100% актуально

100% актуально

100% достоверно

100% достоверно

Зачем нужны российские процессоры «Байкал» и «Эльбрус», если аналоги от Intel мощнее и дешевле в несколько раз?

Зачем нужны российские процессоры «Байкал» и «Эльбрус», если аналоги от Intel мощнее и дешевле в несколько раз?

С 2014 года государство объявило курс на импортозамещение в технологической сфере, что больше всего интересно российским производителям микроэлектроники. От советского наследия осталось не так много производств, но они есть и выпускают оборудование. Мы расскажем, почему это важно для страны и почему российские процессоры все равно нужно выпускать, хоть на рынке есть более дешевые и мощные зарубежные аналоги.

Почему так сложно создать процессор?

Изобретение транзистора в середине прошлого века перевернуло всю электронику – устройства становятся все меньше и имеют больше функций. Компьютеры теперь уже не занимали всю комнату – это уже было несколько стоек с платами. С середины 1960-х годов появляются микросхемы – хоть они по современным меркам и были совсем простыми, заменяли целые блоки с аппаратурой.

Но по-настоящему серьезным прорывом стало создание больших и сверхбольших интегральных схем, и в итоге – микропроцессора. Это микросхема, в которой на одном кристалле кремния физически располагаются все основные блоки процессора. Технология за десятилетия становилась все более совершенной – и к настоящему моменту процессор в обычном домашнем компьютере на порядки мощнее, чем суперкомпьютеры 1970-х.

Зачем нужны российские процессоры «Байкал» и «Эльбрус», если аналоги от Intel мощнее и дешевле в несколько раз?

Intel 4004 – он считается первым в мире коммерческим однокристальным микропроцессором

Прогресс привел к удешевлению процессоров настолько, что их можно встретить едва ли не в каждом бытовом электроприборе. Хороший пример – фирменный блок питания для Apple MacBook, в котором установлен 16-битный процессор, контролирующий основные параметры тока.

Процессоры во всем мире изготавливаются примерно по одной схеме – это планарная технология. Суть, если очень кратко, можно свести к таким пунктам:

  • из кристаллического кремния специальными сверхточными инструментами вырезается пластина (обычно круглая). В ней, помимо очевидных параметров (толщина, диаметр) принципиально важна даже ориентация кристаллов.
  • на пластину наносят несколько составов – слой полупроводника (с помощью осаждения атомов) и слой маскирующего покрытия;
  • с помощью одного из видов литографии (их 7, от оптической до нанопечатной) на слое диэлектрика формируется рельеф – это, условно говоря, и есть транзисторы. Чем более совершенный техпроцесс, тем выше разрешающая способность литографии и тем меньше размер транзистора;
  • пластина проходит еще несколько этапов, в том числе добавляют дополнительные слои металла;
  • готовую пластину нарезают на отдельные процессоры, которые затем проходят обязательный контроль производительности.

На самом деле этапов в разы больше, и они гораздо сложнее. Уровень технологии хорошо прослеживается по разрешающей способности оборудования для литографии – если в 1970-е все начиналось с размера транзистора в 10 мкм, то сейчас самые современные процессоры в массовом сегменте электроники изготовлены по техпроцессу 7 нм, что примерно в 1500 раз меньше.

Зачем нужны российские процессоры «Байкал» и «Эльбрус», если аналоги от Intel мощнее и дешевле в несколько раз?

Диск после литографии

Это означает, что на одном квадратном миллиметре кристалла процессора современного смартфона (например, Samsung Galaxy S10 Lite – построен на Qualcomm Snapdragon 855) содержится в 1500 раз больше транзисторов, чем на такой же площади процессора 1970-х годов.

То есть, оборудование крайне сложное – и поэтому дорогое, работать с ним может небольшое число людей, а цены на процессоры падают так быстро, что создавать с нуля независимое производство будет так дорого, что это вряд ли окупится. Но проблема еще и в другом. Прежде чем разрабатывать «железную» часть процессора (ядро), нужно разработать его архитектуру, продумать дополнительные периферийные модули и написать программное обеспечение.

Поэтому даже у крупных производителей от получения лицензии на ядро до старта производства проходит от 9 до 18 месяцев. Если же говорить о российских производителях, их шансы на успех исчезающе малы.

Российские производители и процессоры

В СССР было налажено производство микропроцессоров – это были, в основном, клоны процессоров Intel, а использовались они в производстве советских ЭВМ. До настоящего времени дожили не все эти производства, в России остались:

  • компания «Микрон» в Зеленограде – производит интегральные схемы на заказ, RFID-метки, контроллеры и другую электронику. Сейчас компания дает 70% российского экспорта электроники;
  • «Ангстрем» – выпускает несколько видов электроники, в том числе есть кристальное производство (но с техпроцессом 600 нм). Не стоит путать с «Ангстрем-Т» – этот завод построили с нуля для производства кристаллов по техпроцессу 90 нм, но в итоге в прошлом году его признали банкротом;
  • МЦСТ (Московский центр спарк-технологий) – производит самые известные в России процессоры «Эльбрус». Уже доступен техпроцесс 28 нм, что можно считать прорывом для России;
  • «Т-Платформы» – производит известные процессоры «Байкал» (28 нм), суперкомпьютеры, технику для государственных органов. Сейчас, судя по всему, находится на грани остановки – из-за уголовного дела против директора, по некоторым данным, на предприятии массовые увольнения;
  • ФНЦ НИИСИ РАН – известен процессором КОМДИВ-64 (65 нм);
  • ПКК Миландр – производит микросхемы, в том числе, и для бытовых приборов вроде «умных счетчиков»;
  • НПЦ «ЭЛВИС» – производит несколько моделей процессоров, в том числе и защищенных от радиации.

Большинство производителей выпускают микроэлектронику исключительно под заказ – типовых продуктов у них немного. Но некоторые из них стали широко известны в СМИ, в том числе благодаря достаточно высокой стоимости.

Так, МЦСТ производит процессоры «Эльбрус» – пока это самые продвинутые процессоры из всех, что производятся в России. Их изготавливают по техпроцессу 28 нм (не 7, как в Qualcomm, но тоже очень неплохо), последние модификации имеют 8 ядер и таковую частоту в 1500 MHz. Процессор позволяет распараллелить вычисления, и это фактически увеличивает его производительность.

Первые «Эльбрусы» стоили сотни тысяч рублей, но сейчас при условии заказа в несколько тысяч единиц можно купить полноценный компьютер на базе процессора «Эльбрус» за 30 тысяч рублей.

Зачем нужны российские процессоры «Байкал» и «Эльбрус», если аналоги от Intel мощнее и дешевле в несколько раз?

Процессор «Эльбрус-8С»

Другой пример – процессоры «Байкал», которые уже дошли до коммерческой версии и продаются по 4000 рублей за штуку. 2-ядерный процессор BE-T1000 с тактовой частотой в 1200 MHz уже сейчас можно купить за 4 290 рублей. Правда, к нему придется докупить дополнительное оборудование и отладочные платы.

Также есть несколько других небольших производств, которые занимаются изготовлением узкоспециализированной электроники, и часто для военных заказчиков (поэтому доступной информации там быть не может). Но в целом уровень производства в России все еще отстает от мировых лидеров, и в большей степени ориентируется на государственного заказчика.

Насколько они российские?

Истории о российских производителях электроники часто разбиваются о критику касательно страны производства процессоров. Так, в России производство кристаллов на данный момент развито не очень – даже «Эльбрус» и «Байкал» производятся на мощностях компании TSMC на Тайване. Исключительно российское производство пока ограничено техпроцессом в 65 нм – более точного производства в России еще нет.

Зачем нужны российские процессоры «Байкал» и «Эльбрус», если аналоги от Intel мощнее и дешевле в несколько раз?

Здание фабрики FAB 15 компании TSMC, Тайвань

Но, как было сказано выше, изготовление физического ядра процессора – лишь меньшая из задач. Более того, TSMC занимается производством пластин процессоров едва ли не для всех крупных производителей электроники, включая Intel (не все, но, например, модели Atom), Qualcomm, AMD, NVIDIA, ARM, Apple и многих других, и занимает более 55% рынка контрактного производства микросхем в мире.

Остальная же часть процессоров – исключительно российского происхождения. Самое главное – права на топологию микросхем (то есть, сама конструкция процессора) остаются в России, поэтому их называют российскими производителями. Например, архитектуру, схемотехнику и топологию процессора «Эльбрус-8С» разрабатывают специалисты российского Института электронных управляющих машин, поэтому этот процессор проходит по требованиям государственных контрактов.

Изначально сама идея производить в России процессоры была связана с вопросами безопасности – некоторые данные просто нельзя обрабатывать на компьютерах с процессорами Intel или AMD, которые сохраняют риски утечки данных.

Так что даже процессоры с ядрами тайваньского производства – уже большой шаг к импортозамещению. Но, увы, пока российские достижения не дошли до бытового использования и вряд ли дойдут в обозримом будущем.

Кому все это нужно

Итак, российские процессоры имеют более чем скромные параметры по сравнению с топовыми моделями от Intel, AMD и Qualcomm, при этом дороже зарубежных аналогов в разы, а использовать их в домашнем компьютере не получится еще долгие годы. Так зачем они нужны?

Ответ на этот вопрос складывается из нескольких частей:

  • собственное производство микросхем – это вопрос престижа страны, а также гарантии поставок даже при самых жестких санкциях (правда, в нынешнем виде – пока санкции не дойдут до Китая);
  • требования к производительности, экономичности и тепловыделению не так важны, как требования к защищенности. Российские производители готовы выпускать процессоры с защитой от радиации, а российское производство гарантирует защиту информации;
  • в некоторых задачах российские процессоры сопоставимы по производительности с зарубежными или даже превосходят их.

Последний пункт можно рассмотреть на примере процессора «Эльбрус-4С». На первый взгляд, 4 ядра и тактовая частота в 800 MHz при техпроцессе 65 нм – это далеко не уровень настоящего времени. Но архитектура этого процессора (разработанная в России), позволяет распараллеливать задачи не на уровне самого процессора, а на уровне компилятора – специальной программы, которая передает конкретные команды на процессор. Другими словами, благодаря более оптимальному распределению задач производительность процессора выше, чем у аналогичного по тактовой частоте.

С другой стороны, российская разработка не способна без адаптации работать с обычными операционными системами и приложениями х86. Конечно, их можно запустить и на «Эльбрусе», но по производительности такая система будет уступать конкурентам.

Говоря проще, российские процессоры окажутся быстрее в тех задачах, под которые их создавали. Например, «Эльбрус-4С» справился с шифрованием данных по российскому алгоритму (по ГОСТ) быстрее, чем Intel Core i7-2600. Но американская разработка оказалась быстрее в «стандартной» процедуре архивации и распаковки данных.

Поэтому российские разработки точно найдут своего потребителя – пока это государственные структуры, которые нуждаются в сертифицированных по российским стандартам компьютерах. А вскоре клиентами могут стать и телеком-операторы, поскольку наступит время исполнения так называемого «Пакета Яровой».

Но в домах у россиян и в их смартфонах российские разработки пока точно можно не ждать – они не в состоянии догнать мировых лидеров ни по производительности, ни по цене.

Вам понравилась статья?

Подписывайтесь на наши каналы!

    Комментарии:
  • Макс:

    «Насколько они российские?»
    «…даже «Эльбрус» и «Байкал» производятся на мощностях компании TSMC на Тайване.»
    О каких же российских производствах речь?
    «Так что даже процессоры с ядрами тайваньского производства – уже большой шаг к импортозамещению. »
    Кто же не знает автономную республику Тайвань в составе РФ. Кажется где то в районе Тьмутараканска? Не?

    Да бабло они пилят.

    Ответить
    • Артём Васильев:

      Суть скорее в безопасности — Тайвань делает ровно то, что ему закажут, а архитектура и все остальное российского авторства.

      Ответить
      • Юля С:

        Безопасность-это не только процессоры. Так что смысл?

        Ответить
        • Геннадий:

          Безопасность — это еще и софт. А он тоже российский.
          Я вообще не понимаю повальное всепросральщеское нытье по поводу наших процессоров. Су-57 «вооружен» как раз процессорами Эльбрус 4С. Там несколько БЭЦВМ, в каждом целый кластер из этих процессоров. Вычислитедльная мощь Су-57 значительно превосходит таковую у F-22 и F-35.
          А знаете, какие процессоры стоят в F-22 и F-35? На F22 стоит Intel — i960MX, который разработан в конце 80х годах и начал производиться в 90х. Он МЕДЛЕНЕЕ, чем самый старый интеловский процессор, с которым вы вообще работали в своей жизни. На F35 стоят PowerPC производства NXP на проектных нормах 90 нм )
          Эльбрус стоит и на С-400, — только там более древняя версия МЦСТ-R1000. На С-500 будет стоять более новый Эльбрус уже с ядром Vliw.
          Т.е, как видно, производительные процессоры стоят на многих современных военных системах. А ударные БПЛА с искусственным интеллектом, «умные» ракеты, системы ПРО? Требования к вычислительной мощи этих систем растут с каждым годом. Вы что, хотите оставить нашу страну без зонтика? Интересно, сколько вы проживете в эпицентре ядерного взрыва?

          Ответить
          • Михаил:

            Да, софт российский…. Правда он Линокс, но наш, родимый.

          • Sergey:

            В самолетах, где стоит I960MX, уже все поменяли с 2004-го года еще, так что новые самолеты с куда более производительными ядрами.

            По поводу софта, то ядро — это Linux, в него встроили поддержку шифрования ГОСТ. Га гите лежали исходники для open-ssl с поддержкой этого алгоритма.

            В принципе хакнуть процессор можно и без датасета аппаратно, но с датасетом это сделать проще, а наличие его в TSMC делает эту процедуру еще проще. Вряд ли 66 процессоров, засунутых в F22, делаются на мощностях за пределами США.

            По поводу скорости, то тот же i960MX умеет очень быстро выполнять операцию XOR (исключающее ИЛИ, фактически инверсию битов единичной маски), поэтому его долго вставляли в контроллеры RAID. В принципе это было развитие архитектуры 8080, но у японцев оно в то примерно время не взлетело, поэтому и у американцев смысла не было дальше пилить процессор 5-го поколения (как раз RISCс сеперскалярностью, когда больше одной команды выполняется за такс)/ Сейчас практически все современные процессоры являются RISC-процессорами и умеют так делать.

            По поводу параллельной компиляции — это полный бред, т.к. любой процессор сейчас имеет больше одного ядра и для него можно на том же CLang’е и Go очень хороший параллельный код сделать, но вот, например, самый быстрый веб-сервер — NGinx — наш, кстати, отечественный, работает по-другому — у него есть пул процессов и однопоточный механизм обслуживания этого пула, что позволяет избежать блокировок совместного доступа. Так что параллельность — это не всегда быстро, но для любого процессора с больше чем одним ядром можно задачу распараллелить, да и ожидания на io современные системы утилизируют, выполняя пока ждут что-то другое.

          • Андрей:

            С-300 долгое время вообще на 133 серии сидели. А уж чего могли пихнуть тайваньцы в процессоры вообще никто не знает…

          • Артемий:

            Зонтик, х******к, д******б что-ли ? Какой н***й ядерный взрыв в 2020 ?

          • сергей:

            наносекунду

      • Сеня:

        Безопасность? Хуавей это расскажите, Тайваню сказали не принимать заказы от Хуавея и всё, ку-ку его процессоры…

        Ответить
        • Алекс:

          Что за нытьё? Электроника в государстве нужна и точка. И развить производство электроники практически с нуля это задачка ещё та, потому что создавать нужно и сопутствующие сферы экономики, т.е. те благодаря которым электронные комплектующие будут создаваться, и те, которые эти комплектующие потом будут использовать. Задачка пипец какая архисложная… и нечего тут про ненужности, распилы и прочую бредятину нести…

          Ответить
      • Homeless:

        Как раз с безопасностью тут плоховатенько… Если ты отдаешь техпроцесс на сторону (Тайвань-Китай и т.п.) — то в итоге очень легко получить в ответку — либо сделают копию, либо реверс-инжиниринг и поиск дыр в твоем изделии.

        Кроме того — да, проц (микроархитектура, архитектура) — отечественный, дальше — некоторыми «неимоверными» усилиями — мы его делаем сами. НО — под него нужна таки обвязка — резисторы, конденсаторы, транзисторы, чипы сетевух, видео и т.д. и т.д… Печатки — да, умеем. А вот «требуху» — с Китая (пока, слава Богу, дружественного)…

        Ответить
        • Mike:

          Какой реверс-инжиниринг, если они их производят? Как себе производство процессора представляете? Вставляют секретную флешку, а на выходе процессор? Которые надо ревер-инжинирить?

          Потом Китай и Тайвань делают процессоры эплу, конечно точно так же имея в руках все схемы производства. Повторили? Взломали?

          Ответить
    • Nplozky:

      Так то и айфоны производятся тоже в Китае! Так какие они американские?

      Ответить
    • Андрэ:

      Не все так просто БРО. Это тоже ВОЙНА, только на уровне технологий, раньше просто чертежи воровали, теперь все сложнее, ну или проще(смотря кто ворует), а деньги там тоже есть, но где на последних местах.

      Ответить
      • жожа:

        а зачем вы до сих пор воюете? не надоело?

        Ответить
    • Серж Хан:

      Ты не поверишь, умник, но на Тайване делают ВСЕ процессоры мира. Кроме японских.

      Ответить
    • Михаил:

      А если еще посмотреть на отечественное ПО. Одна операционка Звезда или Альт-8 чего стоят. Мало того что из них торчат OpenOffice и Firefox, так и тормозные настолько, насколько смогли сделать. Один распил бабла под бла-бла-бла о величии России.

      Ответить
    • Каа:

      Apple где производится? Тогда значит Apple все таки китайский?

      Ответить
  • Александр:

    Вот зачем вы пишете «Исключительно российское производство пока ограничено техпроцессом в 65 нм» если сами немного выше написали, что в прошлом году «Ангстрем-Т» был обанкрочен? Зачем врать то, нет у нас своего производства микросхем за исключением Микроновского 600 нанометров — и это где-то уровень конца 80-х — начала 90-х

    Ответить
    • Дмитрий:

      Банкротство «Ангстрем-Т» означает лишь, что у производства появится новый хозяин. У нас — госкапитализм, и государству нужна эта фабрика, поэтому оно найдёт ей такого собственника, чтобы продолжил производство. Это как в США со сланцевой нефтью — компании разоряются, но оборудование остаётся, и как только цена повысится до уровня рентабельности, у него сразу возникнет новый хозяин.

      Ответить
    • Геннадий:

      Ангстрем-Т никуда не делся. Никуда не делась ни фабрика, ни специалисты, которые, кстати, там работают и свою работу НЕ останавливали.
      ВЭБ просто передает весь завод государству, и все.

      Ответить
    • Олег:

      Кроме 600, Микрон имеет 180 нм, 130нм( это я еще там работал), 90нм, — на этих техпроцессах делаются те самые билетные RFID, микросхемы для паспортов, одна из модификаций Эльбруса.

      Идут работы по 28нм, медленно, но идут, у меня на Микроне работают — друзья, однокурсники, соседи по общаге, и даже родственники, так что инфа из первых рук.

      Проблема в том что рынка нет внутри страны, для того что бы окупать новейшие технологии чипы должны продаваться миллиардами, Или вы думаете просто так 5-7нм есть только у TSMC, которая захватила половину рынка ПП, А Интел продавая на 70 миллиардов в год все никак не прообьется сквозь барьер 14 нм.

      Ответить
  • Андрей:

    Как раз производство самая сложная задача , а архитектуру можно было и западную использовать. СССР вполне успешно клонировал западные разработки и использовал их в оборонке.

    А так мы используем неэффективную архитектуру по цене самолёта , да ещё и производим за границей. Недавно вот РЖД продали на миллиард комьютеров(вовсе не за 30 000!) , где процессоры 800 МГц. Фирма STM контроллеры с такой частотой уже производит!

    В общем наши Жигули и Суперджет — это продукти мирового класса по сравнению с этим распилом.

    Ответить
    • Федор:

      Байкал и есть пример такого лицензированного производства, архитектура ядра MIPS. Есть один нюанс — сегодня лицензию тебе продали, а завтра отобрали. Или лицензировали только что-нибудь старое, а новое придержали для себя.

      Кроме того, разрабатывая процессоры на основе лицензированных компонентов, всё равно не получится выйти за пределы ограничений, установленных разработчиком исходной системы.

      Вот поэтому и нужна своя архитектура.

      Кстати, производительность процессора далеко не только тактовой частотой определяется.

      Ответить
    • Александр:

      Кроме клонов типа ЕС ЭВМ в советском союзе были еще и БЭСМы и те самые Эльбрусы (1-й, 2-й, 3-й — не успели закончить) и машины были ни как не хуже INTEL. Были и тогда идиоты, стремившиеся клонировать. А потом появлялись либерасты -Пентковские…

      Ответить
  • Виктор:

    Да, коррупции и бесполезных заказов в стране много. Очевидно что 150 млн. человек не могут конкурировать или , если хотите, противостоять миллиардам КИтая, Индии, 500 млн Европы и 500 млн англосаксам. Выход один — роботоизация экономики. Пусть работают везде роботы. Вырастет на порядок производительность. Роботы это чипы.
    Чипы это базис экономики 21 го века. Но путь долгий. Китайцы сколько лет (20?) к Хувэю шли.
    Конечно нужно с чубайсопланшетниками наводить порядок. Но финансировать свою электронику, жестко требуя выходы на плановые показатели просто жизненно важно. Или мы станем банановой республикой!

    Ответить
  • ОДНАКО:

    «… Изначально сама идея производить в России процессоры была связана с вопросами безопасности – некоторые данные просто нельзя обрабатывать на компьютерах с процессорами Intel или AMD, которые сохраняют риски утечки данных….» — конец цитаты.
    Гнать нефть, газ и прочее сырьё и быть довольными ?
    Ну так японцы и южнокорейцы тоже начинали производство автомобилей и электроники практически с нуля, а теперь США душат.
    Да и до тридцатых годов 20 века у России/СССР НЕ БЫЛО ТАНКОСТРОНИЯ, а сейчас страна в числе лидеров.
    Как и в ракетостроении.
    Дорогу осилит идущий.

    Ответить
    • grey:

      танкостоение было и до революции и после. не было крупной серии.. но коммунисты понимали что деньги потраченные на оборону — это необходимость. хотя чудес было — один Курчевский чего стоил.. или проект летающей подводной лодки .. как вам.. по танкам — до 30х танков(в современном понимании) то толком ни у кого не было.. бронеповозки с противопульной броней — это не танки..

      Ответить
    • Геннадий:

      Японцы и южнокорейцы начинали производство оборудования первым делом тем, что легли под США во всех смыслах (Япония отказалась даже от своей армии). Хотите, чтобы было также — разделите Россию на несколько маленьких государств, отдайте Крым, исполняйте волю США во всем, и вам построят фабрику. Может быть. А может быть и не построят — просто истребят половину населения, а другая половина будет просто нефть хозяевам поставлять.

      Ответить
      • Rainbow-Spike:

        Легли весьма в интересной позе — им за 14 миллиардов долларов подарили технологий на 180. Когда спохватились, на рынок США уже бодро полезли первые Тойоты за $320 — иена тогда стоила фантастически дёшево.

        Ответить
  • Сергей:

    военная техника должна основываться на российской электронике

    Ответить
  • hol:

    Уже лет 10 – 15 назад процессоры упёрлись в непреодолимый предел производительности: их рабочая тактовая частота редко превышает 3 ГГц. Ни уменьшение технологического процесса (14 нм., 10 нм., 7 нм., перспективные 3 нм. и менее), ни использование самых быстро переключающихся транзисторов в электро-схемах, ни увеличение напряжения, не дают ощутимой прибавки быстродействия современным процессорам…
    Нынешний процессор – квадратная пластинка кристалла кремния размером в 2,5 сантиметров, на которую в несколько десятков тончайших строго упорядоченных слоёв нанесено примерно от 100 миллионов до 700 миллионов микроскопических транзисторов и других элементов электрической вычислительной системы.
    Учитывая, что скорость электрического тока в проводнике – 300 тысяч километров секунду, тактовая частота процессора – 3 ГГц., все сигналы, обрабатываемые процессором, только двух видов: либо 1 (есть ток), либо 0 (нет тока), то за время одного такта электрический ток-сигнал успевает пройти расстояние всего лишь десять сантиметров. Если процессор – квадрат со сторонами 2,5 см., то по диагонали этот квадрат будет уже более 3,5 сантиметров. И если какому-либо из многочисленных электрических сигналов потребуется пройти из одного угла электрической цепи процессора в другой, то он может просто не успеть до начала следующего электрического такта процессора, учитывая, что электрическому сигналу нужно не только совершить множество транзисторных переходов коллектор-эмиттер-база с накоплениями нужных для срабатывания электрических зарядов, но ещё и пройти эти самые 3,5 сантиметров не по кратчайшей прямой линии, а по миллионам изгибов проводников, поворотов, обходов…
    Но если какой-либо сигнал не успевает прийти из одной части процессора в другой, то процессор вынужден принудительно уменьшать тактовую частоту с рекордных для него 3 ГГц., уже только до 2 ГГц., или до 0,5 ГГц., и даже меньше, чтобы избежать ошибок при наслоениях следующего сигнала на незаконченный предшествующий, из-за чего компьютер зависает и требует остановки и полной перезагрузки.
    Спрямление проводников между дальними транзисторами в плоском чипе не всегда возможно, так как, при высоких частотах электричества, любой относительно прямой провод становится мощной излучающей антенной, быстрой теряющей высокочастотный электрический ток, нарушающей электромагнитными помехами работу близко расположенных в процессоре соседних таких же проводников. Чтобы высокочастотные импульсы тока всё-таки доходили до отдалённых транзисторов в плоском процессоре, приходится увеличивать напряжение электрического тока в наиболее длинных проводниках тока, а часто и во всём процессоре, что приводит к его перегреву или даже к перегоранию и разрушению. Перегрев прямых проводников при передаче высокочастотных импульсов в процессоре частично снижается увеличением толщины этих проводников электричества, отведением сильно выделяющегося тепла в систему охлаждения и дополнительной многослойной термостойкой изоляцией с защитным экранированием всех соседних проводников и транзисторов.
    Иногда в процессоре проще сделать большее количество изгибов тонких проводников, чтобы не повышать электрическое напряжение в них. Каждый короткий электрический импульс в проводе образует гребень высокочастотной электрической волны. Чтобы этот провод не стал излучающей антенной, его длина должна быть существенно короче длины волны электрического колебания (тактовой частоты). Если расстояние между транзисторами в высокочастотном процессоре большое, то их специально соединяют не кратчайшим прямым проводком, а длинным, но ломанным и зигзагообразным, со множеством поворотов. Тогда по существенно удлинённым проводкам каждый сигнал между транзисторами будет доходить со значительной задержкой, что приведёт к нежелательному общему снижению тактовой частоты процессора.
    Кроме того, огромное количество близко расположенных параллельных и пересекающихся микроскопических проводков между транзисторами в процессоре в некоторых случаях могут образовывать пространственную катушку индуктивности с паразитными электрическими и магнитными токами, пластинки конденсатора, губительно накапливающие электрические заряды и затем выплёскивающие их в самый неподходящий момент, или соленоид, превращающий электричество в тепло, способное расплавить часть элементов процессора, и резисторы, которые своим сопротивлением при некоторых частотах тока также ведут к непредсказуемым побочным явлениям.
    Чтобы уменьшить длину множества проводков электрического тока между транзисторами процессора, нужно радикально уменьшать расстояние между всеми транзисторами процессора и располагать их не на распластанной плоскости квадратного кристалла, а плотнее сгруппировать транзисторы в микроскопический плотный равносторонний объёмный кубик или даже в шарик.
    На обычном кристалле 2,5х2,5=6,25 см2 двухмерного процессора умещается около 125 миллионов транзисторов – в среднем по 11 180 транзисторов вдоль квадратного кристалла (447,2 на каждый миллиметр) и примерно по столько же транзисторов поперёк стандартного чипа. Но если эти транзисторы расположить компактнее – по пространственной форме ближе к трёхмерному и равностороннему кубу, то такие же 125 миллионов транзисторов, тех же размеров, легко уместятся в крохотный кубик, размером всего лишь 1,2х1,2х1,2 миллиметров, в каждой грани которого будет в среднем по 500 транзисторов в длину этого кубика, по 500 транзисторов в его ширину, и по 500 транзисторов в его высоту.
    Расстояние между самыми дальними транзисторами в таком крохотном кубовидном процессоре не будет превышать двух миллиметров. А с учётом того, что между более плотно размещёнными транзисторами значительно сократится длина различных проводников со своими достаточно толстыми изоляторами, то между этими транзисторами освободится очень много места в таком кубике-процессоре, и транзисторы можно будет располагать ещё в несколько раз плотнее. Более того, с уменьшением расстояния между транзисторами в процессоре и с уменьшением электрического напряжения открываются большие возможности существенного уменьшения размеров не только проводков, но и самих транзисторов. Эти меры позволят увеличить рабочую тактовую частоту трёхмерного объёмного процессора в сотни раз по сравнению с плоской микросхемой, и отпадает надобность в её охлаждении.
    Невероятное быстродействие компактного объёмного чипа ещё больше явит своё превосходство перед плоской микросхемой, если в объёмный микроскопический процессор вживить такую же объёмную компактную и быструю оперативную память.
    Остаётся только заняться разработкой технологии изготовления компактных кубовидных чипов. На первых порах, вероятно, придётся использовать уже отработанные приёмы производства двухмерных плоских чипов, увеличивая на каждом крохотном кристалле количество слоёв в сотни и даже в тысячи раз.

    Ответить
    • Алик:

      Мысль интересная, но проводники греются, а охлаждать объемный процессор гораздо сложнее. Почему сейчас как раз возникают сложности у той же АМД — техпроцесс лучше — уже до 7 нм дошли, а частоту увеличить сложно из-за проблем с охлаждением, площадь отвода тепла уменьшилась ибо сам кристалл стал маленьким. Да он передает на пластину — но не так эффективно. Если создавать объемный процессор — то нужно продумать систему отвода тепла, кубическая форма явно не способствует охлаждению транзисторов расположенных внутри. Нужна система со сквозными отверстиями и медными или серебрянными каналами для отода тепла.

      Ответить
    • Den:

      Как Вас, однако, понесло… Электроны бегают по кристаллу из конца в конец)))))))

      Прогресс процессоров (в частности) и микросхем в целом в частоты порядка 4-х Гигагерц произошел вовсе не из-за длин пробега электронов внутри — Вы в принципе не представляете работу и их устройство заявляя подобные вещи.

      По сути уменьшение толщины слоев процессора делалось для уменьшения паразитных тепловыделений и снижения энергопотребления — тонкий слой полупроводника легче проводит токи (с меньшими потерями в тепло). При этом снижается его изолирующая способность — при более высоких напряжениях «пробивает» соседние слои. Значит и напряжение нужно снижать. Опять в малый размер можно упаковать больше транзисторных «сборок». При этом увеличивается эффективность самих транзисторов и подводящих элементов, за счет приближения к границам «скин-эффекта». Попутно становится проще отводить тепло, которое выделяется в меньших объемах. Здесь много факторов, оказывающих суммарное действие, не только те которые я назвал.

      Однако основным фактором становится срыв электрона с проводника за счет высоких частот — когда длина волны начинает превышать толщину проводника — образуется уже не электрические ток, а поле. Физически невозможно удержать электроны в тонком проводнике на сверхвысоких частотах. Поэтому и «уперлись».

      Нынешние 5ГГц, к примеру, в процессорах — «математические». Такой физической частоты там нет. Этот показатель давно стал называться «тактовой частотой», не имеющей отношения к реальным процессам внутри «камня». Хотя конечно на заре «камнестроения» это была физическая величина электрического тока. Например 12 Мгц в 285 процессорах.

      Для простоты понимания возьмите микроволновку — там как раз 2,3-2,5 Ггц. Разумеется, срыв электронов в СВЧ-волну там происходит целенаправлено в магнетроне, однако не стоит думать что это происходит только из-за «специальной» формы магнетронной камеры — она лищь способствует «естественному» процессу и улучшает генерацию СВЧ-волны. Но в печке это и нужно, а вот в процессоре это только быстрее его «поджарит».

      Учитывая многопоточность современных процессоров — тактовая частоста — это сегодня просто показатель «математических» способностей, а не характеристика колебаний электрического тока внутри процессора.

      Ответить
    • Kintaro Oe:

      После фразы: «Скорость электрического тока в проводнике – 300 тысяч километров секунду» дальше можно не читать. 300 тысяч километров в секунду — это скорость распространения электромагнитной волны вдоль проводника. Электрический ток — это, по определению, упорядоченное движение электронов. Дрейфовая скорость электронов в проводнике под воздействием внешнего поля — менее 0,1 мм в секунду.

      Ответить
    • Nord Ncholas:

      Изложено по существу,
      а что скажете о процессорах Intel Core 10-го поколения с частотой до 5.3 ГГц?

      Ответить
  • Имя:

    «Это означает, что на одном квадратном миллиметре кристалла процессора современного смартфона (например, Samsung Galaxy S10 Lite – построен на Qualcomm Snapdragon 855) содержится в 1500 раз больше транзисторов, чем на такой же площади процессора 1970-х годов.»
    Автор дилетант и школьник. Если линейные размеры элемента в 1500 раз меньше, то на единице площади их будет в 1500*1500 раз больше. Если Автор простых вещей не понимает, то его более сложные аргументы можно не читать.

    Ответить
    • Дмитрий:

      +1
      Радует, что есть внимательные читатели. А автору — в среднюю школу, учить математику.

      Ответить
    • Rainbow-Spike:

      Эх, меня обогнали, я тож заметил. Но хотя бы уточню, 10000 / 7 = 1428,57, а квадрат — 2.040.816 раз

      Ответить
      • Михаил:

        Технологи подстраиваются под закон Мура (теперь уже не для тактовой частоты, а для плотности процессоров). Подбирают новый техпроцесс так чтобы плотность увеличилась примерно вдвое: 45, 32, 22, 14, 10, 7

        Ответить
    • Михаил:

      +1

      в профиль автора загляните: окончил университет, специальность «финансы». То бишь, гуманитарий. Я раньше удивлялся, как люди с высшим образованием могут делать такие ляпы…, а потом потихоньку выяснил, что это не досадная ошибка, они реально не понимают/не помнят элементарное из школьной программы (например, что площадь растет в квадрате. а объем в кубе) и спокойно живут с этим, делают карьеру.

      Ответить
    • Никита:

      Дочитал до этого места и полез писать комментарий, потом подумал, наверняка есть умные люди, которые это уже написали. Мальчик не знает элементарной геометрии, а уж про то, что современные процы уже совсем не планарные….

      Ответить
  • Виталий:

    В основе структуры построения процессоров Intel лежит архитектура нашего суперкомпьютера «Эльбрус»,созданного в Институте точной механики и вычислительной техникой под руководством Всеволода Сергеевича Бурцева. В конце 80-х кажется. СССР тогда был в лидерах по разработке вычислительной техники. А сейчас пытемся вернуть былое могущество…посмотрим.

    Ответить
  • Сергей:

    грабить проще чем создавать поделил с подельниками и мотай жить за бугор, а вы тут хоть живьем ешьте друг друга…

    Ответить
  • ВИТАЛИЙ:

    ТУПЕЕ ДАВНО НИ ЧЕГО НЕ ЧИТАЛ, КАКИЕ ОНИ НАШИ ЕСЛИ ИХ ПРОИЗВОДЯТ НА Тайване, у меня есть шуруповерт Победа сделан в Китаее бренд Российский но я же знаю что это Г****О Китайское и со шмотками такаяше ш****.

    Ответить
  • Михаил:

    Уровень автора виден в мелочах. Если линейный размер стал меньше в 1500 раз, во сколько раз больше станет количество элементов на кв. миллиметр? Вообще-то в 2250000 раз. (ну, проверьте на тетрадных клеточках! Чтобы закрасить квадратик 2*2, надо закрасить 4 квадрата 1*1!).

    В статье не сказано главное: продукт высоких технологий в мире дешевеет потому, что цена разработки делится на тираж. Даже если платить разработчикам в 10 раз меньше, но выпускать процессоры только для спецслужб — цена будет космической. Да и как не крути, в том же Интеле работает больше нобелевских лауреатов, чем их в России вообще было за последние полвека.

    Вы еще забыли написать, как наше государство их кидает — погуглите историю с заказом от МВД. Ребятам не перевели аванс за большую партию, а потом еще в суд подали, дескать в договоре не было сказано, что без аванса они не будут выполнять работы в полном объеме.

    Своей ОС — нет, перелицованный Линокс — ни разу не свой. Насчет распараллеливания — чувствуется агитка от производителей. Вообще-то распараллеливание есть даже в обычном VC года с 15-го, да и что говорить про «уровень компиляторов», если у нас нет своих компиляторов сколько-нибудь приличного уровня.

    Ответить
  • Hjvfy:

    Да о каком импортозамещении речь. Заводы на тайване, литография в китае. Смысл импортозамещения это во первых, уверенность в отсутствии интегрированных схем, но при таком подходе ни о каком отсутствии даже думать не нужно, во вторых, завтра тайвань скажет мы не хотим делать для раски федераски процы, нам запретило международное сообщество и ЧЁ?
    Короче весь этот урапатриотизм нужно запихивать в урну, и начинать честно работать, при этих правителях — — цель недостижима. Поэтому не нужно быть папуасами и радоваться стёклышку или зеркальцу, а трезво смотреть на вещи.
    Враньё называть враньём, а правду правдой.
    Вот например эта статья враньё.Никакого импортозамещения нет и близко. Тайваньско-китайско-эрефский процессор и шведско-английско-эрефский софт. Кстати при подключении к глобальной сети или при наличии радиопередатчика сети блютуз или вайфай эти процессоры позволяют извлекать данные либо блокировать работу на аппаратном уровне — так то.

    Ответить
  • Николай Серебряков:

    Статья информационная, но охватывает проблему лишь частично. У каждого продукты созданного человеком имеется своё предназначение, его идея, цель, средства и трудозатраты. Кончно желательно иметь отечественное производство микропроцессоров, и к этому следует стремиться, чтобы конкурировать на мировом рынке. Только в этом сложном технически и технологически у РФ шансов в настоящий момент не просматривается.
    Идея хорошая: иметь отечественное производство современных микропроцессоров, несмотря на их стоимость и цену. Под такую идею требуются миллиардные вложения и классные специалисты, технологи прежде всего. классных технологов в РФ не жалуют, платят им маленькие зарплаты, а потому их даже в перспективе на народится.
    Цель создания отечественного микропроцессора — исключить возможность встройки в микропроцессор элементов его несанкционированного самим пользователем управления. Цель хорошая, но когда его производством занимается иностранное предприятие, гарантировать выполнение цели нельзя.
    Средства для достижения — государственный бюджет, бочка с дном, а не бездонная, поэтому средства всё таки ограничены, доходами жителей РФ, которые итак в среднем не велики.
    Трудозатраты на это достаточно большие, они никогда не окупятся, так как у конкурентов они являются достижениями прошлого, а у РФ достижением сомнительного будущего.
    Однако, несмотря на печальные выводы по каждому их рассматриваемых пунктов проблемы выпуска современных микропроцессоров в РФ, следует знать главный козырь: сто лет назад люди жили впоне нормально без микропроцессоров: Природа не предусматривала их создание. Потому, мы выживем и вполне успешно проживем собственным умом с мозгом, а если понадобится даже с чужими заграничными микропроцессорами, если наши управленцы будут разумны и зависимы от жителей России: иметь меньше дури и знать своё реальное место в глобальном мире, соблюдать Закон Меры.
    Количество роботов, как и количество людей должны соответствовать возможностям ресурсов места их проживания. Ресурсы нельзя расходовать зря на явно неосуществимые идеи и проекты. Природа мстит за самонадеянность и дурь.

    Ответить
    • Михаил:

      «и знать своё реальное место в глобальном мире, соблюдать Закон Меры.» — наше место в этом «Мире» нам давно определили. Это разделенный немыслимым кол-вом границ народ после инициированного развала РФ. Большая часть этого народа будет не гражданами на своей родной земле. Самосознание должно полностью угаснуть по замыслам «Мира».
      Да, природа мстит за дурь. Дуракам, сдавшим свою землю она жестоко отомстит. Превратив в периферийные колонии «Мира», поставляющие за бесплатно нефть, лес, газ и красивых баб в бордели «Мира».

      У нас нет иного пути, как сопротивляться планам этого «Мира» на счет нас. Это вопрос банального выживания. В этом весь ужас и определенные плюсы. Хотим мы того или нет, но нам придется карабкаться по лестницы развития вверх. Авось и вылезем. Дело тут вовсе не в политической системе или в чем-то еще. Это лишь надстройки, которые можно будет сменить в более спокойной обстановке. Главное развитие без каких-либо серьезных внутренних потрясений. Остальное приложится.

      Ответить
  • Владимир Иванович:

    Надо производить свои микропроцессорные средства, даже если сейчас они на порядки дороже, чтобы страна стала в электронном плане самодостаточной. В конце-концов и в нашей микропроцессорной «отрасли» будут прорывные решения, например, как когда-то появление Мультиклета.

    Ответить
  • Шаска:

    А зачем изобретать велосипед?
    А, вот что касается безопасности…
    Согласен, что безопасность — превыше всего.
    Скорость нужна при ловле блох, но лучше опередить появление оных… )))

    Ответить
  • Ormuz:

    «Это означает, что на одном квадратном миллиметре кристалла процессора современного смартфона (например, Samsung Galaxy S10 Lite – построен на Qualcomm Snapdragon 855) содержится в 1500 раз больше транзисторов, чем на такой же площади процессора 1970-х годов.»
    С геометрией у автора плохо очень! 😀

    Ответить
    • Pilsonis:

      А при чём тут геометрия?
      Человек говорит об увеличении количества на той же площади.

      Ответить
  • Александр:

    Зачем изобретать велосипед? Был замечательный советский процессор КР580ВМ80А, вот его и надо было развивать. Ну или, на крайняк, изготовить функциональный аналог Z80.

    Ответить
  • Юрий:

    Скептикам и тем кто против!
    А помните-ли, как раздолбали Югославию лет 30 назад?
    Доблестные воины говорили: только придите к нам, мы вас зубами и штыками!
    Защитим нашу Родину! А их НАТО смешало с грязью из-за облаков.
    И ещё вопрос, где наши заводы по производству чистого кремния?
    Дешёвая электроэнергия есть, сроительство планировали, и что?
    Там, где я работал — острая нехватка грамотных инженеров, технологов.
    Вузы же назвали университетами, где выпускают менеджеров, юристов,
    программистов для выпуска рекламы.
    Что будем делать, господа?

    Ответить
    • 134:

      «Что будем делать, господа?»… — Продолжать делать «Ютафоны» , читать и писать комментариях , что ОНИ пусть и хуже — зато наши , а нам — «сойдет и так» ! А что еще ? Это все ,что «господа» к которым Вы обращаетесь , могут …

      Ответить
      • Mike:

        Не, будем ныть и говорить как всё плохо, пока не отключат банковскую систему или инетрнет, потому что мы Германии газ решили продвать. Либералы одноклеточные создания, ей богу.

        Ответить
  • сергей:

    нужны для безопасности

    Ответить
  • Сергей:

    Все российские процессоры годны только для узких задач и совершенно не годятся для массового потребителя.

    Ответить
  • Stas:

    вообще то для производства процессоров алмазы нужны, а не кремний — в этом главный секрет………

    Ответить
  • Игорь:

    Какой-то бред! Читаешь и офигеваешь! Ну, хорошо, процессоры делают и то на Тайване. Куда вы их вставите, себе в карман? А где материнские платы, где отечественные микросхемы, транзисторы, конденсаторы, где блоки питания? все это китайское! Тогда на кой процессоры, если все остальное все одно китайское? Смысл лишь в создании иллюзии, будто у нас еще что то осталось свое! Отсюда эти «мудрые объяснения» типа, скоро начнем делать! Вы уже 20 собираетесь и ничего не делаете!

    Ответить
    • Сергей:

      Игорь, поздравляю — ты идиот

      Ответить
  • Оставить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Рекомендуем к прочтению
Банки Сегодня в Telegram Аналитика, прогнозы, инсайды.