Какое семейство логики наиболее распространено в современных процессорах? [закрыто]

Кремний является наиболее часто используемым субстратом, потому что он сделан из песка, дешев и прост (выращивает собственный оксид). Бывает также, что получаются отличные полевые транзисторы, которые естественным образом формируют логику КМОП в цифровой среде.

Причины, по которым CMOS используются в кремнии:

CMOS отлично подходит для современных процессоров и почти наверняка является наиболее распространенным семейством логики, особенно в более низких нм (22 нм, 14 нм, 10 нм). Есть много причин, которые в совокупности делают это правдой:

• Логические уровни Rail-to-Rail (всегда либо путь к источнику питания, либо к земле)
• Простые для понимания, и есть несколько ограничений на их использование.
• Очень предсказуема и почти надежна — в CMOS нет ничего опасного
• Когда не переключается, единственная потребляемая мощность - это утечка
• Входы - это просто емкостная нагрузка
• Меньше мощности, чем у динамической логики
• Легко потребляется инструментами синтеза
• Рациональная логика. Это означает, что если напряжение уменьшается (или увеличивается), все характеристики логических элементов увеличиваются пропорционально. Например, напряжение переключения инвертора с равным коэффициентом составляет половину напряжения питания.
• Как правило, отдельные ворота не требуют часов (в отличие от домино). Шлепанцы все еще делают. Это имеет огромное значение, если учесть, что перегрузка маршрутизации является самой большой проблемой в новых процессах. Задержка проводов увеличивается по сравнению с задержкой затвора в каждой новой технологии, и нет никаких причин, по которым это изменится в ближайшее время.
• Я не могу не подчеркнуть преимущество того, что мне не нужны часы. Посмотрите на это изображение, чтобы увидеть необычайное увеличение задержки проводов по сравнению с затвором (это только до 100 нм; в наши дни мы находимся на 7 нм). Аналогичная причина делает любой тип дифференциальной логики менее привлекательным.

Динамическая логика (разные реализации) обычно используется для памяти/кешей.

Самый быстрый будет во многом зависеть от дизайна и процесса. Например, это более ограничено маршрутизацией или гейтом? Если вам это сойдет с рук (количество ворот ограничено), логика домино, скорее всего, будет работать быстрее. Если это ограничено проводкой, то вы заставите перегруженность маршрутизации преобразовать в логику домино, поскольку теперь каждому шлюзу требуется дополнительный тактовый сигнал. Итак, в этом случае вы можете использовать моностатическую CMOS с перекосом. Это похоже на CMOS, но с перекосом только по одному краю. Обычно логика дублируется для обеих полярностей и фиксируется защелкой SR. Это увеличивает площадь и мощность, но может обеспечить лучшую скорость.

Кроме того, во многих случаях логика шлюза передачи работает быстрее, особенно для мультиплексоров/демультиплексоров и элемента с высоким значением z в триггерах. Технически это не логика CMOS, но на данный момент она довольно распространена в современных процессорах, особенно в каналах данных. В зависимости от того, кого вы спросите, некоторые могут счесть это логикой CMOS.

Для меньшего энергопотребления я все еще думаю, что, вероятно, будет использоваться CMOS. Если задержка не является проблемой, вы можете использовать более слабые затворы, чтобы уменьшить ток утечки, или сложить полевые транзисторы. Или используйте стробирование часов/мощности, но это скорее техника, а не логическое семейство.