بررسی مبحث لیتوگرافی در پردازنده (CPU)

لیتوگرافی در پردازنده های کامپیوتر و لپ تاپ یکی از مهمترین ملاک های برای مشخصی کردن تکنولوژی و قدرت آنهاست، این مبحث بسیار مهم در تعداد قطعات به کار رفته در ساختار پردازنده تاثیر گذار است.

بررسی تکنولوژی لیتوگرافی و تاثیر عدد آن بر سرعت و قدرت پردازنده

Investigating the lithography technology and the effect of its number on the speed and power of the processor

لیتوگرافی و تأثیر آن بر قدرت پردازنده

در اصطلاح به فاصله ی بین اجزای سازنده ی پردازنده، لیتوگرافی گفته می شود که واحد آن نانومتر است، پس اگر فاصله ی بیت این اجزا یا همان عدد لیتوگرافی کمتر باشد، تعداد قطعات سازنده ی پردازنده که اغلب ترانزیستور ها و خازن هایی ذره بینی هستند، بیشتر می شود و نتیجه ی این تغییر افزایش توان پردازشی پردازنده است.

اگر بتوان در ساختار پردازنده قطعات بیشتری را جای داد، می توان قدرت آن را افزایش داد اما برای این کار سه عامل تکنولوژی، حرارت و پایداری، محدود کننده هستند.

بررسی مقیاس لیتوگرافی (نانومتر)

مقیاس اندازه گیری فاصله ی بین اجزا سازنده پردازنده یعنی همان لیتوگرافی، نانومتر است، این واحد به اندازه ی یک میلیونیُمِ میلیمتر است به این معنی که اگر یکی فاصله ی یک میلیمتری را بر واحد نانومتر تقسیم کنیم، یک میلیون قطعه ی کوچک به وجود می آید.

در هر نسل از پردازنده های مختلف، فارق از برند آنها، کمپانی های سازنده سعی در کاهش عدد لیتوگرافی و افزایش قدرت پردازشی آنها دارند.

تأثیرات تغییر عدد لیتوگرافی

الف) تأثیر تغییر لیتوگرافی بر ترانزیستور ها

ترانزیستور ها مهمترین قطعه ی تأثیر گذار بر توان پردازشی پردازنده هستند، اگر تعداد ترانزیستور ها بیشتر باشد و اندازه ی آنها کوچکتر در مقایسه با تعداد کمتر ترانزیستور هایی که اندازه ی بزرگی دارند، توانایی ایجاد قدرت پردازشی بیشتری را خواهند داشت.

نتیجه ی کاهش عدد لیتوگرافی بر عملکرد ترانزیستور ها، افزایش عملکرد پردازشی کلی CPU خواهد بود.

ب) تأثیر تغییر لیتوگرافی بر خازن ها

در رابطه با خازن های سازنده ی پردازنده، با کاهش فاصله ی بین خازن ها، اندازه آنها نیر کوچکتر می شود.

با کاهش اندازه (حجم) خازن ها، ظرفیت آنها نیز کاهش می یابد، اما نکته ی اصلی در خصوص این کاهش حجم این است که با کوچک شدن اندازه ی خازن ها، سرعت شارژ شدن و تخلیه شدن آنها افزایش می یابد که باعث افزایش سرعت عملکرد خازن می شود، پس وجود تعداد بیشتری خازن با ظرفیت کمتر و سرعت شارژ و تخلیه شدن بیشتر بهتر از وجود خازن هایی کمتر با ظرفیت بیشتر است.

ج) تأثیر کاهش تغییر لیتوگرافی بر مصرف انرژی

می دانیم که هر چه مقاومت الکتریکی در یک قطعه بیشتر باشد، برای فعالیت کردن آن قطعه نیاز به انرژی الکتریکی بیشتری است، پس با کاهش مقاومت می توان مصرف انرژی را کاهش داد.

در مبحث لیتوگرافی با کاهش فاصله ی بین اجزای سازنده، مقاومت الکتریکی کاهش می یابد اما افزایش تعداد قطعات به خصوص ترانزیستور ها که مصرف کننده ی اصلی انرژی الکتریکی هستند بیشتر و در نتیجه مقدار انرژی مصرفی نیز باید بیشتر شود اما باید توجه داشت که انرژی مصرفی پردازنده تنها به این یک عامل بستگی ندارد.

د) تأثیر کاهش تغییر لیتوگرافی بر حرارت تولیدی

با توجه به این نکته که هر چه مقامت الکتریکی در یک قطعه بیشتر باشد، مقدار حرارت تولیدی آن در حین فعالیت نیز بیشتر می شود، می توان گفت با کاهش عدد لیتوگرافی و کاهش مقاومت الکتریکی انتظار می رو که حرارت لویدی کاهش یابد، اما در مورد حرارت تولیدی پردازنده به جز لیتوگرافی موارد بسیار زیاد دیگری مانند نوع معماری، تعداد هسته ها، فرکانس کاری، ترد ها و … تأثیر گذار هستند.

به طور کلی (نه همیشه) در دو پردازنده ی مشابه با کاهش عدد لیتوگرافی حرارت تولیدی کاهش خواهد یافت.