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    Erklärer: Was ist Chip-Binning?
    Vor 2 Tagen und 5 Stunden

    Einkaufskürzel:

    Sie haben gerade eine neue CPU oder Grafikkarte gekauft und in Ihrem PC gestartet. Es scheint ziemlich cool zu laufen, also versuchen Sie es ein wenig übertakten. Das GHz steigt immer höher und es sieht so aus, als hätten Sie etwas Besonderes. So soll es doch sicher nicht sein?

    Sie eilen also ins Internet, um Ihre Begeisterung über den Gewinn des Silizium-Jackpots zu teilen, und innerhalb weniger Posts behauptet jemand, dass Sie es selbst geschafft haben ein weggeworfener Chip.

    Wenn Sie sich nun einen Ingenieur vorstellen, der in einem Mülleimer herumwühlt und stolz ein goldenes Ticket herauszieht, dann müssen Sie diese Erklärung unbedingt lesen! Willkommen in der magischen Welt der Prozessorherstellung und des Chip-Binnings.

    Wafers zum Sterben

    Alle Chips bestehen aus Scheiben aus ultrareinem Silizium, geschichtet mit Metallen, Isolatoren und halbleitenden Materialien, egal ob es sich um eine Standard-CPU, einen spezialisierten Grafikprozessor oder einen DRAM handelt, der zum Systemspeicher wird. Der gesamte Prozess ist enorm komplex und die Fertigungsanlagen, die erforderlich sind, um die neuesten Chips in großen Mengen herzustellen, kosten Milliarden von Dollar.

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    In einer modernen Chipfabrik. Quelle: TSMC

    Diese Discs sind als Wafer bekannt und Intel, GlobalFoundries und TSMC produzieren jedes Jahr Millionen davon. Es werden Werkzeuge höchster Qualität benötigt, um sicherzustellen, dass das Endprodukt den ultrapräzisen Plänen der Ingenieure entspricht, die die Chips entworfen haben.

    Um alles so perfekt wie möglich zu halten, werden die Produktionsbereiche der Fabriken stehen leicht unter Druck, um in der Luft befindliche Bakterien und Staubpartikel aus den Räumen fernzuhalten. Arbeiter tragen Schutzkleidung, um sicherzustellen, dass so wenig Hautzellen und Haare in die Maschinen gelangen können.

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    Die sauberste Fabrik der Welt? Quelle: Intel

    Ein fertiger Wafer ist etwas Schönes und unglaublich wertvoll. Die Herstellung jedes einzelnen kostet Tausende von Dollar, und der gesamte Herstellungsprozess – vom Siliziumbarren bis zum Produkt – dauert von Anfang bis Ende Monate. Jeder Chip (auch bekannt als Würfel), der von der Scheibe genommen und verkauft werden kann, ist von entscheidender Bedeutung, um das dafür ausgegebene Geld zurückzubekommen.

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    Ein 11,8 Zoll (300 mm) Wafer mit Intel Core der 9. Generation Prozessoren

    Um sie herauszubekommen, wird der Wafer mit einer Diamantsäge in Scheiben geschnitten, aber ein angemessener Prozentsatz davon ist völliger Schrott, da die Chips entlang der Kante einfach nicht vollständig sind. Etwa 5 bis 25 % des Wafers (die Menge hängt stark von der Größe des Chips ab) werden weggeworfen.

    Der Rest wird dann auf einem Leiterplattenpaket montiert und möglicherweise mit einer Hitze bedeckt Spreader, um letztendlich die CPU zu werden, mit der wir alle vertraut sind.

    Kern(un)gleichheit

    Schauen wir uns eine an von Intels relativ modernen Prozessoren - dem alten Flaggschiff Core i9-10900K, das über 10 Kerne und eine integrierte GPU verfügt. Das Foto unten zeigt, wie wir solche PC-Komponenten normalerweise kennen und sehen, aber wenn wir den Heatspreader entfernen und eine Reihe von Werkzeugen verwenden könnten, um in die Eingeweide des Chips einzudringen, würde es ganz anders aussehen.

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    Die eigentliche CPU ist ein Stadtbild aus Logikblöcken, SRAM-Speichern, Schnittstellen und Kommunikationsbussen – allein auf einem Chip befinden sich Milliarden einzelner elektronischer Komponenten, die alle in synchronisierter Harmonie arbeiten.

    Dieses beschriftete Bild hebt einige der wichtigsten Bereiche hervor – ganz links befindet sich das I/O-System, das den DDR4-SDRAM-Speicher, PCI Express und Display-Controller enthält. Ebenfalls darin verpackt ist das System, das den Kommunikationsring für alle Kerne verwaltet. Direkt über dem I/O-Bereich befindet sich die Schnittstelle für den Systemspeicher und auf der anderen Seite des Dies sehen wir den integrierten Grafikchip, die GPU. Egal welchen Intel Core Prozessor Sie bekommen, diese 3 Teile sind alle vorhanden.

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    Zwischen all diesen befinden sich die CPU-Kerne. Jeder ist eine Kopie des anderen, voller Einheiten, um Zahlen zu berechnen, Daten zu verschieben und zukünftige Anweisungen vorherzusagen. Auf beiden Seiten eines Kerns befinden sich zwei Streifen Level-3-Cache (die unteren Ebenen befinden sich tief im Inneren des Kerns), von denen jeder 1 MB Hochgeschwindigkeitsspeicher bietet.

    Man könnte meinen, dass Intel einen neuen Wafer herstellt für jede CPU, die sie verkaufen, aber eine einzelne \'i9-10900\'-Disc produziert Chips, die potenziell in einem der folgenden Modelle enden können:

    Modell # Kerne # Threads Basistakt Alle Kerne Turbo Turbo Boost Total L3-Cache PL1 TDP i9-10900K 10 20 3,7 4,8 5,1 20 125 i9-10900KF 10 20 3,7 4,8 5,1 20 125 i9-10900 10 20 2,8 4,5 5,0 20 65 i9-10900F 10 20 2,8 4,5 5,0 20 65 i9-10900T 10 20 1,9 3,7 4,5 20 35 i7-10700K 8 16 3,8 4,7 5,0 16 125 i7-10700KF 8 16 3,8 4,7 5,0 16 125 i7-10700 8 16 2,9 4,6 7,7 16 65 i7-10700F 8 16 2,9 4,6 4,7 16 65 i7-10700T 8 16 2,0 3,7 4,4 16 35 i5-10600K 6 12 4,1 4,5 4,8 12 125 i5-10600K 6 12 4,1 4,5 4,8 12 125 i5-10600 6 12 3,3 4,4 4,8 12 65 i5-10600T 6 12 2,4 3,7 4,0 12 35 i5-10500 6 12 3,1 4,2 4,5 12 65 i5-10500T 6 12 2,3 3,5 3,8 12 35 i5-10400 6 12 2,9 4,0 4,3 12 65 i5-10400F 6 12 2,9 4,0 4,3 12 65 i5-10400T 6 12 2,0 3,2 3,6 12 35

    Der \'Basistakt\', gemessen in GHz, ist die niedrigste garantierte Frequenz, die Der Chip läuft, egal unter welcher Last er steht. Der \'All Core Turbo\' ist die maximale Frequenz, mit der alle Kerne zusammen laufen können, aber nicht unbedingt sehr lange. Bei \'Turbo Boost\' ist es ähnlich, nur sind dies nur 2 Kerne.

    PL1 TDP steht für Power Level 1 - Thermal Design Power. Gibt an, wie viel Wärme die CPU erzeugt, während sie unter jeder Last mit ihrem Basistakt läuft. Es kann viel mehr als das schaffen, aber es begrenzt die Geschwindigkeit, mit der der Chip läuft, und wenn er an ein Motherboard angeschlossen ist, können die Designer von ihnen die Leistung des Chips begrenzen, um dies zu verhindern.

    Modelle mit Codes, die mit einem F enden, haben eine deaktivierte GPU; K zeigt an, dass es ein entsperrtes Taktsystem hat (damit Sie es leicht übertakten können), und T steht für geringen Stromverbrauch. Dies sind nur die Desktop-CPUs - einige werden als Xeons enden, Prozessoren für den professionellen Markt, in Form von Workstations oder kleinen Servern.

    Das sind also 19 Modelle aus nur einem Design - - wie und warum werden aus einem einzelnen Chip so viele verschiedene Typen?

    Es ist eine unvollkommene Welt

    So unglaublich wie Chipfabriken sind, weder sie noch die verwendete Technik und Materialien sind zu 100% perfekt. Es wird immer einige Nanopartikel von Detritus geben, entweder innerhalb der Pflanze oder tief im Inneren des verwendeten Rohsiliziums und der verwendeten Metalle. Egal wie sehr sie sich bemühen, Hersteller können sie nicht ganz sauber und rein herstellen.

    Und wenn Sie versuchen, Komponenten aufzubauen, die so klein sind, dass Sie nur leistungsstarke Elektronenmikroskope können sehen, nichts verhält sich so, wie es sollte. Unten in der Nanometer-Welt wird das Quantenverhalten viel deutlicher und Zufälligkeit, Rauschen und andere Störungen tun ihr Bestes, um das heikle Spiel des Chip-Jenga zu stören. All diese Probleme wirken sich gegen Prozessorhersteller aus und die Endergebnisse werden als Defekte eingestuft.

    Nicht alle Defekte sind schwerwiegend – sie können nur dazu führen, dass ein bestimmter Abschnitt des Chips heißer wird als er sollte, aber Wenn es wirklich schlecht ist, kann ein ganzer Abschnitt kompletter Müll sein. Das erste, was die Hersteller tun, ist, die Wafer zu scannen, um die Defekte überhaupt zu erkennen.

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    Bildvergleich vs. Lichtstreuungsmethoden zum Auffinden von Defekten. Bild: Hitachi High-Tech

    Maschinen, die diesen Problemen auf die Spur kommen, werden verwendet, nachdem ein Wafer hergestellt wurde, aber bevor er in die einzelnen Chips geschnitten wird. Die Chips oder ganze Wafer, bei denen Probleme auftreten, werden markiert, sodass sie zur weiteren Untersuchung beiseite gelegt werden können.

    Aber selbst diese Schritte werden nicht jeden kleinen Schönheitsfehler und Fehler abfangen, also nach Die Siliziumstücke werden aus dem Wafer geschnitten und auf ihre Verpackungen montiert, jeder von ihnen geht zu noch mehr Tests.

    Nicht alle Behälter lagern Müll

    Wenn Intel und andere sich hinsetzen, um die Qualität ihrer Prozessoren zu überprüfen, stellen sie die Chips so ein, dass sie mit einer festgelegten Spannung und einer bestimmten Taktfrequenz laufen; Während der Chip eine Reihe von Benchmarks durchläuft, die alle verschiedenen Bereiche belasten, werden die verbrauchte elektrische Leistung und die erzeugte Wärme sorgfältig gemessen.

    Sie werden feststellen, dass einige Chips genau so laufen erforderlich, während andere besser oder schlechter sind.

    Einige Chips benötigen möglicherweise eine höhere Spannung, um vollständig stabil zu sein, das Innere anderer Chips kann zu viel Wärme erzeugen und wahrscheinlich erreichen einige einfach nicht die erforderliche Standards Punkt.

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    Zusammenbau von Prozessoren vor der abschließenden Prüfung und Inspektion

    Es werden ähnliche Untersuchungen wie bei den Prozessoren durchgeführt, bei denen Mängel festgestellt wurden, aber bevor dies durchgeführt wird, werden zusätzliche Überprüfungen durchgeführt, um zu sehen, welche Abschnitte des Chips noch funktionieren und welche Bits Schrott sind.

    Das Endergebnis ist, dass die nützliche Ausgabe eines Wafers, die als Ausbeute bezeichnet wird, eine Reihe von Dies erzeugt, die sie können nach Funktionsteilen, stabilen Taktfrequenzen, benötigter Spannung und Heizleistung kategorisiert werden. Der Name für dieses Sortierverfahren? Chip-Binning.

    Es werden keine Würfel in große Plastikbehälter geworfen - der Begriff stammt aus der Statistik, wo eine Verteilung von Zahlen in Gruppen organisiert werden kann, die als Behälter bezeichnet werden. Bei Bevölkerungsumfragen zur Altersverteilung könnten beispielsweise die Kategorien 0 bis 5 Jahre, 6 bis 10, 11 bis 16 usw i9-10900K-Beispiel, einige der Bins wären für die Anzahl der Arbeitskerne, den Taktfrequenzbereich, in dem die CPU stabil ist, und die Wärmeabgabe bei einem bestimmten Takt.

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    Stellen wir uns vor, ein Core Der i9-10900-Chip wurde gründlich getestet und weist, wie oben erwähnt, einige schwerwiegende Mängel auf. Zwei der Kerne und die GPU sind so stark beschädigt, dass sie einfach nicht richtig funktionieren können.

    Intel würde dann die Kaput-Sektionen deaktivieren und sie als Chip für den Core i7-10700 kennzeichnen Reihe, insbesondere ein F-Modell. Aber dann muss es auf Taktraten, Leistung und Stabilität getestet werden. Wenn der Chip die erforderlichen Ziele erreichte, blieb er als i7, aber wenn er diese Ziele nicht ganz erreichen könnte, könnten weitere 2 Kerne deaktiviert und der Chip stattdessen für ein Core i5-Modell verwendet werden.

    Alles in allem verbessert Chip-Binning die Ausbeute eines Wafers massiv, da mehr Dies verwendet und verkauft werden kann.

    Im Fall der Core-Prozessoren der 10. Generation hatte Intel einen separaten Waferdesign für die Core i5-, i3- und Pentium/Celeron-Reihen. Diese beginnen als 6-Kern-Chips und werden dann direkt in 2-Kern-Angebote unterteilt.

    Die Produktnachfrage kann die Produktionskapazität oft übersteigen, weshalb die 10-Kern-Wafer verwendet werden, um Bestellungen zu erfüllen. Teilweise sind bei einwandfrei funktionierenden Werkzeugen Sektionen abgeschaltet, nur um genügend Leistung aus den Fabriken zu gewährleisten. Das bedeutet, dass es sich um ein Silizium-Lotteriespiel handelt, welchen Würfel Sie beim Kauf eines bestimmten Modells tatsächlich erhalten.

    Alles in allem verbessert Chip-Binning die Ausbeute eines Wafers massiv, weil es bedeutet, dass mehr Werkzeuge verwendet und verkauft werden können. Ohne sie wären Intels eigentliche Mülleimer mit Siliziumresten überfüllt.

    Sind CPUs nicht speziell?

    Wie so viele Begriffe In der Computertechnik ist Chip-Binning zu einem Synonym für etwas anderes als seine ursprüngliche Bedeutung geworden. Online-Shops verkaufen manchmal handverlesene, spezielle CPUs (solche, die auf ein wahnsinniges Niveau übersteuern oder kühler laufen als die Oberfläche von Pluto) als \'binned CPUs\'. Die Realität ist, dass alle Chips in Bins sortiert werden, einfach weil sie es sein müssen.

    Natürlich gibt es nichts, was einen Einzelhändler davon abhält, die Chips, die sie kaufen, in Bins zu sortieren: Binned-binned CPUs, irgendjemand?

    AMD- und Intel-Prozessoren müssen in großen Mengen gekauft werden (Einschübe, die Dutzende, wenn nicht Hunderte von Chips enthalten), und Sie könnten sich mit einem Testcomputer hinsetzen und jeden einzelnen überprüfen - übertakten oder untersteuern, ihre Temperaturen aufzeichnen und so weiter. Das Beste aus der Charge könnte dann als etwas Besonderes weiterverkauft werden, und der Händler könnte es zu Recht als \'binned CPUs\' einstufen. All diese zusätzlichen Tests kosten natürlich Zeit und Mühe, sodass der Verkaufspreis des Produkts erhöht wird um dies widerzuspiegeln.

    Sind diese sogenannten Binned-Chips in irgendeiner Weise besonders? Ja und nein. Jeder einzelne Chip, der in Ihrem PC, Telefon, Auto usw. verwendet wird, hat alle einen Auswahlprozess durchlaufen. Es ist nur ein weiterer Schritt in der Herstellung aller Mikroprozessoren und DRAM-Chips. Das bedeutet, dass Ihre geliebte CPU oder GPU, die überraschend kühl läuft oder wie verrückt übertaktet, nur ein weiterer Würfel von einem der Hunderttausenden von Wafern ist, die von Fabriken auf der ganzen Welt produziert werden.

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