Будущее смартфонов: процессоры и память

Процессоры

801-block-diagram
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?».
Transistor
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

Floating_gate_transistor
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

3D-V-NAND
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)

electrodes
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)

Everspin-EMD3D064M
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

samsung-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

процессоры
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.

Теги
Лонгриды для вас
Что случилось с Google+?

Все мы наверняка слышали о Google+, которая появилась в 2011 году. Ее основной фишкой стали круги (circles), которые позволяли объединяться в одно сообщество людям с общими интересами. Многие считали ее перспективной социальной сетью, но в 2018 году у нее были найдены серьезный дыры в безопасности и уже через год сервис был закрыт для обычных пользователей. Теперь Google+ используют только сотрудники компании. В нашем материале мы попробуем разобраться, почему Google+ была слишком крутой социальной сетью для своего времени.

Читать далее
Рассрочка
Стоит ли брать телефон в рассрочку

«Зато не в кредит». Так обычно говорят люди, которые покупают себе бюджетный Android-смартфоны, одновременно оправдывая своё нежелание платить за телефон большие деньги и насмехаясь над теми, кто ради этого берёт взаймы у банка. Само собой, вы никому не обязаны объяснять свой выбор и уж тем более доказывать его правильность. Особенно, если нет финансовой возможности купить дорогой аппарат. Но я для себя решил, что покупка смартфона в рассрочку оправдана почти в 100% случаев, независимо от того, что именно это за модель и сколько она стоит.

Читать далее
Смартфоны не оправдывают моих ожиданий. Что не так

Помните, что предрекали нам в своих книгах писатели-фантасты? Ну, как минимум, это летающие автомобили в 20-х годах текущего века. Увы, но летающих машин по-прежнему нет. Есть прототипы, есть дроны, но мы по-прежнему ездим по дорогам и стоим в пробках. То же самое и со смартфонами: есть видеосвязь и многое другое, но с ними по-прежнему что-то не то: выбор огромен благодаря Android-смартфонам, но при первом знакомстве понимаешь, что душа-то к ним совершенно не лежит, а iPhone уже надоел. Еще 5-6 лет назад вы могли присмотреться к телефону на Windows Phone - к сожалению, сейчас такой возможности нет. В общем, одни расстройства. Рассказываю, что меня так угнетает.

Читать далее
Новый комментарий