся как это работает и расскажем об одной компании из Европы, которая стоит тенью за всеми гигантами Apple, AMD, Intel, Qualcomm, Samsung и другими и без нее никаких новых процессоров бы и не было. И нет это, к сожалению не Чебоксарский завод электроники.



Чтобы понять процесс экстремальной ультрафиолетовой литографии нам надо для начала понять, что вообще такое фотолитография. Сам процесс по своей сути очень похож на то как печатаются фотографии с с пленочных негативов на фотобумагу! Не верите сейчас все объясним.

Фотолитография

Начнем с простого примера возьмем прозрачное стекло и нанесем на него какой-то геометрический рисунок, оставив при этом какие-то участки без краски. По сути, сделаем трафарет. Приложим этот кусок стекла к фонарику и включим его. Мы получим ровно тот же рисунок в виде тени, который мы нанесли на кусок стекла.



В производстве процессоров этот кусок стекла с рисунком называется маска. Маска позволяет получить на поверхности любого материала засвеченные и незасвеченные участки любой плоской формы.

Хорошо рисунок на поверхности мы получили, но это всего лишь тень. Теперь надо как-то его там сохранить. Для этого на поверхность кремниевой пластины наносится специальный светочувствительный слой, который называют Фоторезистом. Для простоты мы не будем тут говорить о позитивных и негативных фоторезистах, почему они так реагируют, все-таки мы не на уроке Физической химии. Просто скажем, что это такое вещество, которое меняет свои свойства, когда на него попадает свет на определенной частоте, то есть на определенной длине волны.

Опять же как и на фотопленке или фотобумаге специальные слои материалов реагируют на свет!



После того как нужные нам участки на кремнии мы засветили, именно их мы можем убрать, оставив при этом на месте остальные, то есть незасвеченные участки. В итоге мы получили тот рисунок, который и хотели. Это и есть фотолитография!

Конечно, кроме фотолитографии в производстве процессоров участвуют и другие процессы, такие как травление и осаждение, фактически комбинацией этих процессов вместе с фотолитографией транзисторы как-бы печатаются слой за слоем на кремнии.

Технология не новая, почти все процессоры начиная с 1960-х производятся при помощи фотолитографии. Именна эта технология открыла мир полевых транзисторов и путь ко всей современной микроэлектронике.

Но по-настоящему большой скачок в этой области произошел только недавно! С переходом на EUV. И всё из-за длинный волны 13.5 нм. Не переживайте, сейчас объясню!



Длина волны на которой светит наш фонарик это невероятно важный параметр. Именно она и определяет насколько маленьким вы можете получить элементы на кристалле.

Правило максимально простое: Меньше длина волны больше разрешение, и меньше техпроцесс!



Обратите внимание на картинку. Абсолютно все процессоры начиная с начала 90-х до 2019 года производились с использованием процесса Глубокой УФ-литографии, или DUV литографии. Это то, что было до Экстремальной.

Он основывался на использовании фторид-аргонового лазера, который испускает свет с длиной волны в 193 нанометра. Этот свет лежит в области глубокого ультрафиолета отсюда и название.

Он проходит через систему линз, маску и попадает на наш кристалл покрытый фоторезистом, создавая необходимый рисунок.





Но у этой технологии тоже были свои ограничения, завязанные на фундаментальных законах физики.

Какой же минимальный техпроцесс возможен? Смотрим на формулу (только не пугайтесь):



Здесь Лямбда это и есть наша длина волны, а CD это critical dimension, то есть минимальный размер получаемой структуры. То есть с использованием старой DUV литографии нельзя получить структуры не меньше примерно 50 нм. Но как же это так спросите вы? Ведь производители отлично делали и 14 и 10 нм, а кто-то даже и 7 нм с использованием DUV литографии.

Они пошли на хитрости. Вместо одного засвета через одну единую маску, они стали использовать несколько масок, с разными рисунками, которые дополняют друг-друга. Это процесс получил название множественное экспонирование. Назовем это принципом слоеного пирога!



Да производители обошли прямые физические ограничения, но физику не обманули!

Появилась серьезная проблема: эти дополнительные шаги сделали производство каждого чипа гораздо дороже, из-за них увеличивается количества брака, есть и другие проблемы.

То есть в теории можно продолжить работать со старой технологией и путем игры с масками и экспонированием (двойная, тройная, четверная экспозиция) уменьшать размеры и дальше, но это сделает процы золотыми. Ведь с каждым слоем процент брака возрастает все выше, а ошибка накапливается!

То есть можно сказать, что DUV это тупик! Что делать дальше, как уменьшать?

И тут на помощь приходит великая и ужасная технология Экстремальной УФ-литографии, или EUV-литографии!



Посмотрите на фото оно прекрасно демонстрирует различие двух технологий. Обе получены с использованием 7-нанометрового техпроцесса, но та что слева получена с использованием DUV-литографии и с теми самыми хитростями о которых мы говорили тройное экспонирование, то есть с поэтапным использованием 3 разных масок. Справа же технология EUV литографии на 13.5 нанометрах, с использованием одной единственной маски разница очевидна границы гораздо четче, лучший контроль геометрии, ну и сам процесс намного быстрее, меньше процент брака, то есть в конце концов дешевле. Вот она дорога в светлое будущее, почему бы сразу так не делать, в чем проблема?

Как работает EUV-литография

Все дело в том, что хоть EUV это та же литография, внутри в деталях все гораздо сложнее и тут ученые и инженеры столкнулись с новыми проблемами!

Сама технология экстремальной УФ-литографии начала разрабатываться в самом начале 2000 годов. В ней используется источник, который излучает свет с длинной волны в 13.5 нанометров то есть на нижней границе УФ-спектра, близко к рентгену!

В теории этим способом можно создавать структуры уже критических размеров настолько маленьких, что еще чуть-чуть и на них перестанут действовать законы обычной физики. То есть после 5 нм мы попадаем в квантовой мир!





Но даже эта проблема на данный момент решена. Есть источник возьми, да и делай себе сколь угодно маленькие процессоры.

Все совсем не так просто!

Проблема таких коротких длин волн в том, что они поглощаются почти всеми материалами, поэтому обычные линзы что были раньше уже не подходят. Что делать?

Для управления таким светом было принято решение создать специальные отражающие зеркальные линзы. И эти линзы должны быть гладкими! Очень гладкими!!! Практически идеально гладкими!

Вот вом аналогия растянем линзу до размеров, скажем, Германии, так вот ее площадь должна быть такой гладкой, что ничего не должно выпирать больше чем на 1 миллиметр. Этот параметр называется шероховатостью линзы и у нужной нам он должен быть меньше 0.5 нанометра. Это уже близко к размерам АТОМА! Кто же сможет подковать блоху?

Конечно, Zeiss только они на это способны! Да та самая компания Zeiss, чьи линзы стоят на моем фотике, были в Nokia или во флагманах Sony Xperia.



Одна проблема решена линзы есть!

Есть и вторая этот свет рассеивается даже в простом воздухе. Поэтому для того чтобы процесс прошел нормально его надо проводить в вакууме!

Про частички пыли и грязи я вообще молчу понятно что их там вообще не должно быть. Чистые комнаты на таком производстве на порядки чище, чем операционные в больницах! Люди буквально ходят в скафандрах. Любая, даже самая маленькая частичка грязи кожи воздуха может испортить и маску и зеркала!

А что же с источником? Просто поставили специальный лазер на более короткую длину волны и все? Проблема в том, что ни лампочек, ни лазеров, ни каких-либо других нормальных источников света, которые излучают на такой длине волны просто не существует в природе.

И как же тогда получают нужное излучение? Элементарно, Ватсон нам нужна плазма.

Надо нагреть оловянный пар до температур в 100 раз больших, чем температура поверхности солнца! Всего-то! И за этим стоит почти 2 десятилетия разработок.

В установке для производства процессоров по EUV-литографии, о которой мы поговорим отдельно установлен специальный углекислотный лазер, который опять же может производиться в тандеме всего двух компаний в мире немецкой фирмой Trumpf и американской Cymer. Этот монстр мощностью в 30 киловатт стреляет по 2 импульса с частотой 50 килогерц.

Лазер попадает в капли олова, первый выстрел фактически плющит и превращает каплю в блин, которая становится легкой мишенью для второго залпа, который ее поджигает. И происходит это 50 тысяч раз в секунду! А образовавшаяся плазма и излучает этот свет в экстремальном УФ спектре.





И естественно, это только самая база, но мы попробовали нарисовать вам картину того насколько это сложный и крутой процесс.

Компания, стоящая за производством всех процессоров

О технологии рассказали, значит ее кто-то придумал и реализовал, но ее разработка оказалась настолько дорогой, что даже крупные гиганты и воротилы не способны потянуть такие бюджеты!

В итоге, чтобы это стало реальностью всем пришлось скинуться Intel в 2012 году, а TSMC и Samsung где-то в 2015 году приняли участие в общем проекте. Суммарные инвестиции составили, по разным оценкам от 14 до 21 млрд долларов! Из которых почти 10 млрд были вложены в одну единственную нидерландскую компанию ASML. Именно она и стоит за всем производством процессоров в мире по методу EUV-литографии! Вау! Что за ASML и почему мы о ней ничего не слышали? Компания из Нидерландов что за темная лошадка?

Все дело в том, что ASML создали тот самый инструмент без которого Apple, Самсунг и Intel с AMD фактически как без рук! Речь идет об установке стоимостью более 120 миллионов долларов. Она огромная, 180-тонная, потребляет почти 1 мегаватт электроэнергии, и ей нужно почти 1.5 тонны воды в минуту для охлаждения! Но даже при такой цене очереди на них стоят годами ведь в год этих машин производится несколько десятков штук.



Тут же стоит упомянуть немалый вклад российских умов. Например, один из создателей этой технологии Банин Вадим Евгеньевич, сейчас директор по разработке в ASML. Также в компании работают и другие наши соотечественники!

Мы выяснили, что эта компания делает одни из самых технологичных девайсов, в котором собраны все знания человечества и на них производят процессоры все IT-гиганты сразу!



Но не только ASML стоит за спиной нам известных IT-гигантов. Их установки состоят из более чем 100 тысяч деталей, которые производятся более чем тысячей компаний по всему миру. Все эти компании связаны друг с другом!

Будущее

Но что же будет дальше! Вы что думали, что мы оставим вас оставим в дне сегодняшнем? Нет мы подглядели в будущее! Мы раздобыли информацию что будет после пяти или даже двух нм!

Во-первых, прямо сейчас, пока вы смотрите это видео TSMC уже штампует новые процессоры для HUAWEI, Apple и Samsung с использованием EUV-литографии, но не на 7 нм, как было с Apple A13 и Kirin 990, а на 5 нм техпроцессе! И этому есть множества потверждений! И о них мы услышим уже этой осенью. Как вам такое A14 Bionic будет 5нм! Так же ждем новые Exynos на 5 нм и процессоры Google, о которых мы рассказывали отдельно! Qualcomm наверняка тоже подтянется за ними, но тут мы не располагаем данными!

А во-вторых, и это вообще взрывает мозг, ASML уже заканчивает разработку установок, которые позволят производить процессоры на 2 нанометровом техпроцессе и даже меньше всего через 4-5 лет!

Для этого ребята из нидерландской компании совместно с немецкой Zeiss разработали новые зеркальные линзы, с высокими значениями апертуры. Это анаморфная оптика она и многое другое позволит увеличить разрешающую способность.

Сам процесс по сути тот же EUV, но с приставкой High-NA EUV. А сами агрегаты буду занимать еще большие размеры, посмотрите вот так для них делают оптику!



Этот год тяжелый для всех, но в тоже время посмотрите какими шагами начинают развиваться технологии, все шире и шире. Нас ждут новые процессоры с мощностями, которые нам и не снились.

Кроме этого развиваются совершенно новые типы процессоров такие как NPU для нейровычислений.

ARM-процессоры становятся все более мощными, а сфера их применения расширяется. Сейчас над новым производительным ARM-чипом работает компания Qualcomm. Ее процессор для десктопных ПК и ноутбуков получил название SC8280, и его без проблем можно будет использовать в Windows-компьютерах.

Snapdragon SC828 появится в продаже в середине этого года, более точная дата неизвестна. Насколько можно понять, чип будет прямым конкурентом процессора от Apple, который тоже базируется на архитектуре ARM.

У Qualcomm есть все шансы выпустить собственный мощный процессор, поскольку эта компания один из крупнейших производителей ARM-чипов. Доля рынка Qualcomm составляет около 33% в середине 2019 года. К концу прошлого года этот показатель снизился до 29% компания уступила место китайской MediaTek. Последняя, правда, опережает своего конкурента всего на пару процентов.

Что собой представляет новинка?

Насколько известно, Snapdragon SC8280 улучшенная версия первых решений от Qualcomm для ноутбуков на основе ОС Windows. Речь идет об аппаратных платформах Snapdragon 8cx и 8cx Gen 2. Но есть значительные отличия не только внутренние, но и внешние. Например, отличаются даже размеры у SC8280 это 20х17 мм. Размеры предшественников 20х15 мм. Разница может объясняться большим количеством ядер.

Компания собирается выпустить сразу две модификации процессора, одна из них будет поддерживать сразу 32 ГБ LPDDR4X. Вторая модификация будет работать с недавно появившимися модулями LPDDR5.

На какой стадии находится разработка?

На завершающей. Уже есть прототипы процессора, их тестируют в лабораториях компании, в паре с 14-дюймовыми мониторами. Несмотря на то, что с момента демонстрации 8cx Gen 2 (сентябрь 2020 г.) не прошло и полгода, новые чипы будут выпущены в этом году.

Несмотря на то, что спецификации процессора неизвестны, его частью, скорее всего, станет модем Snapdragon X55. Он позволяет устройству работать с сотовыми сетями пятого поколения, что должно привлечь к устройству внимание корпораций.

Более того, у гаджетов на основе Apple M1 подключения к 5G нет, так что это будет еще и конкурентным преимуществом новинки.

Ну и выполнен этот процессор по 5нм техпроцессу, это еще одно конкурентное преимущество. У Qualcomm уже есть процессор, который выполнен по 5нм технологии. Правда, это мобильный чип Qualcomm 888.

Что у Qualcomm есть сейчас?

Если говорить о процессорах, которые компания поставляет сейчас, то главный из них Snapdragon 8cx Gen 2. Это 64-битный чип, выполненный по 7нм технологии. У него восемь ядер Kryo 495. Есть несколько модифицированная версия, тоже с 8 ядрами, но Kryo 490. Встроенная графика Adreno 675.


У Snapdragon 8cx Gen 2, на смену которому придет новинка, уже есть поддержка 5G-сетей.У первого же поколения есть лишь поддержка LTE и 4G. Он используется в Galaxy Book S, флагманской модели ноутбука от Samsung, и некоторых других системах. Благодаря низкому энергопотреблению заряда батареи такого устройства хватает почти на сутки в режиме просмотра видео.

Snapdragon 8cx Gen 2 и Snapdragon 8c установлены и в IdeaPad 5G и IdeaPad 4G LTE. Каждый из девайсов умеет работать с сотовой сетью, а батарейки хватает на 20 часов работы.

Есть еще и мобильный процессор Snapdragon 888 c Cortex X1, Wi-Fi 6E и 5G. У него 8 ядер. Главное ядро для высокопроизводительных задач, три ядра для выполнения фоновых ресурсоемких задач, еще четыре для выполнения фоновых неприоритетных задач. Основное ядро в чипе, Cortex-X1, работает на частоте 2,84 ГГц. Три дополнительных ядра Cortex A78, четыре остальных A55.

Ближайший конкурент

Что касается конкурента, Apple M1, то на его базе пока выпущено три системы MacBook Air, MacBook Pro 13 и неттоп Mac mini. Процессор включает четыре высокопроизводительных ядра Firestorm и четыре ядра низкого энергопотребления Icestorm.

У высокопроизводительных ядер 192 КБ кэша команд и 128 КБ кэша данных и совместно используют 12 МБ кэша L2. У второй группы ядер 128 КБ кэша команд, 64 КБ кэша данных и общий 4 МБ кэша L2.

Частью чипа является еще и восьмиядерная графика, которая способна справляться одновременно с 25 000 потоков, плюс 16-ядерный нейропроцессор, выполняющий 11 триллионов операций в секунду.

Snapdragon 865, Apple A13 bionic, новый Ryzen от AMD...Отовсюду нам кричат про 7-нанометровый техпроцесс в смартфонах и ПК! Чем это отличается от знакомых 10 и 14 нанометров? Как влияет на батарейку, производительность, нагрев?А тут еще и Samsung с Google анонсируют процессоры на 5 нм, кто-то уже вообще говорит о 3 нм.



А где вообще Intel? Только что еле-еле переползли на 10 нм?

Мы решили узнать, что измеряют эти нанометры? И так ли важно ими мериться или это просто маркетинг? И реально ли Intel так безбожно устарел?



Прежде чем перейти к процессорам в наших смартфонах и компьютерах, немного основ как устроен процессор?



Знакомьтесь это транзистор! Ключевой элемент всех процессоров. Фактически транзистор это переключатель. Ток течет через него это 1, ток не течет это 0. Это и позволяет считать в двоичной системе основа всех процессоров!



Раньше транзисторами были вакуумные лампочки. Условно горит или не горит: единица или ноль.

Таких лампочек нужно было очень много, чтобы всё как-то работало. Например, компьютер ENIAC 1946 года, который участвовал в создании водородной бомбы насчитывал 17,5 тысяч вакуумных ламп и весил 27 Тонн, занимая 167 квадратных метров. При этом он жрал 150кВт электричества.



И тут один из ключевых моментов, на который стоит обратить внимание. Еще раз повторю энергопотребление у этих 17,5 тысяч лампочек составляло 150 кВт.





Но в начале 1960-х случилась революция изобретение и начало производства полевых транзисторов.Как раз у них исходным полупроводником является кремний отсюда и всем известная силиконовая, кхм, тоесть Кремниевая долина!

И тут понеслось! Размеры транзисторов уменьшились настолько, что они стали потреблять существенно меньше электричества и занимать меньше места. И количество транзисторов в вычислительной технике начало увеличиваться с огромной скоростью! А вместе с ним и мощность вычислительных систем!



В первом промышленном процессоре Intel 4004, который был выпущен в 1971 году было 2250 транзисторов.

А сейчас например в A13 Bionic этих транзисторов 8.5 миллиардов это больше чем людей на планете! Ну пока



Но на сколько вообще уменьшились современные транзисторы, насколько они маленькие? Простое сравнение легкое для понимания например, с человеческим волосом!

На его срезе можно разместить почти 1.5 миллиона современных транзисторов сделанных по 7-нанометровому техпроцессу!

То есть у вас на толщине человеческого волосе можно разместить в 4 раза больше транзисторов, чем было в процессоре Intel 4004!

Почему же надо уменьшать? Тут все более-менее очевидно!

Во-первых, чем меньше транзистор тем меньше он потребляет энергии. Вы уже это поняли на примере ламповых.
А во-вторых их больше помещается на кристалле, а значит растёт производительность. Двойная выгода!



И тут мы переходим к понятию техпроцесса или Technology Node что же это такое?

Если максимально упростить, то значением техпроцесса исторически являлась минимальная длина канала транзистора как видно на картинке не стоит его путать с размерами транзистора целиком.



То есть, чем меньше размер техпроцесса тем лучше это нам и пытаются донести компании, но так ли всё просто?

И тут важно другое: транзисторы бывают разные и они отличаются не только по размеру, но и по своей структуре.

Классические, планарные или плоские, транзисторы перестали использоваться относительно недавно в 2012 году. Они уступили место трёхмерным транзисторам, где вытянули канал в третье измерение, уменьшив его толщину и тем самым уменьшив сам транзистор.Такаяструктура называется FinFET они и используются сейчас.



Данная технология очень помогла уменьшить размер транзисторов и главное сильно повысила количество транзисторов на единицу площади, что и является одним из ключевых показателей для производительности!

Но означает ли сегодня понятие техпроцесс тоже самое, что и несколько лет назад?

Во всей индустрии прослеживалась очень важная тенденция каждый следующий техпроцесс был меньше предыдущего на 30%, что помогало удвоить количество транзисторов при сохранение того же энергопотребления например 130*0.7=90 нм, 90*0.7=65 нм, далее до 45 нм, 32 нм, и так далее.

И это пока соответствует Закону Мура:

Количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца.

Что же стоит за этой игрой чисел?

Мы уже выяснили, что техпроцесс это размер затвора транзистора, то есть длина канала, который пропускает или не пропускает через себя ток и этот размер ключевой!



Но оказывается это истинно, только если мы говорим о старых 32 нм там все точно, хоть линейкой измеряй! И этот параметр был закреплен документально!

Но так было до 2009 года, когда из так называемого Международного плана по развитию полупроводниковой технологии было исключено понятие техпроцесса и его обозначения!

Простым языком цифры указанные в тех процессе сегодня это просто маркетинговый лейбл!

Производители пошли вразнос и начали называть всё подряд 10, 7 и вообще 5 нанометрами, а кто-то уже говорит и о 3 нанометрах! Можно всё это ставить в кавычки, как простое обозначение поколения процессоров!



Вот вам например структура процессора Apple A12, произведенного на заводе TSMC по 7- нанометровому техпроцессу. Обратите внимание на шкалу масштаба в левом нижнем углу.



Если сравнить масштаб и посчитать, то получается, что ширина канала 8 нанометров, при том, что официально процесс называется 7-нанометровым.

Теперь давайте сравним 10-нанометровый процесс у Intel и 7-нанометровый у TSMC.

Кстати, знайте, что сегодня TSMC это компания, которая производит процессоры для AMD, а также делает Apple A13 и Snapdragon 865 поэтому считайте, что мы сравниваем сразу все их чипы.



Обратите внимание на размерность. Сразу видно, что те же 10нм у Intel почти такие же как 7 нанометров у TSMC! Так что выходит Intel не так уж отстали от AMD и других производителей они просто проиграли маркетинговую битву? Тут тоже все не так однозначно!



Внезапно по некоторым параметрам Intel даже выигрывают у TSMC.
Смотрите на 1 квадратный миллиметр 10нм кристалла Intel помещается примерно на 5 процентов больше транзисторов, чем на 7нм у того же Apple, Qualcomm или AMD.

Но при этом у повышенной плотности есть и минусы увеличенный нагрев!

Значит получается что кристаллы Intel мощнее, но за счет плотности они больше греются. Таким образом, мы получаем тот самый пресловутый троттлинг.

А процессоры производства TSMC Apple Qualcomm и AMD выигрывают именно за счет более просторного расположения транзисторов примерно тех же размеров.

Как они это делают это скорее вопрос внутренней архитектуры, а не цифека, которая стоит в названии тех процесса.

Не думайте, что я забыл про архитектуру N7FF+ да она еще плотнее чем у Intel, но если говорить о чипах серия AMD Zen 2, Applу A13, Snapdragon 865 все сделаны на основе TSMC 7FF и она проигрывает в плотностиIntel.

Единственный процессор, который уже производится по новой технологии N7FF+ с использованием экстремальной УФ-литографии это Kirin 990 5G. Тут конечно плотность транзисторов сильно возрастает аж на 15 процентов!





По идее производители просто идут по немного разному пути и если заглянуть в будущее, то становится понятно по какому: вот вам табличка того как все будет чипы следующего поколения.

Нас интересует строчка про плотность транзисторов на 1 квадратный миллиметр!



По этим данным Intel более чем на 30 процентов обходит и Samsung, и TSMC в плотности транзисторов и это при том, что тут мы сравниваем уже 7 нм у одного производителя и 5 у другого.

Откуда такой прирост? Как возможно такое повышение плотности процы просто будут взрываться или работать только с навороченными система охлаждения?

Не совсем так. Все дело в том, что Intel планирует перейти на транзисторы совершенно другой структуры под названием HNS Horizontal Nano Sheets это и позволит сделать скачок!



Но похожие планы есть и у Samsung они идут немного в другую сторону к структуре Gate-All-Around FET.



Вот как это выглядит в реальности не так симпатично, но вы только подумайте о том, какие они маленькие!

В итоге мы поняли, что за маркетинговыми названиями 7 нм и 5 нм скрывается битва архитектур, а в будущем мы сможем выяснить чей же путь был верным.

Что можно сказать абсолютно точно нас ждёт огромный скачок среди всех чипов как мобильных так и десктопных уже в течение ближайших нескольких лет.



На этой ноте не хочется заканчивать тему процессоров, ведь мы изучили немало информации и документов, в том числе разобрались в процессе производства. Например, вы слышали о таком процессе Экстремальная Ультрафиолетовая Литография?Если на пальцах, это какая-то фантастика капля олова превращается в плазму после попадания лазера: именно так создаются современные процессоры. Но сами установки может создавать только одна компания в мире и все гиганты от нее зависят.

В новый год с новыми чипсетами! Компания Qualcomm приобрела стартап Nuvia, разрабатывающий собственные процессоры. На данный момент стартап не выпустил ни одного процессора, но за $1,4 млрд Qualcomm покупал не готовый продукт, а компетенции, наработки и амбиции Nuvia. Во главе стартапа настоящие процессорные ветераны, которые готовы сделать вызов Apple, Intel и AMD.

Qualcomm, похоже, взял курс на более агрессивную конкуренцию на рынке. Интересно, что все это происходит на фоне смены управления компании: нынешний генеральный директор Стив Молленкопф покинет пост 30 июня 2021 года. Немного странно, что уходит он без объяснения причин, но понятно, что они есть.

Как бы там ни было, компания-разработчик серии мобильных процессоров Snapdragon планирует расширить свое влияние. Компетенции сотрудников Nuvia будут использоваться в создании однокристальных систем Qualcomm не только для смартфонов, но и ноутбуков. Также они планируют работать над автомобильными процессорами.

Компания не скрывает, что хочет меньше зависеть от ARM, которую приобрела NVIDIA, конкурент Qualcomm. Независимость, однако, пока выглядит условно: в своих наработках Nuvia тоже использует архитектуру ARM (впрочем, у них собственный дизайн ядер).


Поглощение стартапа поддержали такие компании, как Microsoft, Google, Samsung, Acer, ASUS, HP, Lenovo, Xiaomi и другие. Немудрено: все они заинтересованы в том, чтобы более дешевые процессоры Qualcomm составили конкуренцию IT-мамонтам Intel и AMD. К слову, компания уже несколько лет поставляет чипы Microsoft, а производители смартфонов пристально следят за развитием линейки Snapdragon.

Что такого особенного в Nuvia

Стартап Nuvia появился чуть больше двух лет назад, в феврале 2019 года. Несмотря на молодость проекта, управляют стартапом далеко не фрешмены. В руководстве три топ-менеджера Apple с многолетним послужным списком в сфере разработки мобильных чипов iPhone.

Джон Бруно проработал в Apple пять лет в группе разработчиков мобильных платформ, Ману Гулати входил в подразделение Apple Platform Architecture и работал на Apple в течение восьми лет. Дольше всего в компании пробыл Джерард Ульямс III: за свой девятилетний стаж он поработал над процессорными ядрами Cortex-A8, A15 и другими, возглавлял работу над мобильными чипами с A7 до A14. Приложил руку и к разработке Apple M1. До Apple троица работала в компаниях ARM, ATI, AMD, TI, Broadcom. То есть эти ребята хорошо понимают, чем занимаются.

Нечеткая фотография трех бывших топ-менеджеров Apple

С момента создания стартап концентрировался на разработке процессора под кодовым названием Phoenix для дата-центров. Несмотря на то, что на рынок компания еще ничего не вывела, в нее верят инвесторы: в сентябре прошлого года Nuvia привлекла $240 млн.

Qualcomm настроен серьезно: в компанию перейдут не только руководители стартапа, но и все сотрудники. Такие специалисты на дороге не валяются. Главное, чтобы конкуренты не ставили палки в колеса.

Чего ожидать

В декабре 2020 года Qualcomm представила свой новый флагманский мобильный чип Snapdragon 888, созданный на базе архитектуры ARM Cortex-X1.


Главной особенностью чипа стал встроенный 5G-модем X60 и сопроцессор Hexagon 780, обрабатывающий 26 триллионов операций в секунду. Что идеально для смартфонов, смотрящих в сторону применения искусственного интеллекта. Разработчики рассказывают, что смартфон на таком процессоре сможет даже анализировать состояние кожи и давать рекомендации по уходу за ней.

Среди брендов, которые готовят флагманы на новом чипе, ASUS, BlackShark, Lenovo, LG, Meizu, Motorola, Nubia, realme, OnePlus, Oppo, Sharp, Vivo, Xiaomi и ZTE. Первым смартфоном на Snapdragon 88 должен стать Xiaomi Mi 11. Его появление ожидается в первом квартале 2021 года.

Что изменится после покупки Nuvia покажет время.

На этой неделе производитель чипов Qualcomm представил новый флагманский SoC, получивший название Snapdragon 888. Он выполнен по 5 нм технологии и базируется на архитектуре ARM Cortex-X1. Чип уже включает беспроводные модули Wi-Fi 6E и 5G.

Как ни крути, новый процессор весьма производительный. По сравнению с Snapdragon 865 обещается прирост в скорости работы CPU на 25%, GPU и ISP на 35%. Результатов тестов пока нет, так что приходится полагаться на слова разработчиков. Кстати, в Qualcomm, похоже, работают романтики. Во всяком случае этот чип получил название Qualcomm 888, а не 875, как должно было быть, поскольку 8 счастливое число у китайцев. Так, например, Олимпийские игры в Пекине стартовали 8.08.2008 в 8:08 pm. В компании явно хотят, чтобы китайцам понравились флагманские смартфоны на новом чипе, в названии которого сплошь восьмерки.

Так что это за чип такой?

Как обычно, у процессора 8 ядер (снова восьмерка). Главное ядро для высокопроизводительных задач, три ядра для выполнения фоновых ресурсоемких задач, еще четыре для выполнения фоновых неприоритетных задач. Основное ядро в чипе, Cortex-X1, работает на частоте 2,84 ГГц. Три дополнительных ядра Cortex A78, четыре остальных A55.

Cortex A78 наследник Cortex A76, технологии, которая использовалась в чипе предыдущего поколения, Snapdragon 865. В ARM утверждают, что новая архитектура обеспечивает на 20% более высокую стабильную производительность. В целом, процессор изготовлен с целью обеспечить баланс между размером, потребляемой мощностью и производительностью процессора. А вот Cortex-X1 разработали без оглядки на энергопотребление, с целью максимально увеличить производительность. В итоге А78 обеспечивает стабильную производительность, а X1 вступает в работу, когда нужно задействовать дополнительные ресурсы. Например, во время загрузки ресурсоемких приложений и веб-страниц.


Что касается GPU, то Qualcomm особо не распространяется о графике. Известно, что в этом году добавлена поддержка технологии Variable Rate Shading (VRS). Это позволит разработчикам игр контролировать рендеринг и детализацию для каждого фрейма любой части изображения. Так, например, если сцена темная или объект движется очень быстро, то смысла рендерить его с высокой детализацией нет, поэтому можно тратить меньше ресурсов, отрисовывая менее качественную картинку. Если же объект показан крупным планом и движется медленно, необходимо задействовать все возможности видео для отрисовки.

C беспроводными модулями процессор взаимодействует благодаря FastConnect 6900 System технологии, которая дает возможность увеличить скорость передачи данных. Таким образом, телефоны с новым чипом будут поддерживать Bluetooth 5.2 и Wi-Fi 6E. Если, конечно, разработчики телефонов добавят новые элементы, которые позволяют работать с этими стандартами. Wi-Fi 6E идеальный вариант для тех пользователей, кто живет в регионах с сильной зашумленностью беспроводного спектра. 6Е добавляет еще и возможность работы в спектре 6 ГГц.

Правда, вся эта беспроводная история требует согласования с регуляторами разных стран. Но в США, например, устройства с новым модулем получат доступ сразу к трем частотам для WiFi 2,4 ГГц, 5 ГГц и 6 ГГц. Все это позволяет улучшить работу беспроводных сетей в домах, многоэтажных офисных строениях, общественных местах. Кстати, 6E поддерживался и чипом Snapdragon 865 Plus, но пока что телефонов с этой технологией нет им только предстоит выйти на рынок. Возможно, первым таким смартфоном станет Galaxy S21 Ultra. Ну и точки доступа тоже еще только разрабатываются, так что ожидаем поступления новых систем на рынок.

Еще немного о беспроводных технологиях, включая 5G

Одно из основных улучшений в Snapdragon 888 исправление проблемы Snapdragon 865, который был разделен компанией на два элемента. Это главный SoС и модем. Такое решение увеличивает размеры чипа, температуру во время работы, энергопотребление и повышает стоимость. Соответственно, устройствам с такими чипами нужны корпусы больших размеров, более емкие батареи и т.п. Все это в конечном итоге приводит к увеличению стоимости устройств все ради сетей пятого поколения.

Новый же чип, насколько можно судить, решает эту проблему. Неизвестно, как он повлияет на стоимость устройств, но проблем с ним будет явно меньше, чем со Snapdragon 865. Что касается встроенного модема, то это Qualcomm X60, который был представлен еще в феврале этого года. Пропускную способность он не увеличивает, но зато улучшает работу с новыми беспроводными технологиями. Это DSS (Dynamic Spectrum Sharing), VoNR и прочие радости.

Разработчики нового типа добавили еще несколько улучшений. Например, полностью изменили структуру сопроцессора Hexagon 780, сделав его менее прожорливым в плане потребления энергии, но более производительным. Сопроцессор задействуется в приложениях с элементами ИИ умными камерами, голосовыми помощниками и т.п.

Еще изображение со всех трех камер поступает одновременно. Писать изображение с передней и тыловой камеры тоже можно одновременно. Технические подробности реализации этой функции компания пока не предоставила.

Ну и последнее, о чем можно сказать, это гипервизор Type-1, который, по словам разработчиков, изолирует данные приложений и самой операционной системы на устройстве. Так что взлом таких девайсов становится сложным делом для злоумышленников.

Что касается устройств на основе трех восьмерок, то, как и говорилось выше, первым станет Samsung Galaxy S21 он выйдет в первом квартале 2021 года.