Почему процессоры Intel так дорого стоят?

Процессор любого компьютера — это основной компонент, от характеристик которого зависит выбор материнской платы с соответствующим сокетом (гнездом для установки процессора), выбор типа и скорости оперативной памяти (разные процессоры могут поддерживать только определенный тип памяти и работать с ней на определенных частотах), а от производительности процессора зависит выбор класса видеокарты.


Основная функция центрального процессора — вычисление, постоянное выполнение операций булевой логики, в результате чего Вы видите этот текст на своем мониторе. Материал, из которого изготавливают полупроводники для создания процессоров — кремний, удивительно, но это один из самых распространенных элементов в земных недрах. Так почему они такие дорогие? В чем причина высокой стоимости изготовления процессоров? Для ответа на этот вопрос, нужно узнать все про компанию, которая лидирует на рынке процессоров.

Компания Intel

Intel и AMD (в сотрудничестве с IBM), два мировых гиганта по производству процессоров для встроенных систем и коммуникационного оборудования. Конечно же, они не мало инвестировали в новые технологии, ища возможности обогнать соперника и урвать его долю рынка. Кто из них лучше — решать вам, но началась эта гонка достаточно давно и сейчас Intel впереди.

Де-юре, Intel (Integrated Electronics), основан в 1968, он лидировал в сфере чипов памяти с разработкой SRAM и DRAM (Dynamic RAM) в начале 1980-х. Однако успех ПК IBM заставил полностью пересмотреть бизнес-планы, перераспределить ресурсы, сделав микропроцессоры своей ведущей отраслью развития. Ход финансово опасный, ведь компания попала в неопределенный период до релиза x86 процессоров в составе одного из первых IBM PC-клонов производства Compaq. Окончательный аргумент в пользу изменения целевого продукта и закрепление за Intel-ом репутации лидера в сфере микропроцессоров пришел с релизом модели 386, а, впоследствии, и знаменитого Intel Pentium. На достигнутом компания не остановилась и решила производить материнские платы с предварительно встроенными процессором и памятью. К середине 90-х Intel начал выпускать полностью собраны системные блоки для компаний-производителей IBM-клонов, а это, ни много ни мало, более 15% рынка всех ПК, став третьим по величине поставщиком в то время.

Политика Intel была далека от идеала, тактика — агрессивной, а методы для достижения цели — далеки от честных (было замалчивания бага в вычислениях с плавающей запятой, иски Федеральной торговой комиссии США (FTC) из-за подкупа производителей ПК, патентные войны и монополия на рынок 32-битных процессоров в виде 85% доли, война "стенка на стенку" с Microsoft, индустриальный шпионаж), но именно постоянная борьба за покупателя стимулировала рынок микропроцессоров и системной архитектуры. Intel Architecture Labs (IAL) ответственна за большинство инноваций в сфере ПК оборудования — PCI шина, PCI Express (PCIe), вклад в развитее Bluetooth, Universal Serial Bus (USB) и доминирующую теперь архитектуру мультипроцессорных серверов. Именно Intel превратил процессор в тру-CPU — единственный центральный чип, так как до этого компьютеры создавались на целом наборе чипов и дискретных компонентов (транзисторов).

2000-е годы принесли замедление прироста капитала компании и ее влияния в связи с увеличением рынка дешевых компьютеров и превышением производственных мощностей производимого оборудования над запросами среднестатистического ПО. Времена единоличного доминирования на техническом Олимпе для Intel в прошлом, и компания прикладывает максимальные усилия чтобы удержать преимущество, делая акцент на полупроводниковых транзисторах нового типа. Вице-президент Intel, Майк Мэйбери, справедливо заметил: "Если вы используете одну и ту же технологию, то в целом столкнетесь с ее ограничениями. По правде говоря, мы модифицировали наш технологический подход каждые 5-7 лет в течение последних 40 лет и сейчас не видно препятствий продолжению такой тактики". Такую пошаговую стратегию назвали "Тик-Так": цикл "Тик" - миниатюризация, а "Так" - улучшение микроархитектуры. В подтверждение своих слов компания представила 14-nm трехмерный (tri-gate) транзистор в 2011 году как концепт, а с 2015 реализовала его в рамках коммерческого процессора Intel Core M на базе ядер Broadwell. Для сравнения, диаметр нити человеческого ДНК - 2,5 nm.

В отличие от планарных логических элементов, которые доминировали в электронике более 50 лет, новая технология переосмыслила саму структуру транзистора и позволила избежать нежелательных помех при столь тонком процессе изготовления, повысить термическую \ химическую стабильность и позволив дальше выполнятся закону Мура.

Не менее пятнадцать лет назад, Intel осознал кризис в дальнейшей эволюции микропроцессоров — невозможно, как бы того не хотелось, постоянно уменьшать размер транзисторов, укладывая их на чип как сардины в банке. Определенные технологические границы (правило 7 nm, меньше которых начинаются квантовые законы) приближались постоянно, как судный день. Светила физики, такие как Мичио Каку, даже предсказывали конец эры кремниевой технологии.

Однако в ближайшие годы полупроводниковой технологии ничего не угрожает. Гениальная идея размещать транзисторы не только в плоскости XY, но и вдоль Z, надстраивая башни с логических ячеек (аналогия — плоские 2D игры и современная объемная графика, почувствуйте разницу в возможностях и перспективах). В двух словах — традиционная планарная структура предусматривает течение тока только вдоль узкой поверхности проводника (канала) между подкладкой и затвором. К каналу подключены два электрода — исток, который является источником носителей заряда, и сток, к которому носители заряда стекаются. В то же время, благодаря Tri-gate, ток распространяется в толще кремня, словно прорезя затвор. Такая конструкция обеспечивает более эффективный расход энергии и солидный прирост производительности — сведение к минимуму токов потери (leakage current) с одновременным уменьшением сопротивления транзистора в полностью открытом состоянии, его увеличением в закрытом и более динамичным переключением между ними. Сравнивая с предыдущим поколением Haswell, площадь кристалла уменьшилась более, чем на 30%, а количество транзисторов увеличилось. На данный момент Intel работает над внедрением 10nm транзисторов в производство в следующем году и 7nm - еще через 2-3 года, в зависимости от ситуации на рынке.

К концу 2030-х название «Силиконовая долина» может остаться, как единственное воспоминание эры монополии кремниевых технологий, ведь уже сейчас кремний (Si) активно смешивают с германием (Ge) и другими полупроводниковыми материалами с ферромагнитными свойствами III-V группы валентности периодической таблицы. 60 лет ведется активное исследование потенциала этих материалов, в том числе предложено концепт диодов, транзисторов и элементов памяти с их использованием.

Конечно же, совершенствование идет на всех фронтах, недавно был релиз 8-ядерного i7-6900K и невероятно мощного, 10-ядерного, Core i7-6950X. Эти модели поддерживают Hyper-threading (мультипотоковость), а тактовая частота самого мощного на данный момент анонсированного процессора от Intel - минимум 3,6 GHz без разгона, кэш увеличили до 25 Mb, а также добавили четырех-канальный режим памяти DDR4.

Но всегда ли больше — лучше? Если вы не профессионально проектируете в инженерном ПО, не выполняете профессиональное кодирования видео 4К-формата или не программируете масштабные приложения — то спокойно выбирайте i5 - i7 предыдущих серий в зависимости от своих предпочтений. Как видно из статьи, не в стоимости материала главная ценность процессора, а в миллионах часов, потраченных ученными во всем мире для достижения того уровня технического процесса изготовления полупроводников, который мы сейчас имеем.

Видео по теме