Processori e nuovi processi produttivi: una via insidiosa

Processori e nuovi processi produttivi: una via insidiosa

Il passaggio al processo produttivo a 0.09 micron, da poco concluso per Intel e in via di attuazione per AMD, nasconde molti problemi mai sperimentati in precedenza

di Paolo Corsini pubblicata il , alle 14:42 nel canale Processori
IntelAMD
 

Esistono varie tecniche che un produttore di processori può implementare per accrescere la potenza elaborativa dei propri prodotti. Aumentare i quantitativi delle cache di primo e secondo livello, oppure portare la frequenza di lavoro a valori più elevati, sono solo due delle vie più note, tipicamente anche tra le più utilizzate in quanto non richiedono significative modifiche dell'architettura del processore.

Aumentare la frequenza di clock, tuttavia, implica sempre il raggiungimento di limiti propri del processore. Per accrescere la frequenza di funzionamento, infatti, in genere si ricorre ad aumenti del voltaggio di alimentazione, così da permettere al processore di operare stabilmente alle frequenze di lavoro obiettivo. Non è possibile però aumentare il voltaggio a dismisura, in quanto con esso nascono problemi legati sia alla dissipazione termica, sia alla tenuta dei transistor ad operare con un voltaggio superiore a quanto inizialmente specificato.
Gli overclocker conoscono bene questa tecnica, chiamata overvolting: con essa riescono a stabilizzare il funzionamento del proprio processore ad una frequenza superiore a quella di default.

In passato sia AMD che Intel hanno introdotto processori con voltaggio di alimentazione superiore a quello di precedenti versioni, proprio per garantire piena stabilità operativa a frequenze di clock superiori.

Una volta raggiunti i limiti, in termini di frequenza di clock, di uno specifico processo produttivo diventa necessario passare ad uno stepping successivo. Passare dalla produzione a 0.18 micron a quella a 0.13 micron implica che la dimensione dei transistor diminuisce, e con essa anche la distanza alla quale essi operano. Ad una minore dimensione dei transistor si hanno due dirette conseguenze:

  • la superficie del Core del processore diminuisce, quindi diventa possibile costruire più processori per ogni wafer;
  • in genere i requisiti di alimentazione diminuiscono, in primis il voltaggio Core.

Il passaggio ad un processo produttivo più sofisticato, quindi, permette sia di rendere più efficiente la produzione, riducendo nel complesso i costi, sia di avere margini più elevati in termini di frequenza di clock.
Storicamente si è sempre assistito ad una progressiva crescita delle frequenze di clock dei processori a seguito dell'introduzione di nuovi processi produttivi. La storia, tuttavia, spesso si ripete ma a volte propone scenari fino a poco tempo prima inaspettati; è il caso del processo produttivo a 0.09 micron, che sta presentando ai produttori di processori risultati ben differenti da quelli ai quali ci si era abituati.

Intel ha incontrato notevoli difficoltà con il Core Prescott per processori Pentium 4. Previsto al debutto nel corso del 2003, Prescott è stato introdotto a Febbraio 2004 con varie frequenze di clock, ma ancora quest'oggi fatica ad essere reperito sul mercato con frequenze di clock superiori a 3,2 Ghz. Questo è un segno di come sia difficile ottenere buone rese produttive con questo processo a frequenze di clock elevate. Prescott soffre di problemi di leakage della corrente, quindi tende a consumare in modo più che proporzionale al crescere della frequenza di clock. Il funzionamento a clock elevati, quindi, implica una considerevole dissipazione termica, con richieste molto elevate per la circuiteria di alimentazione del processore.

IBM sta incontrando problemi simili con il proprio processo a 0.09 micron, adottato per i nuovi processori G5 a 2,5 GHz. Per queste cpu Apple ha introdotto un sistema di raffreddamento a liquido come soluzione di default, chiaro segno di come il calore generato da questo processore a 0.09 micron sia troppo elevato per garantire piena stabilità operativa con tradizionale raffreddamento ad aria.

Per AMD mancano conferme ufficiali. Il produttore americano, infatti, sta continuando lo sviluppo del proprio processo produttivo a 0.09 micron presso la Fab30 di Dresda, in Germania. Quanto accaduto a Intel e IBM con i propri processi produttivi a 0.09 micron non fa prevedere un passaggio semplice per AMD, che però ha confermato di essere allineata alle proprie previsioni iniziali per lo sviluppo del processo produttivo a 0.09 micron. Il debutto delle prime cpu AMD con processo a 0.09 micron dovrebbe avvenire nel corso del terzo trimestre dell'anno, quindi tra alcuni mesi.

I processori AMD operano a frequenze di clock inferiori a quelli delle soluzioni concorrenti di Intel: l'allineamento prestazionale è ottenuto grazie all'architettura differente, più efficiente a parità di frequenza di clock. Non è dato sapere se AMD potrà sfruttare questo vantaggio, la necessità di utilizzare frequenze di clock inferiori a quelle delle cpu Intel concorrenti, per sfruttare meglio di Intel il passaggio al processo produttivo a 0.09 micron. Come accennato in precedenza, la storia tende a ripetersi e vedendo l'esperienza di Intel e IBM è presumibile che AMD possa incontrare qualche problema con il nuovo processo produttivo: magari di portata assoluta inferiore a quelli che hanno afflitto, e tuttora caratterizzano, il core Pentium 4 Prescott.

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65 Commenti
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nicgalla22 Giugno 2004, 14:58 #1
sono d'accordo con Paolo, AMD potrebbe avere meno problemi perchè il suo K8 ha un IPC più alto di Intel, ma i 2.5 ghz del G5 sono molto vicini alle frequenze attuali degli Athlon 64 e FX... bisogna vedere se la struttura interna del microprocessore consente migliori tolleranze...
Castellese22 Giugno 2004, 15:03 #2
Certo il fatto che però dicano di essere nei tempi e insistano che nulla cambierà nella roadmap mi fa ben sperare. Magari le cose dati i loro ritmi ridotti di crescita di frequenza possono andare bene. Lo scopriremo quando qualcuno tenterà di overcloccare i primi sample a 0.09 (si sà capitano sempre nelle manone luride di qualche smanettone )
Slamdunk22 Giugno 2004, 15:03 #3
Spero che rulli nel mercato il Winchester con 0.09 micron, così quelli a 0.13 costeranno meno 8)
lucusta22 Giugno 2004, 15:24 #4
certo che se si ostinano a risparmiare qualche mm2 senza dare "aria" ai transistor non vedo come possano ottenere risultati decenti..
analiticamente i watt che sprigionano queste CPU sono sempre piu' alti, anche se il processo diminuisce (leakage della corrente non consente di abbassare il voltaggio), ma la loro superficie di scambio diminuisce sempre di piu'; logica vuole che se si e' raggiunto un certo limite di dissipazione l'unica cosa sarebbe di aumentare la superficie di scambio: dissipatori, sistemi piu' performanti tipo quello apple, ma anche suerfice utile di interscambio, ossia la grandezza del die.
Speravo che con il 775 le cose si aggiustassero, ma ancora la vedo buia per intel..
con il 775 era probabile che intel avesse messo piu' punti di alimentazione perche' le distaze (in rappporto all'alimentazione) tra' i vari transistors erano superiori, ma i prescott credo che abbiano la stessa alimentazione sia con il vecchio socket che con il nuovo, percio' questo vantaggio sembra svanito, percio' il problema non era troppa corrente in pochi punti, ma troppe interferenze che costringono ad aumentare il voltaggio..
forse e' anche dovuto all'uso di wafer da 12"? o si usano ancora gli 8" per queste CPU? forse bisognerebbe scendere anche con la dimensione dei wafer, per riuscire ad avere piu' precisione?
se s'incontrano tutti qquesti problem a 0.09, a 0.065 non oso pensare quanto tempo ci vorra'...
lasa22 Giugno 2004, 15:25 #5
A questo punto AMD ha una grossa occasione da giocarsi...vedremo come andrà......
atomo3722 Giugno 2004, 15:38 #6
per quanto riguarda l'aumento delle quantità delle cache è sempre complicato capire se e quanto questo migliori le prestazioni del processore.
Fabio_si22 Giugno 2004, 15:46 #7
Quando si parla di AMD non si parla mai dell'architettura SOI. E' curioso anche perchè in passato se ne parlava come se doveva essere il vero toccasana per l'innalzamento delle frequenze di clock. Adesso invece a me sembra un buco nell'acqua : le frequenze dei processori AMD sono sempre alquanto bassine (rispetto ad Intel) e non sembra ci siano essere dei vantaggi neanche col processo a 0,09 micron.
Kuarl22 Giugno 2004, 16:04 #8
il silenzio di amd per certi versi può essere preokkupante, come potrebbe essere un segno positivo...

anche se io penso che se le cose non vanno bene non stanno certo li a dircelo, rovinerebbero il loro periodo positivo agli occhi del mercato. Poi anche se sono nelle loro stime iniziali, alla amd ci stanno mettendo molto + tempo per sviluppare questa tecnologia.

Vedremo!
Necromachine22 Giugno 2004, 16:05 #9
Originariamente inviato da Fabio_si
Quando si parla di AMD non si parla mai dell'architettura SOI. E' curioso anche perchè in passato se ne parlava come se doveva essere il vero toccasana per l'innalzamento delle frequenze di clock. Adesso invece a me sembra un buco nell'acqua : le frequenze dei processori AMD sono sempre alquanto bassine (rispetto ad Intel) e non sembra ci siano essere dei vantaggi neanche col processo a 0,09 micron.


Anche sul lato intel non è che vada meglio ... la tanto decantata "Strained Silicon" non mi sembra stia aiutando molto ...

Sarei proprio curioso di vedere se l'introduzione dei Low-K (come nelle nuove schede ATI) porterà miglioramenti più tangibili ...
Marino522 Giugno 2004, 16:11 #10
credo che la soluzione sia da cercare in diversi tipi di materiali prima e di un radicale cambio di architettura poi.. ovvio che questo costa parecchio e di conseguenza è altrettatnto ovvio che i grandi produttori cercano quanto più possibile di sfruttare le attuali tecnologie..

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