Описание методики тестирования и результаты

Для тестов использовалась системная плата ASUS A7V, которая имеет средства для изменения коэффициента умножения процессора и напряжения питания его ядра, и два процессора AMD - Duron 600MHz и Athlon 750MHz. (поставляемые сейчас процессоры AMD имеют заблокированный коэффициент умножения!) Система имела 64Mb оперативной памяти. В качестве операционной системы использовалась Windows 98SE. Измерение температуры процессора выполнялось при помощи встроенного в материнскую плату термодатчика и программы ASUS Probe версии 2.11. Для "разогрева" процессора запускался Quake II в окне 640 на 480 с максимально возможной скоростью ("TIMEDEMO 1"). Фиксация значения температуры проводилась через 30 минут после начала теста.

Для процессора Duron сначала проводилиось тестирование на штатной частоте 600MHz при штатном значении напряжения ядра 1.5V. Затем последовательно поднимали частоту с шагом 50MHz и на каждой частоте проводили измерение температуры по вышеописанной методике, а также запускали тест FPUmark из пакета ZD Winbench99, чтобы убедиться, что процессор "честно" выдает положенную для данной частоты производительность. Если при очередном повышении частоты система не запускалась или была нестабильна, повышали напряжение ядра процессора с шагом 0.05V до тех пор, пока система не начинала стабильно работать. Все это проделали три раза для трех разных кулеров. Результаты измерений температуры можно увидеть на следующем графике (отсутствие данных означает неработоспособность конфигурации вообще):

 

Для процессора Athlon выполнили аналогичные тесты, с той лишь разницей, что начали не со штатной частоты тестируемого процессора 750MHz, а с частоты 700MHz. Результаты таковы:

 

 

Выводы

На штатных частотах (600, 650, 700MHz) для процессора Duron можно использовать любой из рассмотренных кулеров, при этом температура находится в допустимых пределах с хорошим запасом. Для процессора Athlon весьма желательно использовать кулер Golden Orb, поскольку с другими кулерами температура процессора слишком высока (хотя никаких зависаний и других проявлений нестабильности замечено не было). В любом случае применение кулера Golden Orb предпочтительнее, поскольку создает наиболее комфортные условия для работы процессора. Что касается разгона, то здесь все очевидно - у Golden Orb просто нет конкурентов.

 Поскольку все основные производители вентиляторов выпускают модели как для процессоров Socket A (AMD), так и Socket 370 (Intel) нет смысла подробно описывать каждый из них. Результаты тестов у аналогичных моделей (как это видно на примере вентилятора Golden Orb), будут практически одинаковыми.

 

Производство микропроцессоров.

Основным химическим элементом, используемым при процессоров, является кремний, самый распространённый элемент на земле. Это основной элемент, из которого состоит прибрежный песок; однако в таком виде он не достаточно чист для производства микросхем.

Прежде чем использовать кремний для производства микросхем, его очищают, плавят, после чего он кристаллизируется; из этого материала делают большие цилиндрические заготовки. В настоящее время используются заготовки диаметром приблизительно 200 мм и длинной до 1000 мм, весить они могут до 40 кг.

Заготовка вставляется в цилиндр, диаметром 200 мм (текущий стандарт), часто с плоской вырезкой на одной стороне для точности позиционирования и обработки. Затем каждая заготовка разрезается алмазной пилой более чем на 1000 круговых подложек, толщиной менее миллиметра. После этого подложка полируется до тех пор, пока её поверхность не станет зеркально-гладкой.

В производстве микросхем используется процесс, называемый фотолитографией. Технология этого процесса такова: на полупроводник, служащий основой чипа, один за другим наносятся слои разных материалов; таким образом создаются транзисторы, электронные схемы и проводники (дорожки), по которым распространяются сигналы. В точках пересечения можно создать транзистор или переключатель.

Фотолитографический процесс начинается с покрытия подложки слоем полупроводника со специальным добавками, затем этот слой покрывается фоторезистивным химическим составом, а после этого изображение микросхемы проектируется на ставшую теперь светочувствительной поверхность. В результате добавления к кремнию донорных примесей получается полупроводник. Проектор использует специальный фотошаблон (маску), который является, своего рода, картой данного конкретного слоя микросхемы. (Микросхема процессора Pentium III содержит пять слоёв; другие современные процессоры могут иметь шест и более слоёв. При разработке нового процессора потребуется спроектировать фотошаблон для каждого слоя микросхемы).

Проходя через первый фотошаблон, свет фокусируется на поверхности подложки, оставляя отпечаток изображения этого слоя. (Каждое изображение на микросхеме называется кристаллом.) Затем специальное устройство несколько перемещает подложку, а тот же фотошаблон используется для печати следующей микросхемы. После того как микросхемы будут отпечатаны на всей подложке, едкая щелочь смоет те области, где свет воздействовал на фоторезистивное вещество, оставляя отпечатки маски конкретного слоя микросхемы и межслойные соединения (соединения между слоями), а также пути прохождения сигналов. После этого на подложку наносится другой слой полупроводника и вновь немного фоторезистивного вещества поверх него, затем используется следующий фотошаблон для создания очередного слоя микросхемы. Таким способом слои наносятся один поверх другого до тех пор, пока не будет полностью изготовлена микросхема.

Финальная маска добавляет так называемый слой металлизации, используемый для всех транзисторов и других компонентов. В большинстве микросхем для этого слоя используют алюминий, но в последнее время стали использовать медь. Это объясняется лучшей проводимостью меди по сравнению с алюминием. Однако для повсеместного использования меди необходимо решить проблему её коррозии.

Когда обработка круговой подложки завершается, на ней будет отпечатано максимально возможное количество микросхем. Микросхема обычно имеет форму квадрата или прямоугольника, по краям подложки остаются некоторые свободные участки, хотя производители стараются использовать каждый квадратный миллиметр поверхности.

В настоящее время стандартный размер подложки 200 мм в диаметре. Общая площадь составляет примерно 31,415 мм² . в процессоре Pentium II 300 МГц содержится 7.5 млн. транзисторов, для их изготовления используется 0.35-микронная технология (один микрон – миллионная доля метра). При изготовлении по этой технологии сторона квадратного кристалла равна 14,2 мм, а площадь 202 мм². таким образом из подложки. Диаметром 200 мм можно получить около 150 микросхем Pentium II 300 МГц.

 В последнее время наблюдается тенденция к увеличению подложки и уменьшению размера элементов на кристалле микросхемы. В названии технологии указан размер отдельно взятых элементов схем и транзисторов.

В производстве процессора Pentium III, до недавнего времени, использовалась 0.25-микронная технология, при этом площадь микросхемы равна 128 мм2, а сторона квадратного кристалла – 11,3 мм. В настоящее время процессоры производятся по 0.18-микронной технологии и планируется переход к 0.13-микронной технологии. Это позволит практически в два раза увеличить кол-во микросхем на одной подложке.

В промышленности наблюдается тенденция к увеличению диаметра подложки: в настоящее время используются подложки диаметром 200 мм, но, скорее всего, в недалёком будущем диаметр подложки будет увеличен до 300 мм. А если увеличится размер, значит, увеличится и количество изготавливаемых из одной подложки микросхем (порядка 675). Intel и другие ведущие производители собирались перейти к использованию подложек диаметром 300 мм уже в 2000 году.

При вводе новой поточной линии не все микросхемы на подложке будут годными. Но по мере совершенствования технологии производства данной микросхемы возрастает и процент годных микросхем. Процент годных (работающих) микросхем называется выходом годных. В начале выпуска новой продукции выход годных может быть ниже 50%, однако ко времени, когда выпуск продукта данного типа прекращается, он составляет уже 90%. Большинство изготовителей микросхем скрывают реальные цифры выхода годных, поскольку знание фактического отношения годных к бракованным может быть на руку их конкурентам. Если какая-либо компания будет иметь конкретные данные о том, как быстро увеличивается выход годных у конкурентов она может скорректировать цены на микросхемы или спланировать производство так, чтобы увеличить свою долю рынка в критический момент. Например, в течение 1997 и 1998годов у AMD был низкий выход годных, и компания утратила значительную долю рынка. Несмотря на то что AMD предпринимала усилия для решения этой проблемы, ей всё же пришлось подписать соглашение, в соответствии с которым IBM Microelectronics должна была произвести и поставить AMD некоторые ею же разработанные микропроцессоры.

По завершении обработки подложки специальное устройство проверяет каждую микросхему на ней и отмечает некачественные, которые позже будут отбракованы. Затем микросхемы вырезаются из подложки с помощью высокопроизводительного лазера или алмазной пилы.

После того как кристаллы вырезаны из подложек, каждая микросхема испытывается отдельно, упаковывается и снова проходит тест. Процесс упаковки называется соединением: после того как кристалл помещается в корпус, специальная машина соединяет тонюсенькими золотыми проводами выводы кристалла с контактами на корпусе микросхемы. Затем микросхемы упаковываются в специальный контейнер, который предохраняет её от неблагоприятных воздействий внешней среды.

После того как выводы кристалла были соединены с контактами на корпусе микросхемы, а микросхема упакована, выполняется заключительное тестирование. Чтобы определить правильность функционирования и номинальное быстродействие. Разные микросхемы одной серии зачастую обладают различным быстродействием. Специальные тестирующие приборы заставляют каждую микросхему работать в разных условиях (при разных давлениях, температурах и тактовых частотах), определяя значение параметров, при которых прекращается корректное функционирование микросхемы. Также определяется максимальное быстродействие: после этого микросхемы сортируются по быстродействию и распределяется по приёмникам: микросхемы с близкими параметрами попадают в один приёмник. Например микросхемы Pentium 450, 500 и 550 МГц представляют собой одну микросхему, т. е. все они были напечатаны с одного и того же фотошаблона, и сделаны из одно и той же заготовки, но в конце производственного цикла были отсортированы по быстродействию.

Поскольку в процессе производства, естественно, совершенствуется линия по сборке микросхем, процент версий с более высоким быстродействием возрастает. Это означает, что, если на подложке 150 микросхем, скорее всего, более 100 из них будут работать с тактовой частотой 550 МГц, только несколько не будут обладать таким быстродействием. Парадокс состоит в том, что Intel продаёт намного больше дешёвых микросхем, маркированных частотами 450 и 500 МГц. Вероятно это происходит по тому, что процессоры, которые могли бы работать на частоте 550 МГц, на основе результатов тестирования автоматически направляются в приёмник для процессоров, предназначенных для работы на частотах 450 и 500 МГц. Далее эти микросхемы соответствующим образом маркируются и продаются по более низкой цене. Пользователи, обнаружив, что многие из этих дешёвых чипов фактически работают на более высокой тактовой частоте, чем указанная в маркировке, стали повышать частоту, на которой работает процессор. Теория разгона (overclocking) описывает поведение микросхемы на тактовых частотах, превышающих номинальную. Во многих случаях процессор работает без сбоев, поскольку, по сути, эти процессоры были рассчитаны на более высокое быстродействие, просто в их маркировке указана более низкая тактовая частота.

Для того, чтобы положить этому конец, Intel решила встроить защиту от разгона в большинство своих новейших чипов. Это делается в процессе соединения: микросхемы изменяются таким образом, что не могут при тактовых частотах, превышающих указанную (в соответствии с которой была установлена их цена). Были изменены схемы, связанные с выводами частоты шины (Bus Frequency); благодаря этому стало возможным контролировать внутренний множитель, используемый микросхемой.

 

Преодолён очередной рубеж – 1 ГГц.

В начале марта 2000 г. Интел и AMD объявили процессоры с тактовой частотой 1ГГц.

AMD

AMD Athlon достигает рабочей частоты в 1GHz разгоном. 1GHz Athlon работает на 1.8V, намного выше чем нормальные 1.65-1.7V. Почти каждый Athlon 850 прежде мог работать на 900MHz при повышении частоты до 1.8V. Это напряжение в действительности является пределом, и 900MHz Athlon помещается в этом ограничении.

Существуют отчеты, согласно которым нынешние Athlon 800 и 850 не разгоняются так хорошо. Согласно некоторым из этих источников, это указывает на то, что AMD накапливал свои лучшие процессоры для поставки на рынок достаточного количества гигагерцовых камней.

Вторым рассматриваемым фактором является рассеяние эненргии. K7-1000 обычно потребляет 60W и максимум 65W, в то время, как K7-900 съедает максимум 60W и типично 53W. Это наиболее прожорливые Athlon из виденных прежде - CPU Athlon 650 (0.25 мкм) расходует максимум 54W и обычно 48W. Другими словами, эти процессоры требуют исключительно хороших блоков питания. Надо бы посмотреть, способны ли вышедшие прежде Athlon системы перенести апгрейд на этих новых пожирающих энергию монстров. Можно предположить, что вскоре AMD выпустит 1.7V версии этих процессоров.

Конечно, нельзя с полной уверенностью утверждать, что новый гигагерцовый Athlon - это просто разогнанный 850 чип. Сама компания разработчик выступила с разъяснениями, что несмотря на радикально задранное, до 1.8V, напряжение, 1GHz процессор построен на ядре ревизии Orion, в то время как прежнее ядро 850MHz Athlon имеет ревизию Pluto. Но возможно, главной причиной появления этого нового ядра стала как раз оптимизация ревизии Pluto для достижения максимальной скорости.

Ввиду прожорливого нрава Athlon 1GHz далеко не всякая материнская плата будет поддерживать его. В действительности список системных плат, рекомендованных AMD для 900, 950 и 1GHz Athlon очень ограничен. Например, очень нестабилен Athlon 1GHz на популярной плате Gigabyte GA-7IX, хотя она прекрасно работает с Athlon 850 (ядро 1.7V). В большинстве случаев для работы с быстрыми процессорами потребует замены прежний BIOS. AMD никогда не отрицал, что для проведения апгрейда на новый Athlon вам может понадобиться свежий BIOS, но K6-2 550 можно вставить в плату Super Socket 7 с поддержкой "только K6-2 450" безо всяких проблем. Апгрейд становится все более и более трудным.

Интел

Интел также повышает напряжение с 1.65V до 1.7V для достижения 1GHz. Чтобы увидеть, что это значит, можно вспомнить совсем еще недавнюю историю.

Когда Интел впервые представлял свой 0.18um технологический процесс, в декабре 1998 года, он заявлял о том, что транзисторы были оптимизированы для уменьшенного операционного напряжения от 1.3V до 1.5V, для обеспечения высокой производительности и малого энергопотребления. В то же самое время были продемонстрированы данные о надежности, ясно показывающие диапазон за 1.5V. Если бы компания не испытывала конкуренции со стороны AMD, 0.18um Coppermine был бы введен на 1.5V. Осознавая, что они не могут конкурировать с Athlon на 1.5V, они исчерпали свой запас надежности, выпустив Coppermine на 1.65V. Сейчас, в условиях еще более жесткого соперничества, они использовали свои резервы на полную катушку, доведя напряжение до 1.7V. Чтобы сделать это, Интел переключился на подтянутые материнские платы и специальных радиаторов. В этом нет ничего страшного, надо полагать, Интел хорошо знает, какие границы ему не следует переступать, но AMD делает в точности то же самое.

Отчетливо видно, что и AMD, и Интел довели свои процессоры до границы возможного. Может это и не кажется плохим, но уже используются процессоры, которые для нормального функционирования требуют выполнения целого набора условий к среде температура/частота. Сейчас же мы видим новые процессоры, способные работать корректно лишь в специально оборудованных производителями корпусах.

Как бы там ни было, интеловский Coppermine рассеивает намного меньше энергии чем Athlon (у Athlon намного более активная логика), так что это в действительности не проблема. PIII 1000MHz рассеивает 33W, но есть еще другие источники беспокойства.

Интеловские PIII 850 и 866 появились лишь спустя две недели после внезапного появления гигагерцового процессора. Один из источников указывает на то, что Интел пожертвовал выходом (процентом работающих процессоров), чтобы получить большую градацию частот. Интел может "разогревать" транзисторы для получения быстрых камней, но выход в таком случае очень малый.

Другой проблемой является малый температурный допуск у PIII. Максимальная температура PIII 1GHz всего лишь 60°C, в то время как большинство PIII прекрасно себя работают при 80°C. Это значит, что охлаждение должно быть мощным и устойчивым. Это проблема не только тех покупателей, кто жаждет потратиться на один гигагерц, но и для производителей, гарантирующих исправную работу в менее комфортных условиях, типа плохо проветриваемых помещений в течение летних месяцев.

Но наиболее невероятным фактом остается применение ядра P6, стартовавшего со 150MHz, на частоте 1GHz. Поистине, выжать все соки из почтенного заслуженного ядра, настроив и превратив его в мотор современного процессора, могли только высококлассные интеловские инженеры, но это достигнуто при помощи множества ухищрений, типа технологии notched poly.

Еще одним свидетельством, показывающим, что Интел, выпуском своего гигагерцового процессора лишь спешно закрывал пробоины в своем PR-облике, является отсутствие возможности дуальной работы в новом процессоре. В спецификации интеловской системной платы Lancewood указана поддержка всех видов Coppermine, какие можно только представить, нет среди них лишь PIII 1GHz. Интел не афиширует этот факт. Процессор 1GHz не работает в тандеме с другим 1GHz процессором. Снова предполагается изменение ядра. По всем канонам, должный считаться high-end процессором, PIII 1GHz не поддерживает одну из ключевых возможностей. Наверное, мы не дождемся от Интел объяснений, почему такая полезная особенность пропала.

 

 

Заключение

Конкуренция не всегда хороша для потребителей. Athlon превосходит PIII, и AMD не мог позволить себе упустить шанс первым выпустить 1GHz чип. Результат, однако, состоит в том, что 900MHz-1GHz Athlon (1.8V) могут не явиться реальным жизненным апгрейдом для владельцев Athlon ввиду их даже более строгих, чем прежде, требований к питанию. Ведь Athlon 750 и 800, даже в сочетании с Geforce DDR, прекрасно работает со старыми блоками питания 235W.

Ни в коем случае нельзя говорить о намеренном вводе в заблуждение своих покупателей Интелом и AMD. Обе компании делают надежные и высококачествееные продукты. Но наверное в нынешней ситуации все же стоит посоветовать покупателям дождаться выхода Thunderbird, который должен обладать лучшими скоростными характеристиками и потреблять намного меньше энергии, благодаря применению медных соединителей и меньшему напряжению ядра.

Будем надеяться, что процессорная и PR-войны вскоре слегка поостынут, чтобы в нормальном рабочем ритме могли появляться высококачественные процессоры, которые можно реально приобрести, которыми можно воспользоваться для реального апгрейда реальных систем. 

 

Микропроцессоры седьмого поколения.

123	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: