Развитие и производство микропроцессоров

     1. Развитие и производство микропроцессоров
     
     1.1	Семь поколений микропроцессоров
     
     Первые поколения (это микропроцессоры 8086 и 8088 и математический сопроцессор 8087) начали задавать основу архитектуры микропроцессоров.  Архитектура микропроцессора это - набор «неравноправных» 16-разрядных регистров, сегментная система адресации которых находится в пределах до 1 Мб с большим разнообразием режимов, системой команд, системой прерываний и рядом других атрибутов. В микропроцессорах применяли «малую» конвейеризацию: в то время, когда одни узлы выполняли текущую команду, блоком предварительной выборки из памяти выбиралась следующая команда.
     Втрое поколение (микропроцессор 80286 и сопроцессор 80287). С появлением второго поколения добавило в микропроцессорах появился так называемый «защищённый режим», который позволял микропроцессорам использовать виртуальную память размерами до 1 Гб для отдельной задачи, используя адресуемую физическую память в пределах до 16 Мб. Этот «защищённый режим» стал основой в построении операционных систем, имеющих многозадачность, в которых системой привилегий жестко регламентируется взаимоотношение задач с памятью и операционной системой. Производительность микропроцессоров 80286 выросла не только за счёт роста тактовых частот, но и в связи с модернизацией конвейера.
     Третье поколение (микропроцессоры 80386/80387 с «суффиксами» DX и SX, которые определяют разрядность внешней шины) ознаменовалось тем, что был совершен переход к 32-разрядной архитектуре. Помимо увеличения диапазона представляемых величин (16 битная архитектура отображает натуральные числа в диапазоне от 0 до 65535 или от -32768 до +32767, а 32 битная – отображает более четырёх миллиардов чисел), увеличился объем адресуемой памяти. На этих поколениях микропроцессоров начала широко использоваться операционная система Microsoft Windows.
     Четвертое поколение (80486 также DX и SX) не принесло значительных изменений в архитектуру третьего поколения микропроцессоров, несмотря на это был принят ряд мер для увеличения производительности. В этих микропроцессорах был существенно усложнен исполнительный конвейер. В этом поколении ушли от внешнего сопроцессора - его стал размещать на одном кристалле с центральным (либо его нет совсем).
     Пятое поколение (процессор Pentium у фирмы Intel и К5 у фирмы AMD) дало суперскалярную архитектуру. Для быстрого снабжения конвейеров командами и данными из памяти шина данных этих процессоров сделана 64-разрядной, из-за чего их первое время иногда ошибочно называли 64-разрядными процессорами. «На закате» этого поколения появилось расширение ММХ (Matrics Math Extensions {instruction set} - набор команд для расширения матричных математических операций (первоначально Multimedia Extension {instruction set} - набор команд для мультимедиа-расширения)). Традиционные 32-разрядные процессоры способны выполнять сложение двух 8-разрядных чисел, размещая каждое из них в младших разрядах 32-разрядных регистров. При этом 24 старших разряда регистров не употребляются, и потому, например, при одной операции сложения ADD осуществляется просто сложение двух 8-разрядных чисел. Команды ММХ оперируют сразу с 64 разрядами, где могут храниться восемь 8-разрядных чисел, причем имеется возможность выполнить их сложение с другими 8-разрядными числами в процессе одной операции ADD. Регистры ММХ могут употребляться также для одновременного сложения четырех 16-разрядных слов или двух 32-разряных длинных слов. Такой принцип получил название SIMD (Single Instruction/Multiple Data - «один поток команд/много потоков данных»). Новые команды были предназначены в первую очередь для ускорения выполнения мультимедиа программ, но применять их можно не только к задачам, прямо связанным с технологией мультимедиа. В ММХ появился и новый тип арифметики - с насыщением: если результат операции не помещается в разрядной сетке, то переполнения (или «антипереполнения») не происходит, а устанавливается максимально (или минимально) возможное значение числа.
     Шестое поколение процессоров началось с Pentium Pro и продолжилось в процессорах Pentium III, Celeron и Xeon (у фирмы AMD сюда относятся процессоры К6, К6-2, К6-2+, К6-III). Ключевым здесь является динамическое исполнение, под которым понимается исполнение команд не в том порядке, как это предполагается программным кодом, а в том, как «удобно» процессору. Как пятое поколение по ходу развития было дополнено расширением ММХ, так шестое поколение получило расширения, увеличивающие возможности ММХ. У AMD это расширение 3dNnoy!, а у Intel - SSE (Streaming SIMD Extensions - потоковые расширения SIMD).
     Седьмое поколение началось с процессора Athlon (у фирмы AMD). Причисление его к новому поколению обусловлено развитием суперскалярности и суперконвейерности. Седьмое поколение процессоров Intel началось позже с процессора Pentium 4.
     
     .2 Технология производства
     
     Сейчас на рынке наблюдается интересная тенденция: с одной стороны компании-производители стараются как можно быстрее внедрить новые техпроцессы и технологии в свои новинки, с другой же, наблюдается искусственное сдерживание роста частот процессоров. Во-первых, сказывается ощущение неполной готовности рынка к очередной смене семейств процессоров, а фирмы еще не получили достаточно прибыли с объема продаж производящихся сейчас CPU - запас еще не иссяк. Достаточно заметно превалирование значимости цены готового изделия над всеми остальными интересами компаний. Во-вторых, значительное снижение темпов "гонки частот" связано пониманием необходимости внедрения новых технологий, которые реально увеличивают производительность при минимальном объеме технологических затрат.
     Производители столкнулись с проблемами при переходе на новые техпроцессы. Технологическая норма 90 нм оказалась достаточно серьезным технологическим барьером для многих производителей чипов. Это подтверждает и компания TSMC, которая занимается производством чипов для многих гигантов рынка, таких как компании AMD, nVidia, ATI, VIA. Долгое время ей не удавалось наладить производство чипов по технологии 0,09 мкм, что привело к низкому выходу годных кристаллов. Это одна из причин, по которой AMD долгое время переносила выпуск своих процессоров с технологией SOI (Silicon-on-Insulator). Связано это с тем, что именно на этой размерности элементов стали сильно проявляться всевозможные ранее не столь сильно ощутимые негативные факторы как токи утечки, большой разброс параметров и экспоненциальное повышение тепловыделения. Один из альтернативных выходов - это применение технологии SOI (кремний на изоляторе), которое относительно недавно внедрила компания AMD в своих 64-разрядных процессорах. Впрочем, это стоило ей немало усилий и преодоление большого количества попутных трудностей. Зато сама технология предоставляет громадное количество преимуществ при сравнительно малом количестве недостатков.
     Суть технологии, в общем-то, вполне логична - транзистор отделяется от кремневой подложки еще одним тонким слоем изолятора. Плюсов - масса. Никакого неконтролируемого движения электронов под каналом транзистора, сказывающегося на его электрических характеристиках - раз. После подачи отпирающего тока на затвор, время ионизации канала до рабочего состояния, до момента, пока по нему пойдет рабочий ток, сокращается, то есть, улучшается второй ключевой параметр производительности транзистора, время его включения/выключения - это два. Или же, при той же скорости, можно просто понизить отпирающий ток - три. Или найти какой-то компромисс между увеличением скорости работы и уменьшением напряжения. При сохранении того же отпирающего тока, увеличение производительности транзистора может составить вплоть до 30%, если оставить частоту той же, делая упор на энергосбережение, то там плюс может быть и большим - до 50%. Наконец, характеристики канала становятся более предсказуемыми, а сам транзистор становится более устойчивым к спорадическим ошибкам, вроде тех, что вызывают космические частицы, попадая в субстрат канала, и непредвиденно ионизируя его. Теперь, попадая в подложку, расположенную под слоем изолятора, они никак не сказываются на работе транзистора. Единственным минусом SOI является то, что приходится уменьшать глубину области эмиттер/коллектор, что прямо и непосредственно сказывается на увеличении ее сопротивления по мере сокращения толщины.
     И наконец, третья причина, которая способствовала замедлению темпов роста частот - это низкая активность конкурентов на рынке. Можно сказать, каждый был занят своими делами. AMD занималась повсеместным внедрением 64-битных процессоров, для Intel это период усовершенствования нового техпроцесса, отладки для увеличенная выхода годных кристаллов.
     Итак, необходимость перехода на новые техпроцессы очевидна, но технологам это дается каждый раз все с большим трудом. Первые процессоры Pentium (1993г) производились по техпроцессу 0,8 мкм, затем по 0,6 мкм. В 1995 году впервые для процессоров 6-го поколения был применен техпроцесс 0,35 мкм. В 1997 году он сменился на 0,25 мкм, а в 1999 - на 0,18 мкм. Современные процессоры выполняются по технологии 0,13 и 0,09 мкм, причем последняя была введена в 2004 году.
     Здесь пора вспомнить структуру транзистора, а именно - тонкий слой диоксида кремния, изолятора, находящегося между затвором и каналом, и выполняющего вполне понятную функцию - барьера для электронов, предотвращающего утечку тока затвора. Очевидно, что чем толще этот слой, тем лучше он выполняет свои изоляционные функции, но он является составной частью канала, и не менее очевидно, что если производители собираются уменьшать длину канала (размер транзистора), то надо уменьшать его толщину, причем, весьма быстрыми темпами. К слову говоря, за последние несколько десятилетий толщина этого слоя составляет в среднем порядка 1/45 от всей длины канала. Но у этого процесса есть свой конец - как утверждал все тот же Intel, при продолжении использования SiO2, как это было на протяжении последних 30 лет, минимальная толщина слоя будет составлять 2.3. нм, иначе утечка приобретет просто нереальные величины. Для снижения подканальной утечки до последнего времени ничего не предпринималось, сейчас ситуация начинает меняться, поскольку рабочий ток, наряду со временем срабатывания затвора, является одним из двух основных параметров, характеризующих скорость работы транзистора, а утечка в выключенном состоянии на нем непосредственно сказывается - на сохранении требуемой эффективности транзистора. Приходится, соответственно, поднимать рабочий ток, со всеми вытекающими последствиями.
     Основные этапы производства
     Изготовление микропроцессора - это сложнейший процесс, включающий более 300 этапов. Микропроцессоры формируются на поверхности тонких круговых пластин кремния - подложках, в результате определенной последовательности различных процессов обработки с использованием химических препаратов, газов и ультрафиолетового излучения.
     Подложки обычно имеют диаметр 200 миллиметров. Однако корпорация Intel уже перешла на пластины диаметром 300 мм. Новые пластины позволяют получить почти в 4 раза больше кристаллов, и выход годных значительно выше. Пластины изготавливают из кремния, который очищают, плавят и выращивают из него длинные цилиндрические кристаллы. Затем кристаллы разрезают на тонкие пластины и полируют их до тех пор, пока их поверхности не станут зеркально гладкими и свободными от дефектов. Далее последовательно циклически повторяясь производят термическое оксидирование, фотолитографию, диффузию примеси, эпитаксию.
     В процессе изготовления микросхем на пластины-заготовки наносят в виде тщательно рассчитанных рисунков тончайшие слои материалов. На одной пластине помещается до нескольких сотен микропроцессоров. Весь процесс производства процессоров можно разделить на несколько этапов: выращивание диоксида кремния и создание проводящих областей, тестирование и изготовление.
     Выращивание диоксида кремния и создание проводящих областей
     Процесс производства микропроцессора начинается с "выращивания" на поверхности отполированной пластины изоляционного слоя диоксида кремния. Осуществляется этот этап в электрической печи при очень высокой температуре. Толщина оксидного слоя зависит от температуры и времени, которое пластина проводит в печи.
     Затем следует фотолитография - процесс, в ходе которого на поверхности пластины формируется рисунок-схема. Сначала на пластину наносят временный слой светочувствительного материала - фоторезист, на который с помощью ультрафиолетового излучения проецируют изображение прозрачных участков шаблона, или фотомаски. Маски изготавливают при проектировании процессора и используют для формирования рисунков схем в каждом слое процессора. Под воздействием излучения засвеченные участки фотослоя становятся растворимыми, и их удаляют с помощью растворителя (плавиковая кислота), открывая находящийся под ними диоксид кремния.
     Открытый диоксид кремния удаляют с помощью процесса, который называется "травлением". Затем убирают оставшийся фотослой, в результате чего на полупроводниковой пластине остается рисунок из диоксида кремния. В результате ряда дополнительных операций фотолитографии и травления на пластину наносят также поликристаллический кремний, обладающий свойствами проводника. В ходе следующей операции, называемой "легированием", открытые участки кремниевой пластины бомбардируют ионами различных химических элементов, которые формируют в кремнии отрицательные и положительные заряды, изменяющие электрическую проводимость этих участков.
     Наложение новых слоев с последующим травлением схемы осуществляется несколько раз, при этом для межслойных соединений в слоях оставляются "окна", которые заполняют металлом, формируя электрические соединения между слоями. В своем 0.13-микронном технологическом процессе корпорация Intel применила медные проводники. В 0.18-микронном производственном процессе и процессах предыдущих поколений Intel применяла алюминий. И медь, и алюминий - отличные проводники электричества. При использовании 0,18-мкм техпроцесса использовалось 6 слоев, при внедрении 90 нм техпроцесса в 2004 году применили 7 слоев кремния.
     Каждый слой процессора имеет свой собственный рисунок, в совокупности все эти слои образуют трехмерную электронную схему. Нанесение слоев повторяют 20 - 25 раз в течение нескольких недель.
     Тестирование
     Чтобы выдержать воздействия, которым подвергаются подложки в процессе нанесения слоев, кремниевые пластины изначально должны быть достаточно толстыми. Поэтому прежде чем разрезать пластину на отдельные микропроцессоры, ее толщину с помощью специальных процессов уменьшают на 33% и удаляют загрязнения с обратной стороны. Затем на обратную сторону "похудевшей" пластины наносят слой специального материала, который улучшает последующее крепление кристалла к корпусу. Кроме того, этот слой обеспечивает электрический контакт между задней поверхностью интегральной схемы и корпусом после сборки.
     После этого пластины тестируют, чтобы проверить качество выполнения всех операций обработки. Чтобы определить, правильно ли работают процессоры, проверяют их отдельные компоненты. Если обнаруживаются неисправности, данные о них анализируют, чтобы понять, на каком этапе обработки возник сбой.
     Затем к каждому процессору подключают электрические зонды и подают питание. Процессоры тестируются компьютером, который определяет, удовлетворяют ли характеристики изготовленных процессоров заданным требованиям.
     Изготовление корпуса
     После тестирования пластины отправляются в сборочное производство, где их разрезают на маленькие прямоугольники, каждый из которых содержит интегральную схему. Для разделения пластины используют специальную прецизионную пилу. Неработающие кристаллы отбраковываются.
     Затем каждый кристалл помещают в индивидуальный корпус. Корпус защищает кристалл от внешних воздействий и обеспечивает его электрическое соединение с платой, на которую он будет впоследствии установлен. Крошечные шарики припоя, расположенные в определенных точках кристалла, припаивают к электрическим выводам корпуса. Теперь электрические сигналы могут поступать с платы на кристалл и обратно.
     После установки кристалла в корпус процессор снова тестируют, чтобы определить, работоспособен ли он. Неисправные процессоры отбраковывают, а исправные подвергают нагрузочным испытаниям: воздействию различных температурных и влажностных режимов, а также электростатических разрядов. После каждого нагрузочного испытания процессор тестируют для определения его функционального состояния. Затем процессоры сортируют в зависимости от их поведения при различных тактовых частотах и напряжениях питания.
     
     1.3 Технологические этапы производства микропроцессоров
     
     Как создаются чипы
     Производство чипов заключается в наложении тонких слоёв со сложным "узором" на кремниевые подложки. Сначала создаётся изолирующий слой, который работает как электрический затвор. Что касается производства подложек, то из цельного монокристалла-цилиндра их необходимо нарезать тонкими "блинами", чтобы потом легко разрезать на отдельные кристаллы процессоров. Для тестов каждого кристалла на подложке используются электрические зонды. Наконец, подложка разрезается на отдельные ядра, нерабочие ядра сразу же отсеиваются. В зависимости от характеристик, ядро становится тем или иным процессором и заключается в упаковку, которая облегчает установку процессора на материнскую плату. Все функциональные блоки проходят через интенсивные стресс-тесты.
     Всё начинается с подложек
     Первый шаг в производстве процессоров выполняется в чистой комнате. Кстати, важно отметить, что подобное технологичное производство представляет собой скопление огромного капитала на квадратный метр. На постройку современного завода со всем оборудованием легко "улетают" 2-3 млрд. долларов, да и на тестовые прогоны новых технологий требуется несколько месяцев. Только затем завод может серийно выпускать процессоры.
     В общем, процесс производства чипов состоит из нескольких шагов обработки подложек. Сюда входит и создание самих подложек, которые в итоге будут разрезаны на отдельные кристаллы.
     Производство подложек
     Первый этап - выращивания монокристалла. Для этого затравочный кристалл внедряется в ванну с расплавленным кремнием, который находится чуть выше точки плавления поликристаллического кремния. Важно, чтобы кристаллы росли медленно (примерно день), чтобы гарантировать правильное расположение атомов. Поликристаллический или аморфный кремний состоит из множества разномастных кристаллов, которые приведут к появлению нежелательных поверхностных структур с плохими электрическими свойствами.
     Когда кремний будет расплавлен, его можно легировать с помощью других веществ, меняющих его электрические свойства. Весь процесс происходит в герметичном помещении со специальным воздушным составом, чтобы кремний не окислялся.
     Монокристалл разрезается на "блины" с помощью кольцевой очень точной алмазной пилы, которая не создаёт крупных неровностей на поверхности подложек. Конечно, при этом поверхность подложек всё равно не идеально плоская, поэтому нужны дополнительные операции. Монокристаллы представлены на рисунке 1.
     
        
     Рисунок 1. Внешний вид монокристалла.
     
     Сначала с помощью вращающихся стальных пластин и абразивного материала (такого, как оксид алюминия), снимается толстый слой с подложек (процесс называется притиркой). В результате устраняются неровности размером от 0,05 мм до, примерно, 0,002 мм (2 000 нм). Затем следует закруглить края каждой подложки, поскольку при острых кромках могут отслаиваться слои. Далее используется процесс травления, когда с помощью разных химикатов (плавиковая кислота, уксусная кислота, азотная кислота) поверхность сглаживается ещё примерно на 50 мкм. Физически поверхность не ухудшается, поскольку весь процесс полностью химический. Он позволяет удалить оставшиеся погрешности в структуре кристалла, в результате чего поверхность будет близка к идеалу.
     Последний шаг - полировка, которая сглаживает поверхность до неровностей, максимум, 3 нм. Полировка осуществляется с помощью смеси гидроксида натрия и гранулированного диоксида кремния.
     Сегодня подложки для микропроцессоров имеют диаметр 200 или 300 мм, что позволяет производителям чипов получать с каждой из них множество процессоров. Следующим шагом будут 450-мм подложки, но раньше 2013 года ожидать их не следует. В целом, чем больше диаметр подложки, тем больше можно произвести чипов одинакового размера. 300-мм подложка, например, даёт более чем в два раза больше процессоров, чем 200-мм.
     Легирование и диффузия
     Легирование, которое выполняется во время роста монокристалла, уже упоминалось. Но легирование производится и с готовой подложкой, и во время процессов фотолитографии позднее. Это позволяет менять электрические свойства определённых областей и слоёв, а не всей структуры кристалла.
     Добавление легирующего вещества может происходить через диффузию. Атомы легирующего вещества заполняют свободное пространство внутри кристаллической решётки, между структурами кремния. В некоторых случаях можно легировать и существующую структуру. Диффузия осуществляется с помощью газов (азот и аргон) или с помощью твёрдых веществ или других источников легирующего вещества.
     Создание маски
     Чтобы создать участки интегральной схемы, используется процесс фотолитографии. Поскольку при этом нужно облучать не всю поверхность подложки, то важно использовать так называемые маски, которые пропускают излучение высокой интенсивности только на определённые участки. Маски можно сравнить с чёрно-белым негативом. Интегральные схемы имеют множество слоёв (20 и больше), и для каждого из них требуется своя маска.
     Структура из тонкой хромовой плёнки наносится на поверхность пластины из кварцевого стекла, чтобы создать шаблон. При этом дорогие инструменты, использующие поток электронов или лазер, прописывают необходимые данные интегральной схемы, в результате чего получается шаблон из хрома на поверхности кварцевой подложки. Важно понимать, что каждая модификация интегральной схемы приводит к необходимости производства новых масок, поэтому весь процесс внесения правок очень затратный.
     Фотолитография
     С помощью фотолитографии на кремниевой подложке формируется структура. Процесс повторяется несколько раз, пока не будет создано множество слоёв (более 20). Слои могут состоять из разных материалов, причём, нужно ещё и продумывать соединения микроскопическими проволочками. Все слои можно легировать.
     Перед тем, как начнётся процесс фотолитографии, подложка очищается и нагревается, чтобы удалить липкие частицы и воду. Затем подложка с помощью специального устройства покрывается диоксидом кремния. Далее на подложку наносится связывающий агент, который гарантирует, что фоторезистивный материал, который будет нанесён на следующем шаге, останется на подложке. Фоторезистивный материал наносится на середину подложки, которая потом начинает вращаться с большой скоростью, чтобы слой равномерно распределился по всей поверхности подложки. Затем подложка вновь нагревается. Принцип действия фотолитографии представлен на рисунке 2.
     
        
     Рисунок 2. Принцип действия фотолитографии
     
     Затем через маску обложка облучается квантовым лазером, жёстким ультрафиолетовым излучением, рентгеновским излучением, пучками электронов или ионов - могут использоваться все эти источники света или энергии. Пучки электронов применяются, главным образом, для создания масок, рентгеновские лучи и пучки ионов - для исследовательских целей, а в промышленном производстве сегодня доминируют жёсткое УФ-излучение и газовые лазеры.
     Жёсткое УФ-излучение с длиной волны 13,5 нм облучает фоторезистивный материал, проходя через маску. Для получения требуемого результата очень важны время проецирования и фокусировка. Плохая фокусировка приведёт к тому, что останутся лишние частицы фоторезистивного материала, поскольку некоторые отверстия в маске не будут облучены должным образом. То же самое получится, если время проецирования будет слишком маленьким. Тогда структура из фоторезистивного материала будет слишком широкой, участки под отверстиями будут недодержанными. С другой стороны, чрезмерное время проецирования создаёт слишком большие участки под отверстиями и слишком узкую структуру из фоторезистивного материала. Как правило, очень трудоёмко и сложно отрегулировать и оптимизировать процесс. Неудачная регулировка приведёт к серьёзным отклонениям и в соединительных проводниках.Специальная шаговая проекционная установка перемещает подложку в нужное положение. Затем может проецироваться строчка или один участок, чаще всего соответствующий одному кристаллу процессора. Дополнительные микроустановки могут вносить иные изменения. Они могут отлаживать существующую технологию и оптимизировать техпроцесс. Микроустановки обычно работают над площадями меньше 1 кв. мм, в то время как обычные установки покрывают площади большего размера.
     Существуют мокрый и сухой процессы травления, которыми обрабатываются участки диоксида кремния. Мокрые процессы используют химические соединения, а сухие процессы - газ. Отдельный процесс заключается и в удалении остатков фоторезистивного материала. Производители часто сочетают мокрое и сухое удаление, чтобы фоторезистивный материал был полностью удалён. Это важно, поскольку фоторезистивный материал органический, и если его не удалить, он может привести к появлению дефектов на подложке.
     После травления и очистки можно приступать к осмотру подложки, что обычно и происходит на каждом важном этапе, или переводить подложку на новый цикл фотолитографии. Тест подложек представлен на рисунке 3.
        
     Рисунок 3. Тест подложек
     Готовые подложки тестируются на так называемых установках зондового контроля. Они работают со всей подложкой. На контакты каждого кристалла накладываются контакты зонда, что позволяет проводить электрические тесты. С помощью программного обеспечения тестируются все функции каждого ядра. Разрезание подложки представлено на рисунке 4.
     
        
     Рисунок 4. Разрезание подложки
     
С помощью разрезания из подложки можно получить отдельные ядра. На данный момент установки зондового контроля уже выявили, какие кристаллы содержат ошибки, поэтому после разрезания их можно отделить от годных. Раньше повреждённые кристаллы физически маркировались, теперь в этом нет необходимости, вся информация хранится в единой базе данных.
     Затем функциональное ядро нужно связать с процессорной упаковкой, используя клейкий материал. После этого нужно провести проводные соединения, связывающие контакты или ножки упаковки и сам кристалл (рисунок 5). Могут использоваться золотые, алюминиевые или медные соединения.
     Большинство современных процессоров используют пластиковую упаковку с распределителем тепла. Обычно ядро заключается в керамическую или пластиковую упаковку, что позволяет предотвратить повреждение. Современные процессоры оснащаются так называемым распределителем тепла, который обеспечивает дополнительную защиту кристалла (рисунок 6).
     
        
     Рисунок 5. Проводное соединение подложки
     Последний этап подразумевает тестирование процессора, что происходит при повышенных температурах, в соответствии со спецификациями процессора. Процессор автоматически устанавливается в тестовый разъем, после чего происходит анализ всех необходимых функций.
     
        
     Рисунок 6. Упаковка процессора
     
     
     
2 Сравнительные характеристики процессоров.
     
     2.1 Процессоры от компании Intel.
     Новое семейство процессоров Intel Core 7-го поколения известно под кодовым наименованием Kaby Lake, и новыми эти процессоры являются с некоторой натяжкой. Они, как и процессоры Core 6-го поколения, производятся по 14-нанометровому техпроцессу, и в их основе лежит одна и та же процессорная микроархитектура.
     Официально известно, что семейство процессоров Kaby Lake будет включать четыре отдельные серии: S, H, U и Y. Кроме того, будет и серия Intel Xeon для рабочих станций. Процессоры Kaby Lake-Y, ориентированные на планшеты и тонкие ноутбуки, а также некоторые модели процессоров серии Kaby Lake-U для ноутбуков уже были анонсированы ранее. А в начале января компания Intel представила лишь некоторые модели процессоров H- и S-серий. На настольные системы ориентированы процессоры S-серии, которые имеют LGA-исполнение и о которых мы будем говорить в этом обзоре. Kaby Lake-S имеют разъем LGA1151 и совместимы с материнскими платами на базе чипсетов Intel 100-й серии и новых чипсетов Intel 200-й серии. План выхода процессоров Kaby Lake-S нам не известен, но есть информация, что всего планируется 16 новых моделей для настольных ПК, которые традиционно составят три семейства (Core i7/i5/i3). Во всех процессорах для настольных систем Kaby Lake-S будет использоваться только графическое ядро Intel HD Graphics 630 (кодовое наименование Kaby Lake-GT2).
     Семейство Intel Core i7 составят три процессора: 7700K, 7700 и 7700T. Все модели этого семейства имеют 4 ядра, поддерживают одновременную обработку до 8 потоков (технология Hyper-Threading) и имеют кэш L3 размером 8 МБ. Разница между ними заключается в энергопотреблении и тактовой частоте. Кроме того, топовая модель Core i7-7700K имеет разблокированный коэффициент умножения. Краткие спецификации процессоров семейства Intel Core i7 7-го поколения приведены далее.

Процессор
Core i7-7700K
Core i7-7700
Core i7-7700T
Техпроцесс, нм
14
Разъем
LGA 1151
Количество ядер
4
Количество потоков
8
Кэш L3, МБ
8
Номинальная частота, ГГц
4,2
3,6
2,9
Максимальная частота, ГГц
4,5
4,2
3,8
TDP, Вт
91
65
35
Частота памяти DDR4/DDR3L, МГц
2400/1600
Графическое ядро
HD Graphics 630
Рекомендованная стоимость
$339
$303
$303
     
     Семейство Intel Core i5 составят семь процессоров: 7600K, 7600, 7500, 7400, 7600T, 7500T и 7400T. Все модели этого семейства имеют 4 ядра, но не поддерживают технологию Hyper-Threading. Размер их кэша L3 составляет 6 МБ. Топовая модель Core i5-7600K имеет разблокированный коэффициент умножения и TDP 91 Вт. Модели с буквой «T» имеют TDP 35 Вт, а обычные модели — TDP 65 Вт. Краткие спецификации процессоров семейства Intel Core i5 7-го поколения приведены далее.
     

     
Процессор
Core i5-7600K
Core i5-7600
Core i5-7500
Core i5-7600T
Core i5-7500T
Core i5-7400
Core i5-7400T
Техпроцесс, нм
14
Разъем
LGA 1151
Количество ядер
4
Количество потоков
4
Кэш L3, МБ
6
Номинальная частота, ГГц
3,8
3,5
3,4
2,8
2,7
3,0
2,4
Максимальная частота, ГГц
4,2
4,1
3,8
3,7
3,3
3,5
3,0
TDP, Вт
91
65
65
35
35
65
35
Частота памяти DDR4/DDR3L, МГц
2400/1600
Графическое ядро
HD Graphics 630
Рекомендованная стоимость
$242
$213
$192
$213
$192
$182
$182
     
     Семейство Intel Core i3 составят шесть процессоров: 7350K, 7320, 7300, 7100, 7300T и 7100T. Все модели этого семейства имеют 2 ядра и поддерживают технологию Hyper-Threading. Буква «T» в названии модели говорит о том, что ее TDP составляет 35 Вт. Теперь в семействе Intel Core i3 есть и модель (Core i3-7350K) с разблокированным коэффициентом умножения, TDP которой составляет 60 Вт. Краткие спецификации процессоров семейства Intel Core i3 7-го поколения приведены далее.

Процессор
Core i3-7350K
Core i3-7320
Core i3-7300
Core i3-7100
Core i3-7300T
Core i3-7100T
Техпроцесс, нм
14
Разъем
LGA 1151
Количество ядер
2
Количество потоков
4
Кэш L3, МБ
4
4
4
3
4
3
Номинальная частота, ГГц
4,2
4,1
4,0
3,9
3,5
3,4
Максимальная частота, ГГц
—
TDP, Вт
60
51
51
51
35
35
Частота памяти DDR4/DDR3L, МГц
2400/1600
Графическое ядро
HD Graphics 630
     Нам удалось протестировать две новинки: топовый процессор Intel Core i7-7700K с разблокированным коэффициентом умножения и процессор Intel Core i7-7700. Для тестирования мы использовали стенд следующей конфигурации:
Системная плата
Asus Strix Z270G Gaming
Чипсет
Intel Z270
Память
16 ГБ DDR4-2133
Режим работы памяти
двухканальный
Накопитель
SSD Seagate ST480FN0021 (480 ГБ)
Операционная система
Windows 10 Pro (64-битная)
Версия драйвера графического ядра
21.20.16.4526
     
     Кроме того, чтобы можно было оценить производительность новых процессоров по отношению к производительности процессоров предыдущих поколений, мы также протестировали на описанном стенде процессор Intel Core i7-6700K.
     Краткие спецификации тестируемых процессоров приведены в таблице.
Процессор
Core i7-7700K
Core i7-7700
Core i7-6700K
Количество ядер
4
4
4
Количество потоков
8
8
8
Кэш L3, МБ
8
8
8
Номинальная частота, ГГц
4,2
3,6
4,0
Максимальная частота, ГГц
4,5
4,2
4,2
Графическое ядро
HD Graphics 630
HD Graphics 630
HD Graphics 530
     
     Для оценки производительности мы использовали нашу новую методику с применением тестового пакета iXBT Application Benchmark 2017. Процессор Intel Core i7-7700K был протестировал два раза: с настройками по умолчанию и в состоянии разгона до частоты 5 ГГц. Разгон производился путем изменения коэффициента умножения.
     Результаты рассчитаны по пяти прогонам каждого теста с доверительной вероятностью 95%. Обращаем внимание, что интегральные результаты в данном случае нормируются относительно референсной системы, в которой тоже используется процессор Intel Core i7-6700K. Однако конфигурация референсной системы отличается от конфигурации стенда для тестирования: в референсной системе используется материнская плата Asus Z170-WS на чипсете Intel Z170.
     Результаты тестирования представлены в таблице и на диаграмме.(дополнение 1).
     
Если сравнить результаты тестирования процессоров, полученных на одном и том же стенде, то здесь все очень предсказуемо. Процессор Core i7-7700K при настройках по умолчанию (без разгона) чуть быстрее (на 7%), чем Core i7-7700, что объясняется разницей в их тактовой частоте. Разгон процессора Core i7-7700K до 5 ГГц позволяет получить выигрыш в производительности до 10% по сравнению с производительностью этого процессора без разгона. Процессор Core i7-6700K (без разгона) немного более производительный (на 4%) в сравнении с процессором Core i7-7700, что также объясняется разницей в их тактовой частоте. При этом модель Core i7-7700K на 2,5% производительнее модели предыдущего поколения Core i7-6700K.

Как видим, никакого скачка производительности новые процессоры Intel Core 7-го поколения не обеспечивают. По сути, это те же процессоры Intel Core 6-го поколения, но с чуть более высокими тактовыми частотами. Единственное преимущество новых процессоров заключается в том, что они лучше гонятся (речь, конечно, идет о процессорах K-серии с разблокированным коэффициентом умножения). В частности, наш экземпляр процессора Core i7-7700K, который мы не выбирали специально, без проблем разогнался до частоты 5,0 ГГц и абсолютно стабильно работал при использовании воздушного охлаждения. Удавалось запустить этот процессор и на частоте 5,1 ГГц, но в режиме стресс-тестировани.......................