CPU-Reviews sind kompliziert. Bevor Sie zu den Leistungsbenchmarks gelangen, müssen Sie sich durch ein Labyrinth von Begriffen wie Silizium, Die, Gehäuse, IHS und sTIM navigieren. Das ist viel Jargon mit wenig Erklärung. Wir werden die wichtigsten Teile einer CPU definieren, über die PC-Enthusiasten am meisten diskutieren.
Bitte beachten Sie, dass dies kein tiefer Tauchgang sein soll, sondern eine Einführung in die gängige Terminologie für angehende CPU-Freaks.
Beginnen Sie mit dem Silizium
Vor mehr als 10 Jahren teilte Intel die Grundlagen der Herstellung seiner Prozessoren mit, von den Rohstoffen bis zum fertigen Produkt. Wir verwenden diesen Prozess als grundlegendes Framework, wenn wir uns die Schlüsselkomponente einer CPU ansehen: den Chip.
Das erste, was eine CPU braucht, ist Silizium. Dieses chemische Element ist der häufigste Bestandteil von Sand. Intel beginnt mit einem Silizium-Ingot und schneidet ihn dann in dünne Scheiben, sogenannte Wafer.
Anschließend werden die Wafer zu einer „spiegelglatten Oberfläche“ poliert und dann beginnt der Spaß! Das Silizium verwandelt sich vom Rohstoff in ein elektronisches Kraftpaket.
Die Siliziumwafer erhalten ein Photoresist-Finish. Dann werden sie UV-Licht ausgesetzt, geätzt und erhalten eine weitere Schicht Fotolack. Schließlich werden sie mit Kupferionen übergossen und poliert. Dann werden Metallschichten hinzugefügt, um alle winzigen Transistoren zu verbinden, die an dieser Stelle auf dem Wafer vorhanden sind. (Wie bereits erwähnt, behandeln wir hier nur die Grundlagen).
Jetzt kommen wir zu dem Punkt, der uns wichtig ist. Der Wafer wird auf Funktionalität getestet. Wenn es bestanden wird, wird es in kleine Rechtecke geschnitten, die als Würfel bezeichnet werden. Jeder Chip kann mehrere Prozessorkerne sowie einen Cache und andere Komponenten einer CPU aufweisen. Nach dem Schneiden werden die Dies erneut getestet. Diejenigen, die bestehen, sind für die Ladenregale bestimmt.
Der Siliziumchip für einen Intel Core Prozessor der 10. Generation.
Das ist alles, was ein Chip ist: ein kleines Stück Silizium voller Transistoren, das das Herz jedes Prozessors ist. Jedes andere physische Teil hilft diesem kleinen Stück Silizium, seine Arbeit zu tun.
Aber hier ist der Clou: Je nach Prozessor kann eine CPU entweder einen oder mehrere Siliziumchips haben. Ein Chip bedeutet, dass sich alle Komponenten des Prozessors wie Kerne und Cache auf einem einzigen Stück Silizium befinden. Mehrere Matrizen haben Verbindungsmaterial zwischen sich.
Es gibt keine einfache Möglichkeit, mit Sicherheit festzustellen, ob eine bestimmte CPU über einen oder mehrere Dies verfügt. Es liegt am Hersteller.
Intel ist dafür bekannt, einen einzigen Chip für seine Consumer-Prozessoren zu verwenden. Dies wird als monolithisches Design bezeichnet. Der Vorteil eines monolithischen Designs ist eine höhere Leistung, da sich alles auf dem gleichen Die befindet und die Kommunikation kaum verzögert wird.
Es ist jedoch schwieriger, Fortschritte zu erzielen, wenn immer kleinere Transistoren auf die gleiche Siliziumgröße gepackt werden müssen. Es ist auch schwieriger, einzelne Dies zu produzieren, die mit allen Kernen feuern – insbesondere, wenn wir über acht oder 10 Kerne sprechen.
Das Layout für einen AMD Threadripper Prozessor mit mehreren CCXs.
Dies steht im Gegensatz zu AMD. Das Unternehmen stellt einige monolithische Prozessoren her, aber seine Ryzen 3000-Desktop-Serie verwendet kleinere Silizium-Chiplets, die derzeit vier Kerne auf dem Silizium haben. Diese Chiplets werden als Kernkomplex oder CCX bezeichnet. Sie werden zusammengepackt, um einen größeren Core Complex Die (CCD) zu bilden. Dieser CCD ist das, was in AMDs Sprachgebrauch als Würfel gilt. Es sind mehrere kleine Silizium-Chiplets, die zu einer funktionierenden CPU verbunden sind.
AMD-Prozessoren haben auch einen von den CCDs getrennten Silizium-Die, der als I/O-Die bezeichnet wird. Wir werden hier nicht auf die Details eingehen, aber Sie können hier mehr darüber lesen Artikel vom Juni 2019 von TechPowerUp.
Angesichts der Komplexität, funktionierende Silizium-Dies zu erstellen, ist es offensichtlich viel einfacher, eine kleinere Einheit mit vier Kernen zu erstellen, als einen einzelnen Die mit 10 Kernen.
Das CPU-Paket
Sobald der Würfel fertig ist, braucht es etwas Hilfe, um mit dem Rest eines Computersystems zu sprechen. Dies beginnt normalerweise mit einem kleinen, grünen Brett, das oft als Substrat bezeichnet wird.
Wenn Sie eine fertige CPU umdrehen, hat die Unterseite der grünen Platine goldene Kontakte (oder Pins, je nach Hersteller). Diese Kontakte oder Pins passen in den Sockel eines Motherboards und ermöglichen der CPU, mit dem Rest des Systems zu kommunizieren.
Wenn wir zurück in unseren Prozessor springen, haben wir den Siliziumchip noch nicht abgedeckt. Die Hauptkomponente ist hier das Wärmeleitmaterial oder TIM. Das TIM verbessert die Wärmeleitfähigkeit (wichtig für die CPU-Kühlung). Es gibt normalerweise eine von zwei Formen: Wärmeleitpaste oder sTIM (gelötetes Wärmeleitmaterial).
Das TIM-Material kann zwischen CPU-Generationen desselben Herstellers variieren. Sie können nie wirklich wissen, was eine bestimmte CPU hat, es sei denn, Sie lesen CPU-News oder öffnen („delid“) selbst einen fertigen Prozessor. Intel hat beispielsweise von 2012 bis ’18 Wärmeleitpaste verwendet, aber dann begann mit sTIM auf seinen oberen Core-Prozessoren der neunten Generation.
Auf jeden Fall sind dies die Teile, aus denen das Gehäuse besteht: Der Chip, das Substrat und das TIM.
Ein Rendering einer AMD Ryzen CPU. Der Markenname ist auf dem IHS aufgedruckt.
Schließlich gibt es oben auf dem Paket einen integrierten Heatspreader oder IHS. Der IHS verteilt die Wärme von der CPU auf eine größere Oberfläche, um die Temperatur der CPU zu senken. Der CPU-Lüfter oder Flüssigkeitskühler führt dann die auf dem IHS entstehende Wärme ab. Der IHS besteht in der Regel aus vernickeltem Kupfer. Der Name der CPU ist darauf gedruckt, wie oben gezeigt.
Damit ist unsere Tour durch die CPU abgeschlossen. Auch hier ist der Chip das Stück Silizium, das die Prozessorkerne, Caches usw. enthält. Das Paket enthält Chip, PCB und TIM. Und schließlich haben Sie auch ein IHS.
Es steckt noch viel mehr dahinter, aber dies sind die wesentlichen Punkte, auf die sich CPU-Neuigkeiten und -Tests konzentrieren.