Будущее смартфонов: процессоры и память

Сегодня мы не будем начинать с того, как важны процессоры и оперативная память, это и так всем понятно. Другой вопрос: «Как это работает?». А еще больше нас интересует то, какое будущее у этих ростков науки? В этой статье мы разберёмся со всеми «непонятками», если вам интересно узнать, из чего состоит оперативная память и процессор, какой их принцип работы и какое будущее нас ожидает, непременно стоит взглянуть. Это уже третий этап нашего изучения аппаратных частей смартфонов и их будущего. На этот раз мы поговорим о процессорах и оперативной памяти. Объединили мы их неспроста, ведь принцип работы очень схож, впрочем, не будем забегать вперед.

Процессоры

Каждый смартфон, как вы знаете, оснащается процессорами, или, как их принято называть, SoC (socket on chip). В смартфонах, как правило, процессор включает в себя видеоускоритель и ряд других компонентов, впрочем, о них мы не так давно писали. За основу, конечно, берут GPU и CPU — устройство, которое служит для обработки логических данных.

В сравнении с первым смартфоном HTC Dream (Google G1), нынешние девайсы ушли далеко вперед. Тогда Dream предлагал нам процессор, работающий на 65-нм техпроцессе с частотой 528 МГц. Сегодня новый Snapdragon 810 демонстрирует публике 20-нм техпроцесс, впрочем, для Samsung с её Exynos 7, работающим на 14-нм техпроцессе, даже это не предел.

Еще стоит уточнить один момент, возьмем Nvidia Tegra 3. Вы наверняка думаете, что на Nexus 7 и HTC One X устанавливаются идентичные? Нет, производители выпускают различные вариации своих процессоров, которые порой заметно различимы в производительности, размерах и так далее.

Процессор состоит из транзисторов, и от того, как много транзисторов можно уместить на площади кремниевой пластины (кремниевая подложка или пластина составляет основу для всего процессора, на ней расположены все транзисторы, сама же пластина изготавливается из песка), зависит размер самих транзисторов, логично. Однако транзисторы настолько малы, что их измеряют в нанометрах. Отсюда и весь смысл этих цифр, то есть что такое 20 нанометров? Это если бы на вашем кончике пальца расположились 5 миллиардов транзисторов. Отметим, процесс создания процессоров настолько серьезен, что при их создании используют цеха, в которых воздух в 1000 раз чище, чем в хирургической операционной, потому что если хоть одна микропылинка попадёт на кремниевую пластину — образец можно выбрасывать.

Однако многих интересует вопрос: «Из чего же состоят эти транзисторы?».

Выше на картинке изображен транзистор, он представляет собой затвор управления и диэлектрик или изолятор, который изолирует его от поверхности кремниевой пластины. Когда на затвор поступает напряжение, он способствует появлению канала, соединяющий сток и исток.

Сегодня очень многое зависит от архитектуры процессора. От того, каким образом проведены соединения между транзисторами, а ведь это не один слой, наносят около 40 слоёв соединений. Процессоры, построенные на разных архитектурах, имеют различные соединения, которые еще принято называть шинами. Каждый год производители ищут новые пути для создания более технологичных архитектур. Например, Apple не так давно представила чип A8X, который является собственной разработкой компании и включает в себя трехъядерный CPU и восьмиядерный GPU, что даёт в сумме около трех миллиардов транзисторов.

NAND-память

Принцип её работы очень схож с тем, что мы видели чуть выше. Перед нами также кремниевая пластина, однако теперь между затвором управления и диэлектриком пластины расположился плавающий затвор, который имеет отрицательный заряд, он-то и стал «ахиллесовой пятой», ведь именно он определяет принцип работы памяти, именно в нем хранятся данные, а изоляция позволяет ему хранить заряд очень долгий период времени.

Существует два вида или, правильнее сказать, уровня памяти, первый может принимать лишь два значения: когда плавающий затвор не имеет положительного заряда, и наоборот, имеет. В случае, если имеет, то говорят, что транзистор хранит в себе один бит информации, и, соответственно, если не имеет заряда, то ничего в себе он не хранит. Отсюда получаем два возможных значения: 0 и 1. А вот мультиуровневая память может принимать множество различных значений, это позволило хранить больше памяти при том же объеме, однако это и создало ряд проблем, включая большое количество ошибок в момент чтения/записи данных из-за слишком маленькой разницы между уровнями.

Существует также CT-память (CFT), в которой вместо плавающего затвора используется отрицательно заряженная тонкая пленка, у нее много преимуществ, в том числе большие ёмкости при тех же габаритах, небольшие производственные затраты и невысокая цена. И время такой памяти уже, можно сказать, наступило, так как 20 нанометров — это некий предел для NAND-памяти, при более низких показателях возникнут различные ошибки при чтении/записи данных.

3D NAND-память

Данная технология была разработана в 2013 году компанией Samsung, более того, 3D NAND-память уже увидела свет на рынке в лице серии SSD Samsung 850. Память, построенная на данной технологии, более надежна, способна хранить больше информации, и её разработка обходится заметно дешевле. Удалось решить и проблемы, связанные с уменьшением размера транзисторов ниже 20 нанометров.

PC-память (Phase Change Flash)

IBM и Western Digital поработали на славу, продемонстрировав миру первые разработки PCF SSD. Отличительной особенностью стала скорость чтения/записи данных, которая варьируется, согласно коллегам из androidcentral, от 70 до 1 миллисекунды. В отличие от NAND-памяти, транзисторы в PCF не испытывают помех при значениях, не превышающих 20 нанометров.

Энергонезависимая магнитная оперативная память (MRAM)

Магнитные ленты использовались около века назад, однако сегодня, похоже, возрождение технологии неизбежно. С помощью магнитной памяти силами компании Everspin удалось уменьшить время чтения и записи до очень небольших показателей (небольшие десятичные значения). И если раньше это было лишь в теории, сегодня компания начала их производство, кто знает, может, совсем скоро именно магнитные свойства станут основой хранения всех данных современного человека, возвращаемся к истокам.

LPDDR4

LPDDR4 уже не новшество, более того, первые смартфоны на базе LPDDR4 совсем скоро появятся на прилавках магазинов. А всё благодаря Samsung, которая и затеяла всю игру, впрочем, затея привела к увеличению скорости передачи данных на 50%, потребление энергии снизилось на 40%. Первыми подобную память получат LG G Flex 2 и Xiaomi Mi Note Pro. Нет, Asus Zenfone 2 работает на LPDDR3-памяти.

20 нанометров. Кто меньше?

Как упоминалось выше, производство NAND-памяти зашло в тупик, вы не сможете создать память с транзисторами, по размерам менее 20 нанометров, всё упирается в законы физики. При создании транзисторов используют фотолитографию, с помощью которой гравируют поверхность кремниевых пластин, на которые перед этим наносят различные химикаты, нынешние технологии используют такие источники света, длина волны которых при транзисторах, размером менее 20 нанометров, равна длине зазора так называемого шаблона, что способствует рассеиванию света.

Однако «экстремальная ультрафиолетовая литография» позволила увеличить длину волны света таким образом, чтобы достигнуть значения в 13,5 нанометра. Показатель впечатляет, но пока это предел.

Предыдущие статьи цикла «Будущее смартфонов»: Аккумуляторы   Дисплеи

Владимир Ухов

http://androidinsider.ru/polezno-znat/budushhee-smartfonov-protsessoryi-i-pamyat.html