Qual è il significato della parola ' die ' nella progettazione di processori?

Risposta migliore

Tutti i microprocessori sono circuiti incisi su una lastra di materiale semiconduttore (tipicamente silicio). Questo è il dado.

La maggior parte delle persone associa il termine “CPU” a qualcosa di simile:

immagine: https://www.pcgamesn.com/intel/comet-lake-release-date-performance-specs-price

Ma questo non è una CPU, almeno non proprio. Quello che stai guardando qui è lintero pacchetto della CPU, contenente un circuito integrato, collegato a un substrato organico, con un dissipatore di calore in metallo per completare il tutto.

Tuttavia, se rimuovi quel dissipatore di calore (non t, a meno che tu non sappia cosa stai facendo), troverai questa:

immagine da Gamers Nexus.

Quella cosa rettangolare e argentea sul substrato verde è il vero die della CPU: è un pezzo di silicio che contiene quasi tutto ciò che fa “ticchettare” la CPU. Tutti i core e la cache sono presenti.

Il dado del processore viene tagliato da un wafer di silicio durante la produzione e quindi fissato al substrato.

Risposta

Questa è una domanda eccellente e una volta mi sono chiesto la stessa cosa. Purtroppo non funziona perché:

1. Il problema principale nel rendere le CPU più veloci è lenergia che consumano e il calore che viene generato come sottoprodotto. Per ottenere velocità di clock più elevate, sarebbero necessari più di 125 Watt, il che si tradurrebbe in molto calore (indipendentemente dalle dimensioni dello stampo) che ci riporta a un raffreddamento poco pratico. Il die più grande comporterebbe effettivamente apparecchiature di raffreddamento più complesse poiché ora dobbiamo garantire che la temperatura attraverso il die sia per lo più simile, altrimenti unespansione e una contrazione non uniforme del die comporterebbe la rottura dei transistor e / o micro crepe nella CPU.
2. Per tutti gli scopi pratici, i segnali elettrici viaggiano alla velocità della luce. Se un processore ha un clock a 3GHz, significa 3 miliardi di cicli di clock al secondo in cui ogni ciclo di clock impiega 0,33 nanosecondi. La luce viaggia di circa 30 cm in un nanosecondo, quindi la dimensione dei circuiti coinvolti a tali velocità di clock è meglio essere molto inferiore (almeno 1/30 di) 30 cm. Quindi, la dimensione massima del circuito è di 1 cm. Gli attuali core della CPU hanno una dimensione inferiore a 1 cm, quindi stiamo perfettamente bene. Se aumentassimo la dimensione del dado, aumentando quindi la dimensione del core, ti imbatteresti nella situazione funky in cui parti del core della CPU stanno eseguendo listruzione successiva mentre altre parti sono ancora bloccate nellesecuzione dellultima istruzione. hanno bisogno di un circuito piuttosto complesso per mitigare questo problema e quel circuito oltre ad aggiungere complessità, produrrà calore esacerbando quindi il problema menzionato nellultimo punto.
3. Diverse aziende stanno cercando di perfezionare una CPU asincrona (chiamata anche CPU clockless); per quanto ne so, lultimo esempio di successo è del 2014, quando IBM ha annunciato un chip sviluppato da SyNAPSE che funziona in modo asincrono e ha uno dei più alti conteggi di transistor di qualsiasi chip mai prodotto. Il chip IBM consuma ordini di grandezza in meno rispetto ai sistemi di elaborazione tradizionali sui benchmark di riconoscimento dei modelli.
4. Si prega di notare, tuttavia, mentre varie implementazioni di CPU asincrone esistono dagli anni 50, la tecnologia non è ancora matura e la i costi sono di grandezza superiore ai costi di produzione della CPU sincrona.
5. Cè anche il problema degli effetti sui bordi, in quanto vi sono differenze minime tra i transistor al centro e i transistor verso i bordi a causa del processo di fabbricazione e una dimensione dello stampo più grande renderebbe questo problema più pronunciato, il che ridurrebbe drasticamente la resa.

Inizialmente ho pubblicato questo come commento sulla risposta di Ali Kazmi a Potremmo raggiungere un processore da 1 THZ, e in tal caso, esiste un limite alla velocità di clock?

Addendum:

Il numero più alto di core in una CPU di produzione su un singolo die è 24 per quanto ne so. Il processore in questione è il Intel Xeon E7–8890 V4 ( Processore Intel® Xeon® E7-8890 v4 ):

• È hyperthreaded quindi questo significa che il processore ha 48 thread.
• Ha 60 MB di cache e supporta fino a 3,07 TB di RAM.
• Poiché si tratta di un processore per server, puoi avere più processori collegati allo stesso scheda madre (in questo caso, il numero magico è 8 che ci dà un totale di 192 core e 384 thread).
• Il processore ha un TDP da 165 W quindi avrà bisogno di alcune apparecchiature di raffreddamento specializzate per il corretto funzionamento.
• La dimensione del die è 456,12 mm ² .
• Il processore ha un prezzo di ~ $ 7200.

Ora confrontalo con un Core i7–6950X ( Intel® Core ™ i7-6950X Processor Extreme Edition ) che non è nemmeno poco un processore estremamente potente a sé stante ma ha solo 10 core.

• È hyperthread, quindi sono 20 thread.
• Ha 25 MB di cache e supporta fino a 128 GB di RAM.
• È un processore desktop, quindi puoi collegare solo un singolo processore a una scheda madre.
• Il processore ha un TDP di 91 W.
• Il processore ha un prezzo di $ 1649,99.
• La dimensione del die è 246,3 mm ² .

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Come puoi vedere, la dimensione della fustella Xeon E7-8890 v4 è molto più grande delli7-6950 e ha 14 core in più e 28 thread in più. Il problema è però il prezzo, non che molte persone saranno disposte a pagare ~ $ 7200 per un processore. Sono un utente esperto e non mi sento limitato dal processore da molto tempo, quindi non mi vedo davvero pagare così tanto per un processore (a meno che non torni a essere un 16enne che pensava di più un computer potente mi ha dato il diritto di vantarmi (che pensavo mi avrebbe aiutato a impressionare le donne, sì, qualcosa sullessere giovane e ingenuo ;-))).

In questo caso, sono abbastanza certo che Intel non stia cercando di far truffare poiché i rendimenti a quelle dimensioni saranno terribili. Per quanto ne so, lintero die viene fabbricato / stampato allo stesso tempo (e questo include tutti i core del processore), quindi ci imbattiamo nel problema degli effetti sui bordi in cui i transistor ai bordi tendono a essere difettosi.