CPU의 양자터널링 현상 어떻게 방지하나요

Question

요즘 CPU가 미세공정화되서 양자 터널링 현상이 생긴다고 알고있습니다. 그러면 양자터널링현상을 어떻게 막고 있는지 궁금합니다.

그리고 마이크로아키텍쳐의

ALU,레지스터,캐시메모리들의 순서가 궁금합니다. 컴퓨터에 명령을 줄때 램>ALU>레지스터>캐시메모리>램 순서로 가나요?

Answer 1

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

반도체 공정이 미세화되면서 전자가 절연체를 뜷고 흐르는 양자 터널링 현상을 막기 위해 기존 이산화규소 대신 유전율이 높은 하이케어 물질을 도입하고 트랜지스터 구조를 평면에서 입체적인 핀렛이나 GAA 구조로 변경하여 제어력을 높이고 있습니다 데이터 처리 순서는 명령이 하달되면 램에서 캐시메모리로 복사된 뒤 레지스터에서 상주하며 ALU에서 연산이 수행되는 방시이기에 흐름상 램 -캐시메모리-레지스터-ALU- 레지스터- 캐시메모리-램 순서로 전개되게 됩니다 즉 ALU는 실제 계산을 담당하는 실뱅부이며 레지스터는 CPU 내부의 가장 빠른 임시 저장소로서 연산 직전의 데이터를 주고 받는 통로 역할을 수행하며 효율적인 데이터 순환을 완성합니다

Answer 2

안녕하세요. 박형진 전문가입니다.

양자 터널링은 절연층을 그냥 통과하게 되는 전자로 인해 누설 전류가 발생하는 현상을 의미합니다.

이를 보완하기 위해 이상화규로로 절연막을 쓰던 것을 새로운 신소재를 통해 유전율을 높혀 물리적 두께는 높이되 전기적 성능은 동일하게 만들어 줍니다.

램 ➡️ 캐시메모리 ➡️ 레지스터 ➡️ ALU ➡️ 레지스터 ➡️ 캐시메모리 ➡️ 램

입니다.

참고 부탁드려요~

Answer 3

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.

양자터널링은 완전히 막기보다는 여러가지 재료나 구조를 바꿔서 전자가 새지 않게 최대한 줄이는 방향으로 현재 대응이 되고 있습니다.

게이트 절연막 재료를 바꾸거나 FinFET 나 GAAFET 등으로 구조를 바꾸는 것입니다. 예쩐에는 평면으로만 만들면 누설전류가 커지기 때문에, 전류 통제력을 높이는 방향으로 소자가 바뀌어 간다고 볼 수 있겠습니다.

그리고 말씀하신 데이터 흐름은 램 > 캐시 > 레지스터 > ALU 쪽이 더 가깝고, ALU가 계산한 이후에 그 결과를 다시 레지스터에 저장한 뒤 필요로 하면 캐시와 램으로 나가는 플로우로 보시면 됩니다. 캐시와 레지스터 자체가 ALU 앞뒤에서 데이터를 빨리 꺼내고 잠깐 잡아두는 그런 역할을 하는 셈이죠.

Answer 4

안녕하세요.

요즘 CPU들 터널링은 완전하게 막는다기보다는 새는 전류를 최대한 줄이는 쪽으로 대응되고 있다 생각하시면 됩니다. 현재 들어가는 절연막을 얇게만 하는 대신 High-k 소재를 사용하고, 트랜지스터의 경우에는 3차원 구조로 만들어서 누설 경로를 줄이는 방향으로 제작이 됩니다.

전압도 낮추고 공정 정밀도 또한 높여서 전자가 쉽게 통과하지 못하도록 관리를 하고 있어요.

데이터의 흐름은 램 > 캐시 > 레지스터로 올라온 뒤 ALU에서 연산하고, 결과가 다시 레지스터와 캐시에 반영되는 그러한 구조로 볼 수 있습니다.

감사합니다.