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Forum: FPGA, VHDL & Co. Warum Prozessoren haben verschidene Frequenzen?


Autor: Jonathan Swift (psihodelia)
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Ich verstehe nicht, warum z.B. Intel hat eine menge von absolut gleichen 
Prozessoren (65nm) mit unterschiedliche Frequenzen. Prinzipiell wo liegt 
den Unterschied drin im Baustein? Haben die schnellere Modelle mehr 
Registern (fuer Pipelining) und daraus mehr Flaeche (was auch den Price 
beeinfluesst) oder?

PS: Und das ist ein richtiges Forum, da FPGA-Leute die Antwort besser 
als andere kennen. Hoffentlich.

Autor: Andreas K. (a-k)
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(1) Die ICs sind zwar von der gleichen Fertigung, die unterliegt aber 
deutlichen Schwankungen.

(2) Es gibt einen Markt für schnelle Prozessoren in dem man hohe Preise 
verlangen kann. Und es gibt einen Markt für langsamere, in dem auf den 
Preis geachtet wird.

Man darf davon ausgehen, dass sich das im Laufe des Lebens einer 
bestimmten Fertigung von (1) zu (2) entwickelt, da sie zunehmend 
perfektioniert wird.

Autor: Sebastian (Gast)
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Nein, Fertigungsschwankungen. Die werden als ein Typ hergestellt und 
nach Qualität selektiert.

Autor: Sebastian (Gast)
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Schon wieder zu langsam... ;(

Autor: Jonathan Swift (psihodelia)
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Ich glaube, die schnellere Modelle haben einfach mehr Flip-Flops drin. 
Mehr Flip-Flops => grosse Flaeche. Grosse Flaeche => Preiserhoehung. Mit 
Hilfe von Flip-Flops man versucht den Krytischen Pfad kuerzer machen, 
d.h. der Baustein mit hoherem Frequenz getaktet werden darf.

Autor: Matthias F. (flint)
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Du hast Deine Antwort eh schon bekommen. Fertigungstoleranzen sind ein 
wichtiger Punkt, glaub mir, ich hab inzwischen genug SEM-Bilder von 
Lithographie-Ergebnissen gesehen.

Es gibt aber auch noch andere Unterschiede, so hatte der Celeron damals 
afaik primär weniger Cache mit an Bord.

Autor: Jonathan Swift (psihodelia)
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Matthias F. wrote:
> Du hast Deine Antwort eh schon bekommen. Fertigungstoleranzen sind ein
> wichtiger Punkt, glaub mir, ich hab inzwischen genug SEM-Bilder von
> Lithographie-Ergebnissen gesehen.
>
> Es gibt aber auch noch andere Unterschiede, so hatte der Celeron damals
> afaik primär weniger Cache mit an Bord.

Ich kann nicht verstehen, wie kann Fertigungstoleranz die Frequenzen 
beeinfluessen? Heist das auch dass die Dies sind strukturell alle 
gleich? Nur Silizium-Wafer Qualitaet ist unterschiedlich, oder?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Bei einem Wafer gibt es Mitten und Randbereiche. Und da kann z.B. die 
Dotierung minimalst unterschiedlich sein. Da die CPUs ziemlich am Limit 
betrieben werden, beeinflusst sowas die maximale Frequenz.

Autor: Jonathan Swift (psihodelia)
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Benedikt K. wrote:
> Bei einem Wafer gibt es Mitten und Randbereiche. Und da kann z.B. die
> Dotierung minimalst unterschiedlich sein. Da die CPUs ziemlich am Limit
> betrieben werden, beeinflusst sowas die maximale Frequenz.

Heist das dass die Dies strukturell alle gleich sind?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Die CPUs verschiedener Geschwindigkeitsklassen sind alle gleich, wie 
schnell sie am Ende sein werden, entscheidet sich erst beim Test nach 
der Fertigung.

Autor: Andreas K. (a-k)
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Es geht hier um Fertigungstechnik direkt an der Grenze des Möglichen. 
Kaum kriegt man die 65nm-Technik einigermassen dazu, ab und zu mal ein 
funktionierendes Exemplar auszuwerfen, schon gibt's die ersten 
Benchmarks und viel Marketing-Bohei und so bald als möglich eine 
Produktion. Das diese Produktion erhebliche Abweichungen in den 
Exemplaren mit sich bringt, liegt in der Natur der Sache.

Mit den Jahren wird diese Fertigung immer stabiler und zuverlässiger. 
Nur ist der Druck bei PC-Prozessoren so gross, dass man zu diesem 
Zeitpunkt schon am Anfang der nächsten Fab-Technik steht. Zu diesem 
Zeitpunkt sind dann sehr viele hergestellte Exemplare im oberen Bereich 
der Frequenzskala angesiedelt. Nun werden viele davon runtergestuft und 
als langsame Exemplare verkauft um das Preisniveau im oberen Segment 
nicht zu verderben.

Bei Microcontrollern ist die Situation anders. Die werden häufig in 
alter Technik hergestellt, mit gut eingefahrenen Fabs und hoher 
Ausbeute. Zudem ist der Performancedruck nicht annähernd so hoch, daher 
findet man da selten mehr als 2 Klassen, wenn überhaupt. Es lohnt nicht, 
bis an die Grenzen zu gehen um alle 5-10% eine neue Frequenzklasse zu 
verkaufen. Der Aufwand für Tests und Klassifizierung wäre höher als der 
dadurch erzielte Gewinn - je dichter man an die technische Grenze geht, 
desto kritischer und umfangreicher müssen die Tests werden, und bei ICs 
für die der Hersteller 35 Cent kriegt lohnt das nicht.

Autor: Pragmaticker (Gast)
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Also innerhalb einer Klasse sollten die CPUs strukurell gleich sein.
Dann ist es
a) Marketing
b) fertigungsunterschiede
c)Test
die unterschiedl. Frequenzausdrücke bestimmen.

Die Frequenzklasse sagt nur das die CPU mit dieser frequenz läuft, aber 
nicht das es die höchste ist, die die CPU schafft.

Werden eben nur 1Ghz cpu's geordertwird die charge nur auf 1 Ghz 
geteteset
und gut ist. Könnten zwar ein paar High Performer dabei sein, aber wer 
will die chips mehrmals testen. Zeit ist Geld.

Und wie die Vorredner schon sagten, man weiss nie 100% wie gut der Chip 
wird, das sind zuviele parameter. Intel kopiert zwar Fabriken 1:1, aber 
kann auch nicht garantieren, das sie Chips gleiche Qualität haben.

Autor: Pragmaticker (Gast)
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Man kann ellerdings z.B. durch Mapping-änderungen (register balancing) 
oder besseres Layout bei gleicher Funktion die max. taktfrequenz 
hochtreiben. Muss man aber neue Masken machen. Oder mit leichter 
funktionaler Änderung (pipelinestufen). So was wird gern in FPGA-Designs 
gemacht.

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