Szybkie i chłodne: procesory nowej generacji

Urządzenia elektroniczne staną się jeszcze mniejsze, szybsze i bardziej energooszczędne. To zasługa niewielkich, lecz istotnych, zmian w konstrukcji mikroprocesorów, elektronicznych układów będących sercem każdego komputera.

Zaprezentowane przed kilkoma dniami najnowsze układy firmy Intel produkowane są z użyciem innych materiałów i bardziej skomplikowanego procesu technologicznego. Nowa seria (nazywana Penryn) obejmuje kilkanaście układów przeznaczonych dla komputerów stacjonarnych oraz serwerów.

Według oficjalnego komunikatu Intelu nowe procesory serii Core 2 Extreme oraz Xeon wykonane zostały w technologii 45 nanometrów (nanometr to jedna miliardowa część metra). W jednym procesorze, o wielkości mniej więcej znaczka pocztowego, udało się dzięki temu zmieścić 820 mln tranzystorów – miniaturowych przełączników sterujących przepływem elektronów. Do tego w niektórych elementach tranzystora zrezygnowano z materiałów opartych na krzemie, a wykorzystano hafn. Ma to pozwolić na zmniejszenie strat w przepływie prądu przez tranzystory.

Co to oznacza dla użytkowników komputera? Mikroprocesor to część, której zwykły zjadacz chleba nigdy nie zobaczy. A jednak kupując nowego peceta, kierujemy się przecież wydajnością mikroprocesora. Ta zaś ma wzrosnąć w maszynach wyposażonych w nowe układy. Intel twierdzi, że możliwe będzie wytwarzanie urządzeń nawet o jedną trzecią mniejszych i o tyle samo oszczędniejszych (w zużyciu energii) od dotychczasowych.

W przyszłym roku pojawić się mają nowe projekty typu system na jednym układzie (łączące wszystkie podzespoły komputera w jednym), miniaturowe komputery przenośne oraz wydajniejsze urządzenia codziennego użytku.

Szybsze i oszczędniejsze mikroprocesory to zatem atrakcyjniejsze grafika gier (premierowy "Crysis" został specjalnie zaprojektowany dla nowych układów), wyższa wydajność pecetów i – co nie jest bez znaczenia – mniejsze zużycie energii w serwerach obsługujących sieci komputerowej.

Najnowsze układy Intelu przedstawiono niemal dokładnie w 60. rocznicę skonstruowania pierwszego tranzystora w laboratoriach Bella. Wysiłek inżynierów sprawił też, że nadal aktualne jest sformułowane w 1965 roku tzw. prawo Moore'a – jedna z najważniejszych zasad prognozujących postęp elektroniki. Na łamach "Electronics Magazine" późniejszy założyciel Intela uznał, że liczba tranzystorów w jednym układzie będzie się podwajać co rok (później wydłużono ten okres na dwa lata). Choć trudno w to uwierzyć, zasada ta nadal się sprawdza – po upływie półwiecza.

Pierwszy tranzystor skonstruowany przez naukowców z laboratoriów Bella można było wziąć do ręki. Dziś, w średnicy ludzkiego włosa zmieściłyby się 2 tys. nowych tranzystorów. Na główce od szpilki – ponad 30 milionów! – Gdybyśmy używali tych samych tranzystorów, co 15 – 20 lat temu, nowe układy miałyby rozmiary dwupiętrowego budynku – mówi Bill Kircos z Intelu. Wykonane w nowej technice tranzystory (a w jednym procesorze mieści się ich kilkaset milionów) są zaledwie dwukrotnie większe od wirusów. W kropce na końcu tego zdania zmieściłoby się takich przełączników ok. 2 mln.

Intel nie jest jedyną firmą wykorzystującą nowy proces technologiczny 45 nanometrów. Według BBC podobne układy produkuje również Taiwan Semiconductor Manufacturing Company. Hafn zamiast krzemu chcą w przyszłym roku wykorzystać również konkurencyjne wobec Intelu firmy wytwarzające procesory – IBM, Toshiba, Sony i AMD.

Ale eksperci uważają, że wkrótce konstruktorzy mikroprocesorów dojdą do ściany. Ilość tranzystorów w jednym układzie scalonym jest ograniczona. – Prawo Moore'a wytrzyma może jeszcze z dekadę. Tak ja to widzę – przyznał Gordon Moore w rozmowie z BBC. Zgadza się z nim prof. Stanley Williams z Hewlett Packarda. – Wszyscy uważają, że będziemy mogli jeszcze upychać tranzystory przez kolejne 10 lat, a później trzeba się będzie zastanowić nad nowymi sposobami udoskonalania mikroprocesorów – powiedział Williams.

Jakie to mogą być sposoby? Największe nadzieje budzi wykorzystanie tzw. nanorurek – miniaturowych konstrukcji z węgla. – Węglowe nanorurki to kolejny krok po hafnie – uważa dr Phaedon Avouris z IBM. Innym pomysłem, nad którym pracują specjaliści z Hewlett Packarda jest wykorzystanie fotonów (światła) zamiast elektronów.