Kako se prave procesori
Prikaz rezultata 1 do 7 od ukupno 7
  1. #1

    04 Kako se prave procesori

    Prvi mikroprocesor napravila je američka kompanija „Intel” 1971. godine. Intel 4004 imao je 4-bitnu arhitekturu i bio je zamišljen kao glavni deo u proizvodnji kalkulatora. Po današnjim merilima on deluje vrlo primitivno – radna frekvencija je bila 200 kHz i ukupno je imao 2300 tranzistora. Ironija je da je konkretni projekat za kalkulatore propao, dok je „Intel” uvideo da postoji mogućnost da novi, pomalo čudni proizvod može imati drugih primena. Ostalo je, kao što kažu, istorija.


    Glavni zakon koji diktira razvoj mikroprocesora, kao i praktično cele industrije čipova, formulisao je Gordon Mur (Gordon Moore), jedan od osnivača „Intela”. Mur je utvrdio zakonitost po kojoj se broj tranzistora (osnovnih elemenata) u čipovima udvostručuje svakih 18 meseci. Na prvi pogled to ne deluje upečatljivo, dok se ne sagleda da proizvodnja mikroprocesora ovu zakonitost prati već više od 35 godina! Da bismo shvatili gotovo neverovatne posledice Murovog zakona, dovoljno je da izvršimo malu računicu: ukoliko uzmemo 1973. godinu za početnu tačku u razvoju (Intel 8008 koji se smatra prvim „ozbiljnim” mikroprocesorom lansiran je 1972. godine), do 2000. je prošlo 27 godina, odnosno 27 x 12 = 324 meseci, tako da se za to vreme broj tranzistora na čipu udvostručio 18 puta! Obratite pažnju da to nije 2 x 18 već 2^18, odnosno 262 144 puta! Ova zavisnost nije apsolutno precizna, tako da se u nekim periodima razvoj odvijao nešto sporije, ali krajnji je rezultat da moderni mikroprocesori imaju desetine miliona tranzistora. Na primer, najnoviji „Intelov” Pentium 4 ima ih 42 miliona! Ne treba zaboraviti da su, pored toga što su neuporedivo složeniji, moderni procesori i neuporedivo brži: Intel 4004 je radio na frekvenciji od 200 kHz, dok najnoviji Pentium 4 radi na 1,5 GHz, dakle 7500 puta brže! Svi ovi podaci pokazuju ogroman progres koji je napravljen u relativno kratkoj istoriji razvoja mikroprocesora.

    Zbog enormne složenosti, moderni mikroprocesori su veoma kompleksni za dizajniranje i proizvodnju. Kao ilustraciju stepena složenosti procesa prozvodnje navešćemo da se cena samo jedne moderne fabrike za proizvodnju kreće oko 1,5 do 2 milijarde dolara! Ova zaprepašćujuća cifra zvuči još neverovatnije kada se uzme u obzir da praktičan vek efikasnog korišćenja fabrike nije veći od 2-3 godine. Ukoliko se prisetimo Murovog zakona, trenutno najmoderniji procesor postaće četiri puta slabiji za tri godine, tako da će tada morati da se prodaje mnogo jeftinije i fabrika će biti mnogo manje rentabilna. Kao posledica ovog pada vrednosti, moderne fabrike rade bez prestanka 365 dana u godini, i danju i noću, pošto i najmanji prekid čini ogroman gubitak.


    Inače, proces proizvodnje procesora zahteva hiljadama puta veću čistoću od najčistije operacione sale. Radnici moraju da koriste specijalna odela sa filtracijom pošto i najmanja nečistoća (na primer: u poređenju sa integrisanim tranzistorima, vlas kose deluje kao balvan) može da dovede do gubitka od jednog ili više wafera, tj. ploča sa stotinama mikroprocesora vrednih stotine hiljada dolara.

    Drugi interesantan podatak jeste način na koji se mikroprocesori dele po brzini. Može da bude pomalo iznenađujuće da se svi procesori iste generacije, iako različitih brzina, prave zajedno, istim procesom. Određivanje brzine vrši se testovima kojima se proverava koja je najveća brzina na kojoj svaki primerak može da radi u okviru specifikacija. Testovi moraju brzo da se izvrše kako se ne bi usporavala proizvodnja, pošto je, kao što smo već videli, vreme veliki novac u ovom biznisu. Pored toga što su vremenski limitirani, testovi moraju da zadovoljavaju rigorozne specifikacije mnogih električnih i ostalih parametara, npr. zagrevanje, nivo električnih šumova, tolerancije u naponima ulaznih i izlaznih signala, brzina rasta i pada signala itd. Većina ovih parametara je analogna po prirodi, što znači da postoji mnogo vrednosti parametara koji ne zadovoljavaju specifikacije, ali unutar kojih će sistem ipak raditi. Ovo je jedan od glavnih razloga zašto procesori mogu da se „overklokuju”: uslovi pod kojima rade u sistemu mogu da budu izvan specifikacija, ali da se ipak pravilno interpretiraju u digitalnom domenu. Na primer: specifikacija može da zahteva da nivo logičke jedinice bude 85% Vcc (napona napajanja). Međutim, procesor će praktično uvek uspeti da pročita ovaj signal kao logičku jedinicu i ako je nivo 75% ili čak i manji. U ovom konkretnom primeru razlika između 75% i 85% je tzv. margina šuma („noise margin”) koja obezbeđuje da procesor pravilno očita signale u prisustvu šumova iz raznih izvora. Overklokovani procesori će raditi sa većom verovatnoćom greške i kraćim rokom trajanja, tj. povećanom verovatnoćom katastrofalnog problema (npr. prekidanje metalne linije zbog elektromigracije). Mnogi korisnici ipak su spremni na takve kompromise.

    Inače, jedan od glavnih parametara koji određuje cenu procesora je tzv. „yield” tj. procenat ispravnih procesora na waferu. Što je procesor fizički manjih dimenzija, to može da se napravi više procesora na jednom waferu i manja je verovatnoća da će da bude mnogo neispravnih procesora. Zbog toga proizvođači pokušavaju da naprave procesor što je moguće manjim, da bi povećali profit. S druge strane, dizajneri i arhitekti žele što veći procesor da bi u njega mogli da stave što više funkcija i brzih keš memorija. Veličina procesorske pločice („die”) određuje cenu te zbog toga, na primer, Pentium III staje oko 300 dolara, dok procesori za servere kao što je Pentium III Xeon i Sun Ultrasparc koštaju na hiljade dolara.
    Neki ljudi samo zinu, pa zagade okolinu...


    Nisam paranoičan, ali to ne znači da me neko ne progoni!

  2. #2

    Odgovor: Kako se prave procesori

    Jedan od najvećih problema s kojima se suočavaju dizajneri u razvoju modernih procesora jeste potrošnja električne energije („power dissipation” ili „power consumption”). Utrošena energija pretvara se u toplotu koja ima veoma nepoželjne efekte i može da dovede do katastrofalnih posledica ukoliko se ne kontroliše. Na primer, moderni procesori troše preko 50 W pri maksimalnom opterećenju. Athlon na 1,2 GHz troši 76 W, a Pentium 4 na 1,4 GHz troši 55W). Uzevši u obzir da je veličina procesorske pločice veoma mala (na primer, Intel Pentium III je 106 mm2, a Athlon 117 mm2), gustina toplote je mnogo veća nego, recimo, na ringli šporeta koja radi punom snagom! Naravno, procesor neće da radi na istoj temperaturi kao ringle pošto se neprestano hladi preko malih ventilatora. Međutim, bez intenzivnog i neprestanog hlađenja procesor bi se jednostavno istopio! Problem potrošnje struje nalazi se u prvom planu i ostaće jedan od najvećih problema zbog toga što iz Murovog zakona sledi da će potrošnja električne energije morati da raste, pošto raste i broj tranzistora u procesoru. Jasno je da, iako možemo da zamislimo procesore sa, recimo, 100 puta više tranzistora (kao što smo videli, broj tranzistora se do sada u istoriji povećao više hiljada puta), u tehnologiji koja je trenutno dostupna nemoguće je napraviti procesor koji bi trošio 100 puta više električne energije, tj. 5500 W, što bi inače bilo kao šporet sa svim ringlama i rernom uključenom punom snagom u isto vreme! Naravno, postoje metodi kojima se utiče na potrošnju. Najefektniji način smanjivanja potrošnje je preko smanjenja napona napajanja. Formula za potrošnju električne energije procesora je

    P = CU^2f

    tj. potrošnja je direktno srazmerna ukupnom parazitnom kapacitetu tranzistora koji menjaju nivoe signala („switched capacitance”), kvadratu napona napajanja i frekvenciji. Zbog kvadratne zakonitosti, ukoliko npr. duplo smanjimo napon napajanja, potrošnja će se smanjiti četiri puta! Zbog toga postoji težnja da se napon napajanja smanji što je više moguće, ali donja granica je određena nivoima električnih šumova („noise margin”) u procesoru.

    Drugi bitan problem vezan je za jačinu struje koju procesor „vuče”. Na primer, procesor koji troši 60 W sa naponom napajanja 1,5 V vući će čitavih 40 A! Ako to uporedimo s našim primerom (šporetom), on će pod punom snagom povući oko 30 A, 25% manje! Isporuka ovoliko jake struje predstavlja veoma važan problem koji mora da se reši detaljnim i pažljivim dizajniranjem. Pored jačine struje, problem je i u brzini promena. Pošto procesor izvršava razne instrukcije u svakom ciklusu, a te instrukcije imaju različitu potrošnju, jačina struje se drastično menja iz ciklusa u ciklus. Da bismo uvideli prirodu ovog problema, moramo uzeti u obzir da ciklus procesora frekvencije 1 GHz traje samo 1 ns (nanosekundu, milijarditi deo sekunde). Električni zakon koji određuje ovaj problem (napon na induktivitetu) je

    U = L di/dt


    Ukoliko zamislimo slučaj da procesor naglo promeni struju iz jednog do drugog ciklusa, recimo za 50%, di/dt (tj. promena struje u jedinici vremena) je 40 A x 50% / 1 ns = 20 milijardi ampera u sekundi! Zbog ovako ogromnih brzina promene dovoljno je da parazitna induktivnost bude veoma mala: npr. 1 mm najobičnije žice u vazduhu ima parazitnu induktivnost oko 0,1 nH, tj. 1 desetomilijarditi deo henrija (jedinice za induktivnost). Ukoliko ovu vrednost zamenimo u gornjoj formuli dobijamo da je U = 2 V, koliko iznosi napon napajanja! Možda zvuči komplikovano, ali to u stvari znači da pod ovim uslovima procesor ne može da dobije nikakav napon napajanja ma kako dobar bio naponski izvor, pošto će ceo napon „ostati” na malim žičicama kojima se struja dovodi do procesora. A teško da će žice biti kraće od jednog milimetra.

    Na prvi pogled, ovaj primer deluje potpuno neverovatno: kako je moguće da procesor ne može da se napaja, kada znamo da moderni kompjuteri rade bez problema? Iznenađujući odgovor nalazi se u tehnici koja mora da se koristi u modernom dizajnu. Ona se sastoji u korišćenju velikih kondenzatora unutar samog čipa koji rade kao „rezervoari”. Drugim rečima, u uslovima brzih promena procesor ne dobija nikakvu energiju spolja (pošto je nemoguće da se ona toliko brzo isporuči), već koristi energiju uskladištenu unutar samog čipa. Tokom normalnog rada ovi kondenzatori se napune do napona napajanja. Ova tehnika zove se tehnika skladišnih kondenzatora („decoupling capacitors”) i apsolutno je neophodna u modernom dizajnu. Za unutrašnje rezervoare koriste se prazni delovi čipa, na primer delovi koji nemaju drugih funkcija. Pored korišćenja unutrašnjih rezervoara, sistem za raspodelu napajanja namerno se dizajnira se tako da se za napajanje koristi što veći broj pinova (nožica) na čipu.

    Inače, procesor je veoma „bučno” mesto, pošto se u najmodernijim dizajnima pojavljuju razne vrste šumova koji ranije nisu postojali. Zbog toga je za moderan dizajn potrebno uložiti mnogo više napora da bi se dokazalo da šumovi neće imati posledica po tok rada. Izvora šumova ima dosta, na primer spoljno zračenje (alfa čestice), varijacije u naponu napajanja, varijacije u nivoima signala unutar procesora, toplota procesora itd.

    Još jedan interesantan detalj predstavlja poređenje kvaliteta proizvodnih procesa raznih proizvođača. Vodeći proizvođači su „Intel”, IBM, AMD, „Motorola” itd. Najbitniji parametar (tzv. „minumum feature size”) jeste širina najmanjeg kanala tranzistora koji je moguće napraviti. Moderni proizvodni procesi se klasifikiju na osnovu ovog parametra, npr. najmoderniji procesi su 0,18 m (mikrometara, „mikrona”, hiljaditih delova milimetra. U principu, svi vodeći proizvođači imaju sličan ovaj parametar, pa kvalitet jednog procesa u odnosu na drugi određuju ostali parametri.

    Sledeći najvažniji parametar jeste broj i karakteristika slojeva metalizacije koji se koriste za međusobno povezivanje tranzistora. Moderni procesi imaju preko šest ili više slojeva metalizacije. Broj slojeva je vrlo bitan pošto je potreban ogroman broj veza da se povežu desetine miliona tranzistora. Pored broja slojeva, bitna je i maksimalna gustina veza (tj. koliko metalne veze smeju da budu blizu jedna drugoj). Što je bliže, to bolje. Međutim, veze koje su suviše blizu predstavljaju problem pošto mogu da dovedu do greške u proizvodnji, recimo, da se dve linije jedna pored druge greskom spoje u jednu. Ovaj parametar se zove „metal pitch”. Inače, metalizacija se dugo godina pravila od aluminijuma, dok je poslednjih nekoliko godina dosta proizvođača (sem „Intela”) prešlo na bakar. U modernim procesima i dizajnima gornji slojevi se koriste za globalne signale (napon napajanja, takt) koji moraju da budu prisutni svuda na čipu.

    Kao što smo videli, cilj je da linije za povezivanje budu što bliže jedna drugoj, da bi se povećala gustina pakovanja. Nažalost, bliske linije dovode do drugih ozbiljnih problema, koji su sve prisutniji u modernim procesima. Ovi su problemi poznati pod terminom „cross-coupling” ili međusobne interferencije. Može se desiti da promena signala na liniji dovede do neželjenih promena na susednih linijama. Glavni uzrok interferencije su parazitne kapacitivnosti između linija, mada postoje indicije da će uskoro i međusobne induktivnosti postati ozbiljan problem. Da bismo ovo malo bolje shvatili, treba da pogledamo vertikalni poprečni presek sloja u procesoru. Vertikalna osa je debljine metalne linije koja isnosi, recimo, deo mikrona. Do nedavno, kada su širine linija bile mnogo veće od debljine, debljina se mogla zanemariti u odnosu na širinu. U modernim procesima ima slojeva kod kojih je debljina (tj. visina) veća od širine. U poprečnom preseku bliske linije deluju kao dva visoka zida jedan pored drugog. Intenzitet međusobne interferencije srazmeran je visini zida (što je viši, interferencija je veća), a obrnuto je srazmeran razmaku između zidova (što su linije bliže, interferencija je jača). Problemi međusobne interferencije veoma su bitni zbog toga što mogu da dovedu do pogrešnog očitavanja nivoa signala i katastrofalnih greški u radu. To se rešava detaljnom i pažljivom analizom svih linija kod kojih postoji mogućnost da dođe do ovih neželjenih posledica. Ova analiza oduzima sve više vremena i napora dizajnerima procesora.
    Neki ljudi samo zinu, pa zagade okolinu...


    Nisam paranoičan, ali to ne znači da me neko ne progoni!

  3. #3

    Odgovor: Kako se prave procesori

    U modernom dizajnu procesora sve je bitniji problem brzine komunikacije između pojedinih blokova na čipu. U okviru kratkih rastojanja, brzina signala je određena veličinom kapaciteta koji treba da promeni vrednost napona. Što je kapacitet koji treba da se promeni veći (driven capacitance), trebaće više vremena da se signal promeni. Brzina se može povećati proizvoljno stavljanjem jačeg izvora signala koji je u stanju da obezbedi jaču struju koja će dovesti do brze promene signala. Jačina izvora se zove driver strength i ona direktno zavisi od širine tranzistora na izlazu koji menja vrednost signala. Moderni procesori imaju neke tranzistore koji su bukvalno hiljadama puta širi od običnih tranzistora, kako bi bili u stanju da brzo menjaju vrednosti globalnih signala koji se koriste svuda na čipu, npr. kloka. Ukoliko je dužina linije relativno mala, kapacitivni efekti su jedino bitni i signal može da se proizvoljno ubrza stavljanjem većih drajvera. Problem nastaje kada linije više nisu zanemarljive dužine i kada njihova otpornost više nije zanemarljiva. U tom slučaju linija se više ne može ubrzati, tako da je brzina signala na liniji konačna, bez obzira na snagu drajvera. Ovaj fenomen zove se RC kašnjenje (RC delay) i predstavlja sve veći i veći problem u modernim dizajnima, pošto već u sadašnjim dizajnima treba ceo klok-ciklus da bi signal prešao sa jednog na drugi kraj čipa, bez obzira na drajver. Ovo postavlja velika ograničenja u pogledu broja i prirode signala koji mogu da idu na velike distance na čipu.


    Drugi problem predstavlja „curenje” (leakage), tj. nepoželjan protok struje između izvoda tranzistora. Svi moderni načini za proizvodnju mikroprocesora već su decenijama zasnovani na CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) tehnologiji, koja je do sada imala prednost u tome što je nivo curenja vrlo mali, praktično nepostojeći. Međutim, zbog neprestanog smanjivanja dimenzija tranzistora i povećanja njihovog broja na čipu, ukupna parazitna struja curenja raste. Kritična dimenzija tranzistora za curenje je debljina izolacije (silicijum dioksida) između kontrolne elektrode, gejta (gate) i kanala (channel). Potrebno je da izolacija bude što deblja da bi curenje bilo manje. Nažalost, debljina izolacije je obrnuto proporcionalna brzini, tako da se moderni procesori prave sa što je moguće tanjom izolacijom da bi bili što brži. Debljina izolacije u modernim procesorima toliko je mala da se sastoji od samo 10 do 20 slojeva atoma! Pitanje je da li uopšte ima smisla govoriti o „izolaciji” sa tako tankim materijalima. Procesori koji su na pragu u sledećih nekoliko godina imaće samo nekoliko slojeva atoma za izolaciju, tako da je teško zamisliti kako bi se to još smanjilo. Jedno od obećavajućih rešenja jeste korišćenje nekoliko vrsta tranzistora u čipu, npr. sporiji s debljom izolacijom koji se mogu koristiti u delovima čipa koji nisu kritični, i brzi tranzistori koji dosta cure, ali moraju da se koriste u delovima gde je brzina kritična.
    Neki ljudi samo zinu, pa zagade okolinu...


    Nisam paranoičan, ali to ne znači da me neko ne progoni!

  4. #4

    Odgovor: Kako se prave procesori

    Svi novi mikroprocesori za PC računare moraju da zadovoljavaju specifikaciju „Intelove” arhitekture koja je definisana još 1980. godine sa Intelom 8086 koji je bio procesor u prvom IBM PC-u. Izuzetak su „Appleovi” Macintosh računari koji se zasnivaju na drugoj arhitekturi koja je definisana sa PowerPC procesorima pre desetak godina. Osnovne karakteristike jedne arhitekture su vrste instrukcija koje procesor koristi, kao i broj i vrsta unutrašnjih registara (veoma brze memorije na čipu), ali i mnogo drugih detalja. Jedinstvena arhitektura obezbeđuje da svi programi koji rade, na primer, na „Intelovim” procesorima moraju da rade i na AMD-ovim procesorima.


    S jedne strane, arhitektura postoji samo na apstraktnom nivou pošto se mikroprocesori drastično razlikuju između sebe, ne samo između proizvođača nego i u okviru modela istog proizvođača. Konkretna realizacija procesora, tj. broj i vrste blokova koji omogućavaju da on pravilno radi zove se mikroarhitektura. Dobar primer razlika u mikroarhitekturi i same prirode ovog pojma jeste broj tipova instrukcija koje procesor može da izvrši istovremeno. Svi moderni procesori, uključujući Pentium 4, Pentium III, Athlon, PowerPC mogu da izvršavaju više instrukcija u isto vreme. Na primer, jedan procesor može istovremeno da izvrši četiri bilo kakve instrukcije, drugi može samo tri, a treći tri od kojih samo jedna može da bude memorijska operacija itd. Inače, procesori koji mogu da izvršavaju instrukcije paralelno zovu se superskalarni (superscalar). Drugi parametar je koliko instrukcija procesor može odjednom da zahvati iz memorije itd.

    Definicija mikroarhitekture je početna faza u razvoju novog modela mikroprocesora. Cilj je, naravno, da se mikroarhitektura napravi tako da je procesor što brži i da je u stanju da izvršava što više instrukcija u isto vreme. Mikroarhitektura se ne menja bitno za svaki novi procesor pošto to zahteva mnogo vremena (više godina) i napora (stotine ljudi). Na primer, Pentium 4, koji se pojavio prošle godine, ima potpuno drugačiju mikroarhitekturu od Pentiuma III koji se ne razlikuje mnogo od Pentiuma II i Pentiuma Pro, koji je izašao 1995. godine. Pentium se, inače, potpuno razlikuje od svih prethodnih tipova. AMD Athlon se drastično razlikuje od AMD K6 procesora, koji se opet potpuno razlikuje od AMD K5 procesora itd.

    Mikroarhitektura procesora, tj. sam procesor, određuje se hardverskim modelom (hardware model), programom napisanim u programskom jeziku za opisivanje hardvera (HDL, Hardware Description Language). Model potpuno određuje vrste blokova od kojih će se sastojati procesor, način na koji rade i međusobno komuniciraju itd. Ovaj model je veoma bitan pošto je on u stvari najdetaljnija i najkompletnija definicija procesora i načina na koji radi.

    Jedna od najbitnijih uloga modela jeste simulacija. Pošto je model napisan u programskom jeziku, moguće je pomoću kompjutera simulirati način rada procesora i proveriti da li radi pravilno. Simulacija počinje praktično odmah od početka i nastavlja se do završetka dizajna, pa čak i posle. Dizajneri neprestano testiraju model preko simulacije i traže probleme kojih uvek ima, pošto je ceo dizajn veoma kompleksan. Ideja je da se broj problema, koji je u početku veliki, pošto definicija nije dovoljno razrađena, smanjuje tokom vremena i na kraju treba potpuno da nestane. Zbog kompleksnosti, problema ima čak i u procesorima u proizvodnji, s tim što su problemi s procesorima koji se prodaju vrlo mali i uske prirode i pojavljuju se samo pod određenim, retkim okolnostima. Spisak problema procesora u proizvodnji zove se Errata Sheet i bukvalno ih imaju svi proizvođači. „Intel” javno objavljuje Errata Sheet za sve svoje procesore (AMD to ne radi, mada se zna da i AMD procesori imaju problema), tako da proizvođači računara znaju za sve probleme.

    Druga aktivnost koja počinje od samog početka jeste tzv. globalno planiranje rasporeda (global floor planning). Procesori se izrađuju na pločicama silicijuma na kojima je sve definisano u nizovima ravni, tj. dvodimenzionalnih slojeva. U okviru ove faze određuje se, na grubom nivou, gde treba da budu razni funkcionalni blokovi čipa, npr. FPU (Floating Point Unit, blok za izvršavanje aritmetičkih operacija sa realnim brojevima) će biti u sredini čipa, ALU (Arithmetic Logic Unit, blok za izvršavanje aritmetičkih operacija) će da bude levo u sredini, memorijski blok će biti u desnom gornjem uglu itd. I pored toga što je ovo planiranje u početku veoma grubo, ono ima bitne posledice pošto tokom celog projekta određuje kritične karakteristike, kao što su broj i dužina linija između raznih blokova. Loš raspored može da dovede do velikih problema sa brzinom komunikacije među blokovima i time ukupnom brzinom procesora. Pored toga što se određuje lokacija, obično se odredi i koliki deo površine svaki blok zauzima.
    Neki ljudi samo zinu, pa zagade okolinu...


    Nisam paranoičan, ali to ne znači da me neko ne progoni!

  5. #5

    Odgovor: Kako se prave procesori

    Kada se model dovoljno razradi, počinje se sa dizajnom električnih kola kojima se realizuju funkcije u modelu. U ovom momentu određuju se vrste i karakteristike kola koja će da se koriste, čime se otprilike dobija ideja o brzini. Pre nekoliko godina, električna kola su se projektovala crtanjem električnih šema na kompjuteru. Zbog ogromnog broja tranzistora u modernim procesorima to više nije praktično, već se dobar deo procesora automatski pretvara u šeme i detaljan raspored na silicijumu putem takozvane sinteze. Ovaj proces je mnogo brži i efikasniji nego dizajn koji rade inženjeri, ali su nažalost gustina, potrošnja i brzina blokova napravljenih preko sinteze lošiji nego što inženjeri mogu da naprave ručno. Zbog toga se dizajn i crtanje šema za kritične delove (kao što su datapath kola za operacije i manipulacije vektora od više signala, unutrašnja memorija itd.) rade ručno, što dugo traje i zahteva dosta napora.

    Kada su i šeme dovoljno razrađene, počinje rad na jednoj od najbitnijih i najkomplikovanijih faza – tajmingu (timing). Cilj je da se analizira da li svaki element čipa radi dovoljno brzo. Ako samo jedan od desetina miliona tranzistora na čipu nije dovoljno brz, a nalazi se na „kritičnom putu” (critical path), to dovodi do nepravilnog rada celog čipa. U idealnim okolnostima, tajming analiza može da se vrši na nivou svakog tranzistora, sa preciznim električnim simulacijama, ali je to sporo i nepraktično. Zbog toga se ovakva vrsta analize vrši samo na delovima na kojima su poznati kritični putevi. Jedan od načina na koji se određuju kritični putevi jeste procena broja i složenosti operacija koje treba da se izvrše u jednom klok ciklusu. Ukoliko dizajneri smatraju da ima mnogo stvari da se uradi u ciklusu, onda oni analiziraju u detalje (na nivou tranzistora) blok koji je u pitanju. U većini delova vrši se specifikacija tajminga na nivou blokova, tako što se odredi kada treba da budu prisutni ulazni signali i kada će biti važeći signali na izlazima. Ova informacija se onda upoređuje između blokova tako što se proverava da li je svaki signal važeći na izlazu pre nego što ga zahtevaju svi korisnici na njihovim ulazima. Ovaj proces se zove statička tajming analiza (static timing analysis). Proces je statički zbog toga što se ne vrši simulacija rada bloka, već se samo proverava da li su signali važeći na izlazima u pravo vreme, u svakom slučaju.

    Još jedna interesantna i verovatno iznenađujuća činjenica jeste da, iako signali treba da budu što brži da bi ceo procesor brzo radio, oni ne smeju da budu suviše brzi! Ovaj problem se zove minimalno kašnjenje (min-delay). Svaki čip ima hiljade memorijskih elemenata, flip-flopova ili lečeva (latch) koji služe za pamćenje svih međurezultata tokom izvršavanja operacija u procesoru, tokom svih faza instrukcija. U vreme rada procesora ima više instrukcija koje se izvršavaju istovremeno i nalaze se u raznim fazama. Na kraju svakog ciklusa instrukcije prelaze u sledeću fazu tako što su zapamćene u memorijskim elementima (flip-flopovima). Pod određenim uslovima može da se desi da nema šta da se radi u određenoj fazi, tako da instrukcija može greškom da odjednom prođe kroz dve faze. Ovo može dovesti do katastrofalnih posledica pošto sledeće faze očekuju da instrukcija ide samo kroz jednu fazu u klok ciklusu. U slučaju kada instrukcija prođe greškom kroz dve faze u ciklusu, ceo put instrukcije je „suviše brz”. Rešenje je da se linija koja je u pitanju uspori dodavanjem kašnjenja koje će osigurati da instrukcija može da prođe samo kroz jednu fazu u svakom ciklusu. Problem minimalnog kašnjenja veoma je ozbiljan: u slučaju da procesor nije dovoljno brz, uvek može da radi na nižoj frekvenciji, sporije, dok u slučaju problema sa minimalnim kašnjenjem procesor nikad ne radi pravilno.
    Neki ljudi samo zinu, pa zagade okolinu...


    Nisam paranoičan, ali to ne znači da me neko ne progoni!

  6. #6

    Odgovor: Kako se prave procesori

    Tekst iznad je deo mog maturskog rada iz informatike pod nazivom "Arhitektura procesora preko 1 GHz" iz 2001. godine. Ovo je samo uvod. Literatura - Svet kompjutera (normalno).
    Neki ljudi samo zinu, pa zagade okolinu...


    Nisam paranoičan, ali to ne znači da me neko ne progoni!

  7. #7

Slične teme

  1. U kojoj zemlji se prave najbolji automobili?
    Autor Lady S u forumu Auto-moto
    Odgovora: 33
    Poslednja poruka: 23.02.2015, 12:38
  2. Prave bunker za snimanje porno filmova
    Autor Dejan B u forumu Belosvetske zanimljivosti
    Odgovora: 0
    Poslednja poruka: 19.09.2011, 15:34

Tagovi za ovu temu

Vaš status

  • Ne možete pokrenuti novu temu.
  • Ne možete poslati odgovor.
  • Ne možete dodati priloge
  • Ne možete prepraviti svoje poruke
  •