Spórolós és rézprocesszorok

Ebből a szempontból kiemelt szerepe van az áramköri pálya keresztmetszetének. Egyre csökkenő struktúrák mellett növekszik a hőterhelés is, ezért csökkenteni kell a tápfeszültséget. Már évekkel ezelőtt sikerült 1 gigahertz feletti processzorokat üzemeltetni, de csak a mélyhűtött változatok nem olvadtak el.

Ekkora processzorsebesség mellett a tranzisztorokat összekötő vezetékekben a jeltovábbítás tehetetlensége is komoly korlátot jelent. A tranzisztorokhoz képest annyit késik az impulzus, hogy a processzorsebesség további emelésével egyszerűen nem érkezik meg időben a vezeték másik végére.

Egy alumíniumvezetékes logikai egység képe. A rétegeket több lépésben viszik fel

Az IBM 1997-ben ismertette a rézalapú processzorok technológiáját. A réz sokkal jobb elektromos vezető mint az alumínium, viszont a szilícium alapon erősebben hajlik az oxidációra. A megoldást egy szigetelőréteg felvitele jelentette. A silicon-on-insulator (SOI) építésű processzorok a mikroméretű vezetékek között is szigetelőréteget viselnek, ami a méretek csökkenésével jelentkező elektromos interferenciát hivatott csökkenteni.

Az IBM CMOS 9S néven emlegetett új technológiája nagysebességű tranzisztorokat alkalmaz, amelyeket a chipen belül több mérföld hosszúságban az emberi hajnál 800-szor vékonyabb, 0,13 mikrométeres vezetékek hálóznak be. A rézalapú processzorok legalább 25-30-szor gyorsabbak lehetnek, mint alumíniumalapú társaik, az elérhető frekvenciatartomány pedig több gigahertz.

Az IBM vetélytársai a félvezetőiparban - például a Motorola, Intel és az AMD - eleinte hitetlenkedtek, majd nekiláttak ledolgozni a ,,Big Blue" 2-3 éves előnyét a rézalapú technológiában.

Transmeta Crusoe

A kaliforniai Transmeta fejlesztői a külvilágtól elszigetelve évekig dolgoztak egy alapjaiban új processzoron. A 'Crusoe' névre keresztelt chipek leglátványosabb tulajdonsága az alacsony energiafogyasztás. A hagyományos noteszgépekből vagy a teljesítmény vagy az elég erős akkumulátor hiányzik. A Transmeta azt kívánta bebizonyítani, hogy nincsen szükség kompromisszumokra.

A Crusoe-lapkák leglátványosabb tulajdonsága az alacsony energiafogyasztás

A Crusoe-processzorokat úgy szokták jellemezni, hogy háromnegyed részt szoftverből és negyedrészt hardverből állnak. A chipek VLIW-processzormagja (Very Large Instruction Word) köré egy szoftveres 'héjat' (Morphing Engine) építenek, amely a programtól függően gyakorlatilag mindenfajta processzort képes emulálni. Így például az Intel-x86 processzorok utánzása közben sok ezernyi tranzisztort nem kell feleslegesen dolgoztatni, és célzottan kerülték ki a belső adatforgalmat lelassító strukturális 'útszűkületeket'.

A szoftver képes több lépcsőben a feladathoz igazítani a processzor sebességét és teljesítményfelvételét. A Crusoe legfeljebb két wattot fogyaszt, egy szövegszerkesztő futtatásakor az átlagos terhelés egy watt alatt van. Létezik olyan bekapcsolt, de szuperalvó állapot, amikor a processzor csak 20 milliwattot fogyaszt. A Transmeta azt ígéri, hogy a Morphing Engine frissítésével a processzorok évülése lelassulhat, a fejlesztéseket legalább részben képesek követni (lásd keretes írásunkat).

Lassít az Intel

Biztosan nem véletlen, hogy éppen a Crusoe-processzorok egy évvel ezelőtti premierjére váltak piacéretté az Intel Low-voltage mobil Pentium III-as processzorai. Ezek a chipek képesek visszavenni saját teljesítményfelvételüket, attól függően, hogy hálózatban van-e a gép vagy sem. A legutóbb bemutatott Ultra-Low-voltage Pentium III és Celeron III processzorokban tovább javították a spórolási képességet. A chipek voltaképpen korlátozottak, legfeljebb 500 megahertzzel ketyegnek. Újdonság azonban, hogy ennél a sebességnél csupán 1,1 voltos tápfeszültséget igényelnek. Emiatt a teljesítményfelvételük is alacsonyabb, legfeljebb 8,1 watt, a tipikus üzemállapotban pedig 5,5 watt.

AMD hűtő nélkül

Az áramspórolási versenyben az AMD sem akar lemaradni. Tavaly ősszel mutatták be a nagy teljesítményt és alacsony áramfogyasztást kombináló 'embedded processzorok' újabb változatait. A 0,18 mikronos technológiával előállított AMD-K6-2E+ és AMD-K6-IIIE+ processzorokat elsősorban Set-Top Boxok, internetes kereskedelmi terminálok és telekommunikációs berendezések gyártóinak kínálják. Ezek a Socket 7 és Super7 kompatibilis processzorok Low Power változatban is kaphatók.

Az AMD saját fejlesztésű PowerNow! techológiája hardver és szoftverelemek kombinációjából áll. A processzort több teljesítményfokozatban képes működtetni, de általánosságban elmondható, hogy alacsony tápfeszültség mellett is viszonylag magas marad a frekvencia. A megfelelő alkalmazásokban az eljárással 74 százalékkal csökkenthető az áramfelvétel, sőt adott esetben nem elképzelhetetlen a hűtő nélküli üzemeltetés sem.

Épül a Crusoe 2.0 Az első processzorgeneráció megjelenése után a Transmeta dicséretek mellett erőteljes kritikákat is kapott, miszerint a Crusoe teljesítménye nem megfelelő. A cég most a CPU újabb generációján dolgozik, tovább javítva a teljesítmény/áramfelvétel viszonyt. A Crusoe 2.0 valamikor 2002 közepén lehet piacérett, és meg fogja duplázni a mostani Crusoe 5000-es sorozat sebességét. Ennek eléréséhez a mérnökök a 128 bites processzort 256 bitesre kívánják átalakítani. Így az alkalmazások feladatait rövidebb idő alatt elvégezheti a CPU, és ezzel áramot spórolhat. Az új processzor átlagos teljesítményfelvétele fél watt, vagy ennél is kevesebb lehet. A Transmeta azonban nem csak a hardvert akarja fejleszteni, de újraírják a Crusoe szoftverét is. Ezekkel a javításokkal 40 százalékos teljesítményjavulást remélnek elérni. A cég ezen kívül optimalizálni kívánja a Code Morphing szoftvert is, hogy az a gyakran ismétlődő folyamatokat gyorsabban tudja kezelni. A kódot a Transmeta félévenként kívánja frissíteni, az első upgrade 2001 első negyedévében kerülhet ki. A most gyártott 5000-es processzorok a CMS 4.2-vel 20 százalékkal gyorsabbak lehetnek.