Jak se procesory vyrábí

Transkript

1 Mikroprocesor (neboli CPU - Central Processing Unit) je jedním ze základních prvků každého počítače. Provádí výpočty zadané programem. Základním měřítkem výkonu procesoru je jeho frekvence a počet zpracovaných instrukcí za jeden hodinový cyklus. Poznámka: Při frekvenci 1 MHz má procesor k dispozici milion hodinových cyklů za sekundu. Jednotlivé procesory dosahují různých frekvencí a také různých počtů zpracovaných hodinových cyklů za takt. Procesory společnosti Intel obvykle vynikají vysokou frekvencí na úkor efektivity. AMD jde opačnou cestou. V zásadě nelze říct, který z postupů je ten správný, každý má svá pozitiva i negativa. Pravdou však je, že vysoké frekvence s sebou nesou značné negativum v podobě vysoké spotřeby. Jak se procesory vyrábí Procesor se vyrábí z kruhové křemíkové desky označované jako wafer. Tento je přes fotomasku nasvětlován světlem o extrémně krátké vlnové délce a dále pak chemicky upravován. Díky světlu se vyrobí transistory, které pak tvoří základ procesorů - na každém waferu se jich nachází stovky. Výrobní technologie 130nm, 90nm... - Tzv. "feature size", tj. velikost transistoru. Čím menší transistor, tím se dokáže rychleji přepínat - jinými slovy čím má procesor menší transistory, tím dokáže běžet na vyšších frekvencích. Menší transistory zároveň vystačí s menším napětím, takže mají menší spotřebu energie. U posledních generací (zejména u 90nm) se však ukazuje, že menší transistory začínají mít čím dál tím větší potíže s tzv. leakage current, což je stálá (statická) neovlivnitelná spotřeba. Proto výrobci začínají ve větší míře používat transistory více odolné proti leakage, které však zároveň nejsou tak rychlé. To pak znamená, že v mnoha případech může být procesor vyrobený starší technologií schopnější v dosahování vyšších frekvencí.

2 Parametry Front Side Bus (FSB) - Sběrnice spojující jádro procesoru s paměťovým řadičem. Bývá extrémně vytížena datovou komunikací mezi procesorem a paměťmi. U některých procesorů (např. Athlon 64) je integrována přímo v čipu a běží na podstatně vyšších frekvencích, což přispívá k eliminaci úzkého místa. Base frequency, source clock (základní frekvence) - Frekvence generovaná frekvenčním generátorem. Slouží jako základ pro získávání dalších frekvencí. HyperTransport (HT) - Sériová sběrnice použitá u procesorů Athlon 64 a z něj odvozených modelů a dále také u některých čipových sad. Původně vyvíjená pod názvem Lightning Data Transport (LDT). U procesorů Athlon 64 se frekvence HyperTransportu získává násobení base frequency příslušným HT (LDT) násobičem - takže například 1000 MHz se získá jako 5x 200 MHz. Toto násobení provádí procesor podle příslušného nastavení. HyperThreading (HTT) - Technologie, kdy se jedno jádro procesoru tváří jako dvě jádra. Díky tomu je možné, aby zpracovávalo dvě programová vlákna zároveň. To umožňuje zlepšit využití výpočetních částí jádra, což přináší vyšší výkon. Na druhou stranu výpočetní část je sdílená pro obě vlákna, takže v některých případech naopak může výkon poklesnout. Použití HyperThreadingu při provozování více aplikací současně dále znesnadňuje nedořešená prioritizace vláken - programy tak obchází prioritu procesů operačního systému, což vede pouze k tomu, že u důležitého programu může výkon se zapnutým HyperThreadinem poklesnout ve prospěch programu nedůležitého. Celkově HTT neznamená a nikdy neznamenal věc, kterou bychom mohli ohodnotit jako jasný přínos - v některých případech se hodí, v některých ne. V době dvoujádrových procesorů nelze o jeho výhodách příliš hovořit. Dvoujádrový procesor (dual-core) - Procesor, který v sobě integruje dvě výpočetní části. Fakticky se tak chová a má obdobné vlastnosti a možnosti jako dvouprocesorový počítač. Pro dosažení optimálního výkonu vyžaduje dvoujádrový procesor spuštění více zátěžových programů současně či programu speciálně upraveného na tzv. multithreaded zpracování. Protože vývoj takových programů nutí programátory vynakládat další čas, stojí peníze navíc a ještě vnáší do kódu chyby, není v současnosti využití dvoujádrových procesorů nijak závratné. Dual-core je odpovědí výrobců procesorů na neschopnost dále zvyšovat frekvence. Latence - Doba, která uplyne od vyvolání požadavku do jeho splnění (reakční doba). Udává se běžně v nanosekundách (ns) nebo v hodinových cyklech (např. 4T jsou čtyři cykly). Čím nižší hodnota, tím lépe. Dual-channel (dvoukanál) - Uspořádání pamětí ve dvojici s paralelním přístupem. Zvyšuje propustnost pamětí na dvojnásobek či může významně zkracovat reálnou dobu vyhledávání (pokud umožňuje nezávislý přístup ke každému kanálu). Obvykle bývá řešeno dvojicí paměťových řadičů - tak tomu je u všech dvoukanálů DDR pamětí (namísto jednoho 64bit kanálu jsou dva 64bit kanály). Praktické využití vyžaduje odpovídající návrh procesoru, který musí načítat data z paměti tak, aby celé datové šířky využil. To například procesory Athlon 64 neumí, protože jsou konstruovány s cílem rychlého vyhledávání dat přímo v paměti a nikoli v cache (u Pentií 4 je tomu přesně naopak). Thermal Design Power (TDP) - Údaj vystihující tepelný výkon procesoru. Čím vyšší tepelný výkon je, tím je vyšší spotřeba a tím účinnější (a často také hlučnější) chladič je zapotřebí. Jednotliví výrobci uvádí hodnoty TDP rozdílně. Společnost AMD udává TDP jakožto maximální dosažitelný tepelný výkon, přičemž Intel jako typický. Faktický rozdíl tedy spočívá v tom, že v případě procesorů AMD lze hodnoty TDP dosáhnout jen velmi obtížně a reálný výsledek může být o několik desítek procent lepší., Naopak u procesorů Intel je to hodnota, které bude při zátěži téměř s jistotou dosaženo. TDP hodnoty Intelu jsou voleny jako cílový chladící výkon, v případě jejich překročení při zpracování intenzivních zátěžových aplikací lze očekávat zásah ochranného mechanismus Thermal Monitor, tj. vynucené snížení výkonu.

3 AMD - socket A Socket A (jinak také socket 462, přestože nemá 462 pinů) spatřil světlo světa v červnu roku Z dnešního pohledu je samozřejmě již zastaralý, ale na tehdejší dobu to byl mimořádně zajímavý počin. Základ tvoří sběrnice FSB a north bridge. FSB je taktována na frekvenci 100, 133, 166 nebo 200 MHz. Veškeré údaje se ale přenáší dvakrát za hodinový cyklus, proto se běžně udává frekvence dvojnásobná: 100 MHz = FSB MHz = FSB MHz = FSB MHz = FSB400 Pochopitelně však veškeré nastavení počítá s reálnou frekvencí. Proto např. pokud v Setupu BIOSu uvidíte položku s názvem "FSB", hodnota bude v reálných MHz. Stejně tak násobič se počítá vzhledem k reálné frekvenci.řadič pamětí je umístěn v north bridge, proto výkon systému je velmi závislý na použitém čipsetu. Zároveň je také závislý na frekvencích FSB a pamětí - čím vyšší, tím lepší. Thunderbird Frekvence: 650 MHz až 1.4 GHz Level 2 cache: 256kB Uvedení: červen 2000 Výrobní technologie: 180nm Frekvence FSB: 100, 133 MHz Rozměry jádra: 9.1 mm * 13.1 mm Revize / CPUID: A4 / 642h, A5 / 642h, A6 / 642h, A7 / 642h, A9 / 644h Obchodní název: Athlon Komentář: Původní jádro vyráběné s hliníkovými spoji mezi transistory (většina kusů do 1 GHz) a dále také s měděnými (prakticky všechny kusy nad 1 GHz). Měděné verze vykazují lepší schopnosti přetaktování, maximum je cca. 1.5 GHz. Procesor se hodně zahřívá.

4 Spitfire Frekvence: 550 MHz až 950 MHz Level 2 cache: 64kB Uvedení: červen 2000 Výrobní technologie: 180nm Frekvence FSB: 100 MHz Rozměry jádra: 9.1 mm * 11.1 mm Revize / CPUID: A0 / 630h, A2 / 631h Obchodní název: Duron Komentář: Levnější jádro s cca. o 10% nižším výkonem na stejné frekvenci než Thunderbird. Průměrné zahřívání, frekvenční strop kolem 1 GHz. Palomino Frekvence: 1.0 GHz až 1.73 GHz Level 2 cache: 256kB Uvedení: jaro 2001 Výrobní technologie: 180nm Frekvence FSB: 133 MHz Rozměry jádra: 11.7 mm * 11.0 mm Revize / CPUID: A0 / 660h, A2 / 661h, A5 / 662h Obchodní název: Athlon XP Komentář: Vylepšená verze Thunderbirdu s typicky čtvercovým jádrem. Na stejné frekvenci je výkon vyšší asi o 10%, přičemž se o maličko méně zahřívá, přesto však stále velmi intenzivně. Maximální frekvence asi 1.8 GHz. Morgan Frekvence: 1.0 GHz až 1.3 GHz Level 2 cache: 64kB Uvedení: srpen 2001 Výrobní technologie: 180nm Frekvence FSB: 100 MHz Rozměry jádra: 11.7 mm * 9.0 mm Revize / CPUID: A0 / 670h, A1 / 631h Obchodní název: Duron Komentář. Odvozenina od jádra Palomino s o několik procent nižším výkonem. Vyšší zahřívání než starší Spitfire a poměrně slabé možnosti přetaktování - maximum cca. 1.3 GHz. Thoroughbred (Applebred) Frekvence: 1.4 GHz až 2.16 GHz Level 2 cache: 256kB Uvedení: srpen 2002 Výrobní technologie: 130nm Frekvence FSB: 133, 166 MHz Rozměry jádra: 7.3 mm * 11.0 mm (revize A0), 7.5 mm * 11.3 mm (revize B0) Revize / CPUID: A0 / 680h, B0 / 681h Obchodní název: Athlon XP, Sempron

5 Poznámka: Applebred je název pro procesor Duron. Jedná se o jádro Thoroughbred s vypnutou L2 cache (funkční je pouze 64kB). Komentář: Velice povedený čip, ze všech socket A modelů patrně s nejnižším zahříváním (běžně poloviční proti Palomino), frekvenčně také velmi slušný - kolem 2.1 až 2.4 GHz. Výkon identický s jádrem Palomino. Barton (Thorton) Frekvence: 1.83 GHz až 2.20 GHz Level 2 cache: 512kB Uvedení: jaro 2003 Výrobní technologie: 130nm Frekvence FSB: 166, 200 MHz Rozměry jádra: 7.4 mm * 13.6 mm Revize / CPUID: A0 / 6A0h Obchodní název: Athlon XP, Sempron Poznámka: Thorton je jádro Barton s vypnutou polovinou L2 cache (funkční je pouze 256kB). Komentář: Verze Athlonu XP s 512 kb L2 cache. Zahřívání je obvykle o něco málo vyšší než u Thoroughbredu, na druhou stranu je výkon také o pár procent vyšší (avšak nic extra úžasného). Frekvenční potenciál je prakticky identický. AMD - socket 775 AMD Sempron Modelové označení: Sempron 64 Patice: Socket 754 Pracovní frekvence [MHz]: 2000 Frekvence systémové sběrnice [MHz]: 800 Velikost L2 cache [kb]: 256 Pracovní napětí [V]: 1,4 Jádro: Palermo Technologie [µm]: 0.0

6 AMD Athlon 64 Modelové označení: Athlon 64 Patice: Socket 754 Pracovní frekvence [MHz]: 2000 Frekvence systémové sběrnice [MHz]: 800 Velikost L2 cache [kb]: 512 Pracovní napětí [V]: 1,5 AMD socket 939 AMD Athlon 64 Modelové označení: Athlon 64 Patice: Socket 939 Pracovní frekvence [MHz]: 2000 Frekvence systémové sběrnice [MHz]: 1000 Velikost L2 cache [kb]: 512 Pracovní napětí [V]: 1,4 Jádro: Venice AMD - Opteron Modelové označení: Opteron Patice: Socket 939 Pracovní frekvence [MHz]: 2400 Frekvence systémové sběrnice [MHz]: 1000 Velikost L2 cache [kb]: 1024 Pracovní napětí [V]: 1,4 Jádro: Venus AMD Athlon 64 FX Modelové označení: Athlon 64 FX Patice: Socket 939 Pracovní frekvence [MHz]: 2600 Frekvence systémové sběrnice [MHz]: 1000 Velikost L1 cache [kb]: 256 Velikost L2 cache [kb]: 2048 Pracovní napětí [V]: 1.35 Jádro: Toledo

7 AMD Athlon 64 X2 Modelové označení: Athlon 64 X2 Patice: Socket 939 Pracovní frekvence [MHz]: 2200 Frekvence systémové sběrnice [MHz]: 1000 Velikost L2 cache [kb]: 2 x 1024 Pracovní napětí [V]: 1,4 Jádro: Toledo AMD socket 940 AMD-Opteron Modelové označení: Opteron Patice: Socket 940 Pracovní frekvence [MHz]: 2200 Frekvence systémové sběrnice [MHz]: 800 Velikost L2 cache [kb]: 1048 Pracovní napětí [V]: 1,5 Jádro: Hammer Technologie [µm]: 0.13 AMD socket AM2 AMD-Athlon 64 Modelové označení: Athlon 64 Patice: Socket AM2 Pracovní frekvence [MHz]: 2400 Frekvence systémové sběrnice [MHz]: 1000 Velikost L2 cache [kb]: 512 Jádro: Orleans

8 Intel socket 478 Intel Celeron D Modelové označení: Celeron D Patice: Socket 478 Pracovní frekvence [MHz]: 3200 Frekvence systémové sběrnice [MHz]: 533 Velikost L1 cache [kb]: 16 Velikost L2 cache [kb]: 256 Pracovní napětí [V]: 1,4 Jádro: Prescott Intel socket 479 Intel Celeron M Modelové označení: Celeron M Patice: Socket 479 Pracovní frekvence [MHz]: 1400 Frekvence systémové sběrnice [MHz]: 400 Velikost L1 cache [kb]: 64 Velikost L2 cache [kb]: 1024 Pracovní napětí [V]: 1,25 Jádro: Dothan Intel Core Duo Modelové označení: Core Duo Patice: Socket 479 Pracovní frekvence [MHz]: 1830 Frekvence systémové sběrnice [MHz]: 667 Velikost L2 cache [kb]: 2048 Pracovní napětí [V]: 1,25 Jádro: Yonah Technologie [µm]: 0.065

9 Intel Core Solo Modelové označení: Core Solo Patice: Socket 479 Pracovní frekvence [MHz]: 1660 Frekvence systémové sběrnice [MHz]: 667 Velikost L2 cache [kb]: 2048 Pracovní napětí [V]: 1,25 Jádro: Yonah Technologie [µm]: Intel Pentium M Modelové označení: Pentium M Patice: Socket 479 Pracovní frekvence [MHz]: 1700 Frekvence systémové sběrnice [MHz]: 400 Velikost L1 cache [kb]: 64 Velikost L2 cache [kb]: 2048 Pracovní napětí [V]: 1,25 Jádro: Dothan Intel socket 775 Intel Celeron Modelové označení: Celeron D Patice: Socket 775 Pracovní frekvence [MHz]: 3330 Frekvence systémové sběrnice [MHz]: 533 Velikost L1 cache [kb]: 16 Velikost L2 cache [kb]: 256 Pracovní napětí [V]: 1.40 Jádro: Prescott

10 Intel Pentium D Modelové označení: Pentium D Patice: Socket 775 Pracovní frekvence [MHz]: 2800 Frekvence systémové sběrnice [MHz]: 800 Velikost L1 cache [kb]: 56 Velikost L2 cache [kb]: 4096 Pracovní napětí [V]: 1.4 Jádro: Presler Technologie [µm]: Intel Pentium 4 Modelové označení: Pentium 4 Patice: Socket 775 Pracovní frekvence [MHz]: 3600 Frekvence systémové sběrnice [MHz]: 800 Velikost L1 cache [kb]: 16 Velikost L2 cache [kb]: 2048 Pracovní napětí [V]: 1.4 Jádro: Prescott 2M

11 Modelové ozn. Patice Jádro Techn. Frekvence FSB L1/L2 cache Napětí Cena [µm] AMD Sempron Soc. A Thoroughbred MHz /256 1,6 V 2 707,- Kč AMD Sempron 64 Soc. 754 Palermo MHz /256 1,4 V 2 861,- Kč AMD Athlon 64 Soc MHz /512 1,5 V 3 249,- Kč AMD Athlon 64 Soc. 939 Winchester MHz /512 1,4 V 4 534,- Kč AMD Athlon 64 Soc. 939 Venice MHz /512 1,4 V 5 593,- Kč AMD Athlon 64 Soc. 939 San Diego MHz /1024 1,4 V 6 650,- Kč AMD Opteron Soc. 939 Venus 0, MHz /1024 1,4 V 5 243,- Kč AMD Opteron Soc. 939 San Diego MHz /1024 1,4 V 6 312,- Kč AMD Opteron Soc. 939 JackHammer MHz /2048 1,4 V ,- Kč AMD Athlon 64 X2 Soc. 939 Manchester MHz /2x512 1,4 V 8 918,- Kč AMD Athlon 64 X2 Soc. 939 Toledo MHz /2x1024 1,4 V ,- Kč AMD Athlon 64 FX Soc. 939 San Diego MHz /1024 1,5 V ,- Kč 55 AMD Athlon 64 FX Soc. 939 Toledo MHz /2048 1,35 V ,- Kč 60 AMD Opteron Soc. 940 Hammer MHz /1024 1,5 V 5 117,- Kč AMD Sempron 64 Soc.AM2 Manilla MHz 800 / ,- Kč AMD Athlon 64 Soc.AM2 Orleans MHz 1000 / ,- Kč AMD Athlon 64 X2 Soc.AM2 Windsor MHz 1000 /2x ,- Kč AMD Athlon 64 FX 62 Soc.AM2 Windsor MHz 1000 /2x ,- Kč Modelové ozn. Patice Jádro Tech n. [µm] Frekvence FS B L1/L2 cache Napětí Cena Intel Celeron D Soc.478 Prescott MHz /256 1,4 V 2 084,- Kč Intel Celeron D Soc.775 Prescott MHz /256 1,4 V 2 413,- Kč Intel Pentium D Soc.775 Presler MHz /4096 1,4 V 6 030,- Kč Intel Pentium D Soc.775 Presler MHz /4096 1,4 V ,- Kč Intel Pentium 4 Soc.775 Prescott MHz /1024 1,4 V 3 189,- Kč Intel Pentium 4 Soc.775 Prescott 2M MHz /2048 1,4 V 5 021,- Kč Intel Pentium 4 Soc.775 Prescott 2M MHz /2048 1,4 V ,- Kč Intel Pentium BTX Soc.775 BTX Prescott 2M MHz /2048 1,4 V 6 387,- Kč Intel Celeron M Soc.479 Dothan MHz /1024 1,25 V 2 451,- Kč Intel Pentium M 745 Soc.479 Dothan MHz /2048 1,25 V 6 977,- Kč Intel Pentium M 760 Soc.479 Dothan MHz /2048 1,25 V 8 486,- Kč Intel Pentium M 780 Soc.479 Dothan MHz /2048 1,25 V ,- Kč Intel Core Solo T1300 Soc.479 Yonah MHz /2048 1,25 V 5 796,- Kč Intel Core Duo T2300 Soc.479 Yonah MHz /2048 1,25 V 6 933,- Kč Intel Core Duo T2600 Soc.479 Yonah MHz /2048 1,25 V ,- Kč Já osobně upřednostňuji procesory firmy AMD, jsou podle mě lepší (podávají lepší výkony v graf. operacích a mají rychlejší bitrate).v současnost bych doporučil k nákupu nějaký procesor do nového societu od AMD AM2 je to nová platforma, která má dalekou budoucnost.