диплом Перспективы развития микропроцессоров (id=idd_1909_0000541)

Содержание


Введение 4
Глава 1. Современные достижения в развитии микропроцессоров 11
1.1. Технологии производства микропроцессоров: настоящее и ближайшее будущее 11
1.1.1. Технологии и рынок 12
1.1.2. Совершенствование технологии производства микропроцессоров 16
1.2. Пути развития современных процессоров: эволюция + революция 23
1.3. Современные модели процессоров Intel, AMD и VIA и ближайшие перспективы 25
1.3.1. Процессоры Intel 25
1.3.2. Процессоры AMD 29
1.3.3. Чипы VIA 31
1.4. Двухъядерные процессоры Intel и AMD: теория 32
1.4.1. Классификация: SMP, NUMA, кластеры: 32
1.4.2. Многоядерные процессоры 35
1.4.3. Intel Smithfield: "классика жанра" 36
Глава 2. Направления развития микропроцессоров 43
2.1. Будущее высокопроизводительных вычислительных систем: совершенствование архитектур 43
2.2. Архитектуры многопотоковых процессоров 47
2.3. Микропроцессорные системы на кристалле 50
2.4. Многоядерные перспективы корпорации Intel 56
2.4.1. Суть многоядерной архитектуры процессоров 57
2.4.2. Преимущества многоядерности:от цифрового дома до офиса 58
2.4.3. Долгосрочная стратегия корпорации Intel 59
2.4.4. Концепция сбалансированной платформы 60
2.4.5. Intel - лидер в разработке многоядерных платформ 61
2.4.6. Планы корпорации Intel по разработке многоядерных процессоров 64
2.5. Примеры перспективных разработок микропроцессоров 67
2.5.1. Программируемый микропроцессор 67
2.5.2. Кластер Green Destiny 69
2.5.3. Однородные вычислительные среды 70
2.5.4. Однокристальный ассоциативный процессор САМ2000 72
2.5.5. Однокристальный векторно-конвейерный процессор SX-6 76
Глава 3. Будущее микропроцессорной техники 77
3.1. Новые технологии производства микропроцессоров 77
3.1.1. Конфигурируемые процессоры: новая эра в проектировании чипов 77
3.1.2. Параллелизм и архитектура набора команд ARM 78
3.1.3. Открытая платформа для разработки мультипроцессорных SoC 81
3.2. Многоядерные процессоры 83
3.3. Перспективы развития процессоров и платформ Intel в ближайшие 10 лет 93
3.4. AMD: о будущих перспективах развития процессоров 96
Заключение 98
Список используемой литературы 103


Введение

В данной работе рассматривается тема "Перспективы развития микропроцессоров".
В апреле 1965 года, примерно за три с половиной года до создания корпорации Intel, Гордон Мур, занимавший в ту пору должность директора отдела разработок компании Fairchild Semiconductors, опубликовал в журнале Electronics статью с прогнозом развития микроэлектроники, который вскоре назвали законом Мура. 19 апреля 2007 года закону Мура исполнится 42 года, и все эти годы он остается безусловным правилом для всей индустрии информационных технологий.
40 лет назад микроэлектроника пребывала в зачаточном состоянии. В то далекое время технология производства интегральных микросхем позволяла соединять в одной микросхеме порядка трех десятков транзисторов, а группа ученых, возглавляемая Гордоном Муром, директором исследовательской лаборатории полупроводников корпорации Fairchild Camera and Instrument Corp (Research and Development Laboratories, Fairchild Semiconductor division of Fairchild Camera and Instrument Corp), завершала разработку новых микросхем, состоящих уже из 64 транзисторов. Конечно, по сегодняшним меркам, когда в одной микросхеме насчитывается несколько десятков миллионов транзисторов, эта цифра кажется ничтожно малой, но не будем забывать, что речь идет об эпохе становления интегральной электроники.
По просьбе журнала Electronics Гордон Мур написал статью, приуроченную к 35-й годовщине издания (Electronics. Vol. 38. № 8. Apr. 19. 1965). В этой статье Мура попросили сделать прогноз относительно того, как будут развиваться полупроводниковые устройства в течение ближайших десяти лет. Проанализировав темпы развития полупроводниковых устройств и экономические факторы за прошедшие шесть лет, то есть начиная с 1959 года, Гордон Мур предположил, что к 1975 году количество транзисторов в одной интегральной микросхеме составит 65 тыс. Именно этот прогноз на ближайшие десять лет стал преамбулой к данному Введению. Я не случайно уделяю во введении такое внимание закону Мура. Он реально работает и позволяет оценить ближайшие перспективы развития микропроцессоров. А актуальность такого развития не вызывает сомнений. Соответственно, не вызывает сомнений актуальность темы работы.
Цель работы - анализ перспектив развития микропроцессоров.
Объект исследования - развитие микропроцессоров в обозримом будущем: направления и технологии.
Предмет исследования - технологии производства микропроцессоров в настоящем и ближайшем будущем, пути развития современных процессоров, развитие концепции двухъядерных и многоядерных процессоров и ее реализации, совершенствование архитектур микропроцессоров, анализ перспектив развития процессоров ведущими фирмами производителями и их планы.
Задачи исследования вытекают из поставленной цели:
- перечислить и рассмотреть современные достижения в развитии микропроцессоров;
- проанализировать направления развития микропроцессоров;
- выделить новые технологии производства микропроцессоров;
- дать обзор прогнозов развития микропроцессорной техники.
Фактически по прогнозу Мура количество транзисторов в одной микросхеме за десять лет должно было увеличиться более чем в тысячу раз. В то же время это означало, что каждый год количество транзисторов в одной микросхеме должно удваиваться.
Кроме предсказания экспоненциального роста плотности размещения транзисторов, Мур сделал и другой важный и на первый взгляд парадоксальный вывод: сокращение размеров транзисторов должно неизбежно привести к тому, что интегральные микросхемы на их основе будут становиться все более дешевыми, мощными и доступными, а их производство - все более массовым.
Конечно, в 1965 году ни сам Гордон Мур, ни кто-либо другой не мог предположить, что опубликованный прогноз на ближайшие десять лет не только в точности сбудется, но и послужит основой для формулирования эмпирического правила развития всей полупроводниковой технологии на много лет вперед.
Почему столь простая формулировка закона развития микроэлектроники вот уже сорок лет на все лады цитируется во всем мире, став своеобразным фетишем для тех, кто работает на рынке информационных технологий? И почему закон Мура стал настолько универсальным, что его без колебаний применяют при прогнозировании роста Интернета и пропускной способности каналов связи, для предсказания увеличения емкости жестких дисков и многого другого?
Происходит все это прежде всего потому, что закон Мура в доступной пониманию каждого форме определяет фантастические, не доступные ни одной другой отрасли темпы развития полупроводниковой индустрии. На ее стремительном росте сегодня зиждется вся мировая экономика, которая уже просто немыслима без разного рода компьютеров. Некоторые аналитики даже предсказывают, что "конец эпохи закона Мура" приведет к новой великой депрессии, до самых основ потрясшей американскую экономику в 30-е годы прошлого века. Так или иначе, обнаруживая действие закона Мура во все новых сферах высоких технологий, мы лишний раз убеждаемся в том, что имеет место постоянный, очень быстрый прогресс технологий, а значит, и всей мировой экономики.
Первоначально закон Мура представлял собой простое наблюдение за тем, как развивается индустрия микропроцессоров, этакий эмпирический постулат. Однако через несколько лет он стал руководящим принципом развития для всей отрасли, а теперь иначе как законом его никто и не называет. Однако, несмотря на то что закон Мура оправдывает себя вот уже почти сорок лет, многие довольно скептически относятся к тому, что он будет действовать и в дальнейшем.
С приводимыми ими доводами трудно не согласиться. Действительно, уже сейчас микросхемы производятся по 90-нанометровому технологическому процессу. Но ведь не может же уменьшение размеров транзисторов происходить до бесконечности, хотя бы в силу дискретности самой природы! Что будет, когда размеры затворов транзисторов достигнут атомарных слоев? Вопрос, конечно, интересный, но ответить на него в ближайшее десятилетие вряд ли кто-нибудь сможет. Да и до атомарных размеров транзисторов еще далеко. Если же говорить о перспективе дальнейшего совершенствования полупроводниковой электроники в соответствии с законом Мура на ближайшие лет тридцать, то можно утверждать, что предсказанное Муром экспоненциальное возрастание числа транзисторов на одной микросхеме сохранится.
На весеннем Форуме Intel для разработчиков 2002 года главный технический директор корпорации Intel Патрик Гелсингер поделился своими соображениями относительно закона Мура: "Честно говоря, я часто спрашивал себя, когда же закончится действие закона Мура? Сколько мы еще сможем им пользоваться? В 1980 году, когда я пришел в Intel, мы ломали головы над тем, как достичь технологической нормы производства микропроцессоров в один микрон. В 90-е годы перед нами уже стояла задача внедрить технологическую норму в одну десятую микрона, и опять она казалась нам недостижимой. А сегодня мы думаем о том, как преодолеть барьер в одну сотую микрона. Могу пообещать вам, что до моей пенсии (то есть в течение последующей четверти века) закон Мура будет действовать. Я уверен, что еще не одно десятилетие он будет руководящим принципом развития отрасли".
"Закон Мура - основной лейтмотив нашей деятельности в области конвергенции вычислительных и коммуникационных возможностей, - заявил глава корпорации Intel Крейг Барретт, открывая весенний Форум Intel для разработчиков IDF 2005. - Приверженность корпорации Intel закону Мура позволяет нам создавать интегрированные платформы, которые предоставляют широкий диапазон возможностей для отдельных людей и организаций, использующих эти технологии. Для эффективной реализации всего потенциала новых возможностей все большее значение приобретают процесс внедрения инноваций и общеотраслевое сотрудничество". Паоло Джарджини, директор по технологической стратегии корпорации Intel, в своем выступлении на последнем IDF подтвердил, что закон Мура продолжает действовать и что в полном соответствии с ним корпорация Intel продолжает вводить новые технологические процессы каждые два года. Залогом успешной деятельности Intel на этом направлении служат ежегодные многомиллиардные вложения корпорации в научно-исследовательские разработки, постоянную модернизацию и расширение своих производственных мощностей. Достаточно сказать, что в 2005 году Intel планирует израсходовать на эти цели более 10 млрд. долл.
В 2005 году начнется производство чипов по технологии 65 нанометров, на 2007-й намечен переход на 45-нанометровый процесс, на 2009 год - внедрение 32-нанометрового, а в 2011 году настанет черед технологического процесса 22 нм. Как подчеркнул Паоло Джарджини, в корпорации Intel уже имеются конкретные научно-технические разработки, которые позволяют реализовать все эти планы.
Тогда же Паоло Джарджини заявил, что вплоть до 2020 года Intel cможет создавать транзисторы по современной схеме работы - с электродами и затвором между ними. К тому времени, однако, размеры всех элементов транзистора достигнут атомарных размеров, и уменьшать их дальше будет просто невозможно. Следовательно, уже сейчас необходимо искать новые технологии. Одна из них - организация передачи сигнала на уровне элементарных частиц путем спиновых волн.
Еще один вариант - углеродные и кремниевые нанотрубки. Транзисторы, изготовленные из таких материалов, имеют сопоставимые размеры. Диаметр углеродных нанотрубок - 1-2 нм, но в экспериментальных транзисторах исток и сток расположены по их длине, что позволяет повысить быстродействие и уменьшить потребляемую энергию, однако размер при этом не уменьшается.
"Экзотические структуры, такие как углеродные нанотрубки, могут найти применение в технологии КМОП (комплементарные металл-оксидные полупроводники) не столько для ускорения темпов миниатюризации, сколько для повышения производительности устройств или, возможно, упрощения их изготовления, - пишет Джарджини. - Даже если для цифровой логики будет изобретено принципиально иное средство перемещения электронов, возможности его масштабирования для повышения плотности и производительности не зайдут много дальше пределов, достижимых технологией КМОП, главным образом из-за ограничений, налагаемых требованием отвода тепла".
И наконец, последнее - изготовление чипов больших размеров за счет наращивания их площади или построения трехмерных многослойных микросхем. Такие решения предлагал сам Гордон Мур, а также профессор Стэнфордского университета Том Ли и некоторые другие исследователи. Каким путем пойдет дальнейшее развитие полупроводников - покажет время.
Так или иначе, практическая деятельность Intel не только продлевает жизнь закону Мура, но и распространяет его действие на самые разные сферы. Микропроцессоры становятся буквально вездесущими, а достижения высоких технологий - максимально демократичными, поскольку наравне с традиционными нишами Intel предлагает использовать их и в совершенно новых областях: в беспроводных технологиях, сенсорах и сенсорных сетях, а также в оптических технологиях. Так что, по мнению руководства Intel, все только начинается...

Заказать эту работу прямо сейчас

Посмотреть другие готовые работы по предмету ИНФОРМАТИКА

© 2002-2024 Москва 'Мастерская дипломов'. Все права защищены.