Processori e nuovi processi produttivi: una via insidiosa

Esistono varie tecniche che un produttore di processori può implementare per accrescere la potenza elaborativa dei propri prodotti. Aumentare i quantitativi delle cache di primo e secondo livello, oppure portare la frequenza di lavoro a valori più elevati, sono solo due delle vie più note, tipicamente anche tra le più utilizzate in quanto non richiedono significative modifiche dell'architettura del processore.

Aumentare la frequenza di clock, tuttavia, implica sempre il raggiungimento di limiti propri del processore. Per accrescere la frequenza di funzionamento, infatti, in genere si ricorre ad aumenti del voltaggio di alimentazione, così da permettere al processore di operare stabilmente alle frequenze di lavoro obiettivo. Non è possibile però aumentare il voltaggio a dismisura, in quanto con esso nascono problemi legati sia alla dissipazione termica, sia alla tenuta dei transistor ad operare con un voltaggio superiore a quanto inizialmente specificato.
Gli overclocker conoscono bene questa tecnica, chiamata overvolting: con essa riescono a stabilizzare il funzionamento del proprio processore ad una frequenza superiore a quella di default.

In passato sia AMD che Intel hanno introdotto processori con voltaggio di alimentazione superiore a quello di precedenti versioni, proprio per garantire piena stabilità operativa a frequenze di clock superiori.

Una volta raggiunti i limiti, in termini di frequenza di clock, di uno specifico processo produttivo diventa necessario passare ad uno stepping successivo. Passare dalla produzione a 0.18 micron a quella a 0.13 micron implica che la dimensione dei transistor diminuisce, e con essa anche la distanza alla quale essi operano. Ad una minore dimensione dei transistor si hanno due dirette conseguenze:

• la superficie del Core del processore diminuisce, quindi diventa possibile costruire più processori per ogni wafer;
• in genere i requisiti di alimentazione diminuiscono, in primis il voltaggio Core.

Il passaggio ad un processo produttivo più sofisticato, quindi, permette sia di rendere più efficiente la produzione, riducendo nel complesso i costi, sia di avere margini più elevati in termini di frequenza di clock.
Storicamente si è sempre assistito ad una progressiva crescita delle frequenze di clock dei processori a seguito dell'introduzione di nuovi processi produttivi. La storia, tuttavia, spesso si ripete ma a volte propone scenari fino a poco tempo prima inaspettati; è il caso del processo produttivo a 0.09 micron, che sta presentando ai produttori di processori risultati ben differenti da quelli ai quali ci si era abituati.

Intel ha incontrato notevoli difficoltà con il Core Prescott per processori Pentium 4. Previsto al debutto nel corso del 2003, Prescott è stato introdotto a Febbraio 2004 con varie frequenze di clock, ma ancora quest'oggi fatica ad essere reperito sul mercato con frequenze di clock superiori a 3,2 Ghz. Questo è un segno di come sia difficile ottenere buone rese produttive con questo processo a frequenze di clock elevate. Prescott soffre di problemi di leakage della corrente, quindi tende a consumare in modo più che proporzionale al crescere della frequenza di clock. Il funzionamento a clock elevati, quindi, implica una considerevole dissipazione termica, con richieste molto elevate per la circuiteria di alimentazione del processore.

IBM sta incontrando problemi simili con il proprio processo a 0.09 micron, adottato per i nuovi processori G5 a 2,5 GHz. Per queste cpu Apple ha introdotto un sistema di raffreddamento a liquido come soluzione di default, chiaro segno di come il calore generato da questo processore a 0.09 micron sia troppo elevato per garantire piena stabilità operativa con tradizionale raffreddamento ad aria.

Per AMD mancano conferme ufficiali. Il produttore americano, infatti, sta continuando lo sviluppo del proprio processo produttivo a 0.09 micron presso la Fab30 di Dresda, in Germania. Quanto accaduto a Intel e IBM con i propri processi produttivi a 0.09 micron non fa prevedere un passaggio semplice per AMD, che però ha confermato di essere allineata alle proprie previsioni iniziali per lo sviluppo del processo produttivo a 0.09 micron. Il debutto delle prime cpu AMD con processo a 0.09 micron dovrebbe avvenire nel corso del terzo trimestre dell'anno, quindi tra alcuni mesi.

I processori AMD operano a frequenze di clock inferiori a quelli delle soluzioni concorrenti di Intel: l'allineamento prestazionale è ottenuto grazie all'architettura differente, più efficiente a parità di frequenza di clock. Non è dato sapere se AMD potrà sfruttare questo vantaggio, la necessità di utilizzare frequenze di clock inferiori a quelle delle cpu Intel concorrenti, per sfruttare meglio di Intel il passaggio al processo produttivo a 0.09 micron. Come accennato in precedenza, la storia tende a ripetersi e vedendo l'esperienza di Intel e IBM è presumibile che AMD possa incontrare qualche problema con il nuovo processo produttivo: magari di portata assoluta inferiore a quelli che hanno afflitto, e tuttora caratterizzano, il core Pentium 4 Prescott.