Περί τεχνολογίας επεξεργαστών...

[Jaco]

Μπορεί να μου κάθεται λίγο στραβά να γράψω κάτι σοβαρό, αλλά θα προσπαθήσω. Οκ, προσπάθησα, αυτό ήταν, όχι άλλη σοβαρότητα. Λοιπόν φίλοι μανιακοί overclocking-addicts, αλήθεια ξέρετε τι γίνεται μέσα στην CPU σας όταν την clock-άρετε? Βασικά ξέρετε κύριοι πως είναι φτιαγμένη μια CPU? Εσύ gaz? Γιατί άραγε οι CPU από Μαλαισία clock-άρουν καλύτερα, όπως πολύ σωστά υποστηρίζει και ο gaz? Μήπως υπάρχει λόγος που γίνεται αυτό? Η αλήθεια είναι ότι δεν ξέρω πολλά πράγματα για overclocking και τέτοια κόλπα, αλλά μπορώ να σας πω τι κρύβεται στα έγκατα της CPU σας.

Βασικά όποιος ασχολείται με μικρο-ελεκτρονικά και έχει σκύψει να δει στο μικροσκόπιο όλα αυτά, θα γνωρίζει ότι υπάρχει ένας άλλος κόσμος μαγικός και λιλιπούτειος και άμα τον δεις μια φορά δεν ξεκολλάς Αρχίζοντας από τα βασικά να πούμε ότι μια CPU και γενικά όλα τα ολοκληρωμένα κυκλώματα κατασκευάζονται με τεχνολογία CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductors) η οποία ποικίλει σε μέγεθος ολοκλήρωσης από εφαρμογή σε εφαρμογή. Φυσικά οι επεξεργαστές έχουν το μικρότερο μέγεθος ολοκλήρωσης μετά από τις στρατιωτικές εφαρμογές και φτάνουν τα 0.13 micron (μικρόμετρα). Όταν λέμε micron εννοούμε την αντιστοίχηση των κανόνων (μεγεθών) Lambda. Οι κανόνες Lambda είναι ένα πρότυπο της MOSIS (http://www.mosis.org) με το οποίο ορίζουν τις αποστάσεις και τα μεγέθη των υλικών μέσα στο ολοκληρωμένο κύκλωμα. Το Lambda αυτή την στιγμή είναι επίσημα στα 0.13μm, αλλά η τεχνολογία έχει ήδη περάσει (ερευνητικά) στο επόμενο στάδιο που είναι το nano-electronics (τώρα διανύουμε το microelectronics), του οποίου τα αποτελέσματα θα τα δείτε σε 5 10 χρόνια. Τα προβλήματα? Πολλά

Αλλά, ας τα πάρουμε όλα με την σειρά. Υπάρχουν δυο είδη σχεδίασης ολοκληρωμένων κυκλωμάτων τα αναλογικά και τα ψηφιακά. Τα πρώτα είναι τα αγγούρια και δεν φτάνει ένας χρόνος να εξηγώ και τα δεύτερα έχουν γίνει παιχνιδάκι Όταν λοιπόν θέλουνε να σχεδιάσουν έναν επεξεργαστή δεν τον σχεδιάσουν από την αρχή, αλλά χρησιμοποιούνε την μέθοδο hierarchical blocks integrated design, που σημαίνει ότι παίρνουν τμήματα ήδη σχεδιασμένα και τα βάζουν όλα μαζί, ώστε να πάρουν το τελικό αποτέλεσμα. Συγκεκριμένα χρησιμοποιούν libraries τα οποία κάθε σοβαρή εταιρία φτιάχνει μόνη της, και τα οποία περιέχουν instances με μνήμες, buffers και όλα αυτά που σχετίζονται με έναν επεξεργαστή. Έτσι μπορούν να εξελίσσουν ένα instance, όπως έκανε και η Intel προ AMD εποχής, και απλά να αντικαθιστούν σε ένα παλιό design και λανσάρουν ένα καινούργιο προϊόν (καθάρματα). Στο design υπάρχουν τρία στάδια. Το πρώτο είναι η σχεδίαση του κυκλώματος, το δεύτερο είναι το ASIC που έχει να κάνει με τον έλεγχο λειτουργίας και ορθότητας και τέλος το layout του design. Φυσικά προσπαθώ να είμαι τρομερά περιληπτικός αφήνοντας και αρκετά σοβαρές λεπτομέρειες (τουλάχιστον για μένα) απ έξω.

Στο digital design λοιπόν παίρνουν τα κομμάτια που χρειάζονται και χτίζουν τον επεξεργαστή. Στο layout τώρα γίνεται της μουρλής (το ASIC το αφήνω, γιατί έχει να κάνει με φυσική και EMI και ένα άλλο σωρό διαδικασίες). Το layout λοιπόν είναι πια η τελική διεργασία προτού φτάσει το design σε test mode. Για να καταλάβουμε τι είναι το layout πρέπει να γίνουν κάποιες διευκρινίσεις. Στην CMOS υπάρχουν πολλαπλά επίπεδα (layers) τα οποία χτίζονται πάνω σε σιλικόνη πυριτίου (Si), γι αυτό λέγεται κιόλας silicon! Τα επίπεδα αυτά είναι από διάφορα υλικά από τα οποία το καθένα έχει και τις ιδιότητες του. Έτσι πάνω στο πυρίτιο κάθονται τα λεγόμενα N-well και P-well που στην ουσία είναι πηγάδια ντοπαρισμένων μερών υλικών με φορτία, από τον συνδυασμό των οποίων κιόλας παίρνουν το όνομά τους οι ημι-αγωγοί, το ίδιο και ο όρος CMOS (pMOS + nMOS). Μετά από τα wells ακολουθούν μονωτικά στρώματα οξειδίου και γενικά άλλα στρώματα όπως polysilicon, metal 1, metal 2 και ένας σωρός άλλα, ενδιάμεσα. Το oxide το χρησιμοποιούν στην μόνωση αυτών των στρωμάτων έτσι ώστε να μην βραχυκυκλώνουν καθότι όλα είναι αγώγιμα. Τα τρανζίστορ, οι αντιστάσεις, οι πυκνωτές, οι πύλες και ότι άλλο μπορείτε να φανταστείτε γίνονται στα πρώτα στρώματα, με την μίξη wells και p- n- τμημάτων. Και τα υπόλοιπα στρώματα χρησιμοποιούνται για την ένωση των στοιχείων μεταξύ τους. Για να ενωθούν αυτά τα στρώματα χρησιμοποιούν μονωμένα VIAs τα οποία για να δημιουργηθούν χρησιμοποιούνται μάσκες.

Εδώ λοιπόν αρχίζει το παιχνίδι Μάσκα είναι μια επιφάνεια η οποία έχει κάποιες τρύπες επάνω τις ανάλογα με το στοιχείο που θέλουμε να δημιουργήσουμε. Την μάσκα την τοποθετούν πάνω από κάθε στρώμα και με την χρήση UV light μαρκάρουνε την περιοχή που θέλουν να αποβάλουν από το στρώμα αυτό και ύστερα με ειδικά χημικά καθαρίζουν την σημαδεμένη περιοχή Εδώ είναι και το πρώτο κόλλημα της τεχνολογίας φίλε gaz Τι γίνεται όταν θέλουν να μειώσουν την σταθερά ολοκλήρωσης? πρέπει να φτιάξουν και μάσκες ακόμα μικρότερες πράγμα δύσκολο, όταν μιλάμε για τρύπες ακριβείας σε microns πόσο μάλλον σε nano. Και άντε το ξεπεράσαν αυτό (όχι όμως την σκέδαση φωτός) Τι άλλο προέκυψε? Κατάλαβαν ότι όταν έχεις μια τρύπα στην μάσκα μερικών nm (νανό-μετρα, ντε) το UV (ultra violet light) έχει μεγαλύτερο μήκος κύματος από τις τρύπες, χε, χε Εκεί τελείωσε την κάτσαμε, δεν μπορούμε να προχωρήσουμε σε επεξεργαστές με νανο-τεχνολογία με φως. Εδώ έχουμε κολλήσει ακόμα και ψαχνόμαστε Και η λύση στον ορίζοντα είναι οι bio-chemical επεξεργαστές, αναμείνατε μερικά χρονάκια και θα δείτε τι εννοώ

Οπότε πάει γιατί δεν μπορούν να φτιάξουν μικρότερους επεξεργαστές στην περιοχή των nm. Τώρα προσπαθούν για 90nm και λίγο παρακάτω, αλλά ακόμα λίγο δύσκολο λόγο της σκέδασης του UV. Ξέρετε πόσα εκατομμύρια δολάρια, χρειάζονται για να αλλάξεις τον εξοπλισμό σου από μια μονάδα ολοκλήρωσης σε μια μικρότερη και καινούργιες μάσκες? Πόσο? Μπουχα χα χα χουά χα χα Μόνο η Intel κατεβαίνει μονάδες και αυτό φυσικά όχι μόνο με δικά της λεφτά (βλέπε USArmy). Γιαυτό και η AMD τρέχει και δεν φτάνει

Περί overclocking τώρα, όπως είπα η ολοκλήρωση είναι πολύ μεγάλη (VLSI Very Large Integration Scale, αν και θα έλεγα GLSI Gamhseta LSI). Αυτό σημαίνει ότι το υλικό που υπάρχει πάνω στο πυρίτιο ορισμένες φορές δεν είναι πολύ καθαρό και μεγάλη σημασία έχει και το είδος του υλικού, όπως και η τεχνολογία των μηχανών, γιατί π.χ. μια γραμμή παραγωγής μπορεί να είναι ικανή για 0.09μm ολοκλήρωση, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι δεν μπορεί να κάνει μεγαλύτερη ολοκλήρωση, όπως π.χ. 0.13μm ίσα-ίσα που θα την κάνει και καλύτερα. Το υλικό του μετάλλου (metal layer) που χρησιμοποιείται συνήθως είναι αλουμίνιο 1 και 2, αλλά και κράματά του. Το καλύτερο υλικό από ταχύτητα και καθαρότητα είναι το τιτάνιο, αλλά είναι και το πιο ακριβό και δύσκολο. Οι επεξεργαστές λοιπόν είναι γεμάτοι από routes μετάλλου και αυτό ορισμένες φορές είναι πρόβλημα γιατί κατά την διεργασία του το μέταλλο δεν παράγεται τόσο καθαρό ή έχει ογκομετρικές αυξομειώσεις που δημιουργούν πρόβλημα στη εναλλασσόμενη διέλευση του ρεύματος (φαινόμενο bottleneck), πράγμα που με την σειρά του μειώνει την ταχύτητα απόκρισης του αγωγού.

Επομένως, τώρα όλοι ξέρουμε ότι το εργοστάσιο της Intel στην Μαλαισία δεν φτιάχνει μόνο επεξεργαστές στα 0.13μm, αλλά κάνει και άλλες «δουλείες» για κάποιους άλλους «κυρίους» με μικρότερο μέγεθος ολοκλήρωσης. Γι αυτό κύριε gaz η CPU του bro πάει κομμάτια, επειδή είναι κατασκευασμένη σε γραμμή παραγωγής ικανή να κάνει θαύματα για σήμερα.

Φυσικά τελειώνοντας να πω ότι όταν φίλτατοι κύριοι κάνετε overclocking αναγκάζεται έναν μικρόκοσμο (επαναλαμβάνω εάν δεν σκύψεις στο μικροσκόπιο δεν μπορείς να καταλάβεις την μαγεία) να δουλεύει σε συχνότητες (δηλαδή ταχύτητες) που η καθαρότητα των υλικών τους δεν το επιτρέπει, με αποτέλεσμα εάν σε ένα σημείο μόνο της CPU το αλουμίνιο δεν έχει κάτσει καλά, να απόσυγχρονίζεται η CPU και να μην μπορεί να λειτουργήσει. Γι αυτό και οι αυξημένες θερμότητες, λόγο των bottlenecks στα layers, με αποτέλεσμα η ενέργεια των μπουκωμάτων να μετατρέπεται σε θερμότητα. Το ότι ψύχεις την CPU δεν σημαίνει ότι λύνεται το πρόβλημα, απλά εμποδίζεις την polysilicon και τα metal layers να λιώσουν

Ελπίζω να μπόρεσα να σας κατατόπισα λιγάκι επί του θέματος και να μην σας μπέρδεψα. Αυτές οι πληροφορίες είναι δύσκολο να βρεθούν και ίσως καλά κάνατε και το διαβάσατε. Αυτό είναι μόνο το εξώφυλλό του τι ακριβώς συμβαίνει σε αυτόν τον κόσμο, καθώς υπάρχουν αμέτρητα άλλα που θέλω να μοιραστώ μαζί σας, αλλά δεν μου αρκεί ο χρόνος να το κάνω

 

Ρε, πολύ σοβαρός δεν ήμουν? Sorry, δεν θα ξανασυμβεί Τελικά από την εμπειρία μου μπορείς να ολοκληρώσεις τα πάντα, εκτός από μια γυναίκα :grin:

[ASSOS]

Afto den htan Post alla didaktoriko! Efxaristoume gia tis endiaferouses plhrofories.

8elw na rwthsw kati. Exw akousei oti h dialogh meta3y epe3ergastwn idias texnologias ginete me bash thn syxnothta pou antexoun sthn e3odo ths paragoghs. Dhladh enw kataskevazontai sthn idia grammh paragoghs pernwntas apo elegxo krinete ean 8a mpei to tempelaki tou 1,2GHz h' 1,3Ghz.

Afto isxiei? Elpizw na einai katanohth h erwthsh mou.

[Jaco]

Όταν βγαίνει από την γραμμή, στην ουσία τους κάνουν overclocking και τους μετράνε για να διαπιστώσουν την καθαρότητα των κραμμάτων, καθώς δεν μπορούν να το ελέξουν διαφορετικά. Αποφασίζουν πια θα είναι η μέγιστη συχνότητα του μοντέλου και μετά όντως φοράνε ταμπελάκια στον κάθε επεξεργαστή. Από την άλλη αυτό δεν ισχύει πάντα, οπότε ανάλογα με την ζήτηση δίνουν καθαρούς επεξεργαστές σε μειωμένη συχνότητα, ώστε να καλύψουν την ζήτηση...

[madsc]

Για σου re Jaco, είσαι να φτιάξουμε μια δική μας cpu;

 

Θα το διαβάσω όλο που θα μου πάει

Να είσαι όπως γουστάρεις...

 

p.s. bit είσαι και τα ξέρεις όλα αυτά;

 

 

edit: τα κατάφερα και το διάβασα αλλά έχω 2 απορίες.

1. Που θα βρούμε λεξικό για αυτά;

2. Αλήθεια που δουλεύεις;

 

sc

[BrwmogazoS]

Yep....eksou kai ta week numbers...eite to quality ekeino to week htan poly kalo twn cores kai clockaroune poly kala Eite yphrkse zhthsh gia xamhloterwn syxnothtwn cpus kai proorizomenwn gia ypshloterwn syxnothtwn cores xrhsimopoih8hkan gia xamhloterwn...Ara ta stamparoune kai lene AFTO to week number -afto to batch kanoun kalo clocking...

 

File Jaco poly kalo post...amfivallo an se 5 lepta 8a to 8ymamai omws ...

 

Kaneis ena la8os omws...poia CPU TOU BRO???

:grin:

THN DIKIA MOU ENNOEIS

[spock]

Φίλε Jaco, μόνο μια παρατήρηση... μάλλον τα συνηθισμένα κυκλώματα θα συνεχίσουν να μας συντροφεύουν για κάμποσο ακόμη, μέχρι να περάσουμε στους βιο-υπολογιστές. Αναφορικά, εφ'όσον κατάφεραν σε ένα απλό πανεπιστήμιο να κατασκευάσουν πρωτότυπο transistor στα 18 νανόμετρα (το πρωτότυπο του FinFET, επικεφαλής Chenming Hu, Berkeley), και αυτό πριν 4 χρόνια περίπου, μάλλον έχουμε ακόμη μέλλον. Υπολογίζεται πως, όταν πέσουν (και προφανώς εδώ και τέσσερα χρόνια έχουν ήδη πέσει) πάνω στη σχεδίαση οι στρατιές επιστημόνων των IBM, AMD, Intel κλπ., θα καταφέρουν να φέρουν τη σχεδίαση τουλάχιστον μία τάξη μεγέθους κάτω. Σε συνδυασμό με Silicon-On-Insulators καθ'ώς και Low-k διηλεκτρικά (δύο από τις τεχνολογίες που εξελίσσουν από κοινού η IBM με την AMD), τα συμβατικά κυκλώματα θα μας ακολουθούν για τουλάχιστον 10 χρόνια ακόμα. Προσθέτοντας και τη νέα κατεύθυνση της IBM, που πολύ πρόσφατα ανακοίνωσε, το layering (διαστρωμάτωση) στην κατασκευή επεξεργαστών, που θα οδηγήσει σε επεξεργαστές πολλών επιπέδων (μέχρι τώρα, τα transistors βρίσκονται σε ένα επίπεδο, και απλά υπάρχουν πολλαπλά επίπεδα interconnects από πάνω τους), μάλλον η χρονική περίοδος αυξάνει κι άλλο. Για να μην προσθέσω και μερικές "εξωγήινες" τεχνολογίες που βγάινουν από εργαστήρια φυσικής, και έχουν σχέση με διόρθωση σφαλμάτων που προκαλούνται λόγω κβαντικών φαινομένων σε πολύ μεγάλες κλίμακες ολοκλήρωσης.

Ωραίο κείμενο, παρ'εμπιπτόντως...

 

 

 

[Jaco]

Όντως το CMOS FinFET υπάρχει, αλλά υπάρχει και λόγος που δεν το ανέφερα... Απλά, δεν δουλεύει πάντα...! χε, χε.. Όταν σχεδίαζαν την μάσκα για την κατασκευή του FinFET είχαν υπολογίσει ότι οι διακημάνσεις στο μήκος της εγκοπής πάνω στην επιφάνεια Ν όπου κάθεται το P (ή και το αντίθετο), λόγο της σκέδασης του φωτός UV στην εγκοπή της μάσκας μπορεί να προκαλέσει σημάδι μέχρι και 50 - 60nm από τα 10nm που θέλαν. Οπότε δεν μπορούσαν να έχουν και σταθερό μέγεθος MOSFETs, με αποτέλεσμα λίγα κυκλώματα να δουλεύουν σωστά, αφού ήθελαν διαφορετικό ρεύμα πύλης και εξίσου το κανάλι στην επαφή pnp ήταν κάθε φορά διαφορετικό, με αποτέλεσμα από δυο ίδια MOSFETs να περνάει διαφορετικό ρεύμα. Τώρα στο Αμβούργο το τοπικό πανεπηστήμιο σε συνεργασία με την Philips δουλεύουν πάνω στην νανο-τεχνολογία (χα, χα, τους κάρφωσα... ακούς Siemens...?) το ίδιο βέβαια και η Infineon και η AMD στο Dresden πάλι με τα τοπικά πανεπιστήμια... Μικρότερο κόστος μεγαλύτερες ιδέες...

Όσο ακόμα μπορούν να σπρώχνουν προιόντα σε micron θα το κάνουν, για αυτό όπως είπα θα πάρει 5 - 10χρόνια να ωριμάσει το nano και να βγάλουν και κάποια λεφτά παραπάνω. Γενικά όμως, nano-electronics will RulE....

[Jaco]

madsc

said:

Για σου re Jaco, είσαι να φτιάξουμε μια δική μας cpu;

 

Θα το διαβάσω όλο που θα μου πάει

Να είσαι όπως γουστάρεις...

 

p.s. bit είσαι και τα ξέρεις όλα αυτά;

 

 

edit: τα κατάφερα και το διάβασα αλλά έχω 2 απορίες.

1. Που θα βρούμε λεξικό για αυτά;

2. Αλήθεια που δουλεύεις;

 

sc

 

1. Λεξικό:

pMOS: positive-Metal Oxide Semiconductors

nMOS: negative-Metal Oxide Semiconductors

EMI: Electro-Magnetic Interference

CPU: Central Processing Unit :grin:

 

2. Bad command or filename. :grin:

[Gabriel]

Πολύ ωραίος,πρέπει βέβαια να το διαβάσω άλλες 3 φορές...

. Bad command or filename.

Press any key to continue...

 

 

[BrwmogazoS]

muaaha...

 

Jaco twra pou aneferes ta MOSFETS...na kollhsw ramsinks panw sta mosfets tis IT7MAX2 mou na dw mpas kai paei pshlotera???

[Lupus]

Vasika ola ayta pou eipe o Jaco einai poly liga mprosta sto ti pragmatika symbainei. Gia na katalavei kaneis kai na mpei sto nohma prepei na arxizei na diavazei vivlia mikrohlektronikis sxediasis kai mikrohlektronikis genikotera. Kai o klados einai pragmatika poly megalos kai mporeis na xaseis tin mpala ana pasa stigmi!

 

Kai fisika gia na katalaveis genika pws doulevei enas epeksergastis prepei na katseis na diavaseis pws leitourgoun oi epe3ergastes apo tin epoxi tou 8085 wste na pareis mia idea kai meta na fthaseis se enan 486 opou apo kei kai pera ta pragmata den diaferoun dramatika...

 

Me liga logia diavasma diavasma diavasma. Kai akoma kalytera mia sxoli ECS pou pali me poly WWW (work work work) kati tha matheis i toulaxiston tha psiliasteis ti peripou paizei.

[Jaco]

Βασικά και το διάβασμα σίγουρα είναι καλό και μάλιστα πολύ... Αλλά όταν έρθεις σε επαφή με αυτά και αρχίζεις να τα σχεδιάζεις και να τα πραγματοποιείς τότε είναι που μαθαίνεις πραγματικά και κερδίζεις γνώσεις... Δυστυχώς η Ελλάδα δεν προσφέρεται για τέτοιου είδους εξερευνήσεις με αποτέλεσμα να ξενιτευόμαστε, αλλά χαλάλι όμως...

Gaz για δοκίμασε να δεις με την ψύξη έχω και εγώ την απορία...

[BrwmogazoS]

Vazontas ramsinks sta mosfets tou board apoktas epipleon stability se megala fsbs its a fact TBH...apla den 8elw na skasw £30 gia Tweakmonster copper ramsinks kai na ta kollhsw me me AS epoxy...giati to board se ligo kairo...mhnes...8a anava8mistei opote...

[LL_NEO]

Ναι αλλά προκύπτει η εύλογη απορία απο όλα αυτά. Πως γίνεται δυο αδερφάκια επεξεργαστές με serial number χχχχχχχχχχχχ8 και χχχχχχχχχχχχ9 να πουσάρονται τελείως διαφορετικά ο ένας απο τον άλλο;

[Jaco]

Είπαμε, είναι καθαρότητα του κράματος μετάλλου που σε ένα τσιπάκι είναι καθαρότερη από το άλλο. Αυτά δοκιμάζονται μέ μια variable συχνότητα σε κάποια pins τους και εκεί από αποσυγχρονίζονται, σημαίνει ότι κάπου μέσα μπουκώνει (μπακάλικες έννοιες, αλλά κατατοπιστικές...). Απο εκεί και πέρα το κλειδώνουν σε μια συχνότητα καίγοντας κάποιους πυκνωτές...