Varför inte bara göra processorerna större?

Varför inte bara göra processorerna större?

Jag har ingen koll på vad jag pratar om hör så förklara gärna detta som att jag vore ett barn :).

Jag läser nyheter lite då och då som handlar om racet mot 5nm för processorer, och senast idag ser jag att intels aktie gått ner 10% och kommentarsfält där alla pratar om ett bolag på väg att dö pga att ”alla andra” redanr på 7nm och intels nästa generation troligtvis kommer ligga på 14.

Men jag förstår inte, vad spelar det för roll? Varför inte bara göra processorn större?

Hjälp mig förstå varför att sänka nu är det ända viktiga just nu. Eller är det helt enkelt att de marknadsför och tävlar om en sak i taget likt GHz/MHz för massa år sen?

Tack för hjälpen

Man vill få ut mer CPUer på samma kisel, eller få in mer transistorer på samma yta.

Ju större ett chip är i fysisk storlek, desto dyrare är det, det finns defekter i kislet och blir fel vid tillverkning, ju större chippen är desto större chans att de kommer hamna på en defekt och bli skrot.

Större chip har också begränsningar när det gäller frekvens och energiförbrukning.

Grovt förenklat.

Man kan ju konstruera enorma kiselkretsar men få personer vill ju betala 250 tusen spänn för en CPU liksom.

Utan lägre nm så hade vi inte fått en ökning av transistorer, och med det inte bättre prestanda.
Skulle man t.ex. på 35nm lägga in dagens antal transistorer så blir chipet enormt och törstigt vilket blir i stort sett omöjligt att kyla och elräkningarna blir inte direkt trevliga.

Skrivet av bornrich:

Jag har ingen koll på vad jag pratar om hör så förklara gärna detta som att jag vore ett barn :).

Jag läser nyheter lite då och då som handlar om racet mot 5nm för processorer, och senast idag ser jag att intels aktie gått ner 10% och kommentarsfält där alla pratar om ett bolag på väg att dö pga att ”alla andra” redanr på 7nm och intels nästa generation troligtvis kommer ligga på 14.

Men jag förstår inte, vad spelar det för roll? Varför inte bara göra processorn större?

Hjälp mig förstå varför att sänka nu är det ända viktiga just nu. Eller är det helt enkelt att de marknadsför och tävlar om en sak i taget likt GHz/MHz för massa år sen?

Tack för hjälpen

Varför kör inte alla omkring med lastbilar, ju större desto bättre utifall behovet någon gång skulle inträffa...

Effektivitet eftersträvas i många sammanhang, ekonomi/behov styr de flesta konsumenter. Minskar konsumenters efterfrågan på en produkt vill tillverkaren utveckla produkten så den blir mer vinstgivande.

Visst finns det väl en gräns för storleken på "masken" som används?

Sen går det att räkna på sannolikheten för att en defekt ska finnas, ju större kretsyta, desto större risk.
Påhittade och överdrivna siffror för att illustrera:

Låt säga att totala ytan på kiselplattan är 73 000 mm^2. Säg också att det i snitt uppstår 30 defekter på den ytan, slumpmässigt placerade.

Om vi gör en krets som är 150 mm^2 stor, så får vi ut kanske 450 st. Varav kanske 30 är defekta. Ca 98 procent godkända.

Om kretsen i stället är 1000 mm^2, så får vi kanske bara ut 60 st, och då kanske 30 är defekta. Bara 50 procent godkända.

Priset för tillverkningen är samma, och ska fördelas på antalet sålda kretsar. Säg att det kostar 1 000 000 kr, så blir det i första fallet ca 2300 kr per krets, eller ca 15 kr/mm^2. I andra fallet blir det 33 000 kr per krets, eller ca 33 kr/mm^2.

I verkligheten är det säkert ännu knöligare...

Skrivet av bornrich:

Jag har ingen koll på vad jag pratar om hör så förklara gärna detta som att jag vore ett barn :).

Jag läser nyheter lite då och då som handlar om racet mot 5nm för processorer, och senast idag ser jag att intels aktie gått ner 10% och kommentarsfält där alla pratar om ett bolag på väg att dö pga att ”alla andra” redanr på 7nm och intels nästa generation troligtvis kommer ligga på 14.

Men jag förstår inte, vad spelar det för roll? Varför inte bara göra processorn större?

Hjälp mig förstå varför att sänka nu är det ända viktiga just nu. Eller är det helt enkelt att de marknadsför och tävlar om en sak i taget likt GHz/MHz för massa år sen?

Tack för hjälpen

Fysiskt större = dyrare och lägre frekvenser.
Dyrare då du får ut färre chip per "wafer" och en wafer är svindyr.
Lägre frekvenser för att ett större ship får ökade "latenser".

Skrivet av bornrich:

Jag har ingen koll på vad jag pratar om hör så förklara gärna detta som att jag vore ett barn :).

Jag läser nyheter lite då och då som handlar om racet mot 5nm för processorer, och senast idag ser jag att intels aktie gått ner 10% och kommentarsfält där alla pratar om ett bolag på väg att dö pga att ”alla andra” redanr på 7nm och intels nästa generation troligtvis kommer ligga på 14.

Men jag förstår inte, vad spelar det för roll? Varför inte bara göra processorn större?

Hjälp mig förstå varför att sänka nu är det ända viktiga just nu. Eller är det helt enkelt att de marknadsför och tävlar om en sak i taget likt GHz/MHz för massa år sen?

Tack för hjälpen

Det är prestanda och prestanda per W. Om vi tex jämför Intel Pentium-III 800 på 180nm processnod och AMD 3900X på 7nm.
Prestanda på 3900X i vissa tester ligger mer än 500 ggr högre, TDP på P-III 800 är 20.8W så skulle vi multiplicera upp det med 500 hamnar vi på 10.4 kW som ska kylas bort. (Och vi skulle ändå inte få samma prestanda i praktiken då en 500-kärnors processor är mycket svårare att utnyttja än en 12-kärnors). Att bara göra processorn större gör att när man når en viss nivå så gör fördröjningarna i ledarna att den tom blir långsammare*.

För ett helt system så drar en P-III dator runt 50W under last, multiplicera upp det och du hamnar på 25kW. Lägg sen till lokal med kyla och el för att köra systemen så blir det ännu dyrare.

Om vi då tar priset, P-III 800 introducerades för $851, för 500 st blir det $425 500, visserligen skulle man kunna producera dem klart billigare i dag men det skulle ändå inte vara intressant.

*Som exempel, signal-hastigheten i kisel (er ~10) ligger på ca 10 cm/ns. Säg vi vill köra 5 GHz och ha svar på inom 1 cykel, vi har då ett teoretisk max-avstånd på 1cm man kan skicka signalen för att den ska hinna fram och åter. I praktiken mycket mindre då det är resistans i ledarna och fördröjningar i logik mm. Chipyta på en P-III var runt 1 cm², så med 500x chipyta får vi ett chip som är i storleksordningen 22x22 cm, inget som är praktiskt att tillverka och hörn-till hörn över 30 cm, så för vårt exempel blir då max teoretisk klock 0.15 GHz. Så ingen ide ens försöka bygga en få-kärnig processor av denna fysiska storlek.

Ni har verkligen koll på läget, tack för alla kommentarer. Det jag fortfarande har svårt att förstå är hetsen kring att sänk nm, borde det inte vara intressant att titta på andra aspekter, speciellt när vi snart är nere på obefintliga avstånd (1-3nm). Jag hör om flera problem i kommentarerna med att göra processorer större. Kan det inte vara intressant att titta på hur man löser dem? Erkänner helt klart att jag är för trög för att förstå vissa detaljer i kommentarerna. Men ex. påpekar många om brister med kisel. Hade det inte varit mer intressant med forskning kring material som kan ersätta kisel?

Skrivet av bornrich:

Ni har verkligen koll på läget, tack för alla kommentarer. Det jag fortfarande har svårt att förstå är hetsen kring att sänk nm, borde det inte vara intressant att titta på andra aspekter, speciellt när vi snart är nere på obefintliga avstånd (1-3nm). Jag hör om flera problem i kommentarerna med att göra processorer större. Kan det inte vara intressant att titta på hur man löser dem? Erkänner helt klart att jag är för trög för att förstå vissa detaljer i kommentarerna. Men ex. påpekar många om brister med kisel. Hade det inte varit mer intressant med forskning kring material som kan ersätta kisel?

Klart det är.

Men tänk på att en fabrik som kör med etablerade produktionsmetoder kostar kanske hundra miljarder kronor att bygga eller mer. Det är inte billigt att ställa om hur som helst..

Skrivet av bornrich:

Jag har ingen koll på vad jag pratar om hör så förklara gärna detta som att jag vore ett barn :).

Blir mycket svårare att göra en större krets, blir mycket fler trasiga kretsar i tillverkningen.

Nu finns ju en lösning på detta som heter chiplets tänk lego där man tillverkar massa små kretsar och får riktigt bra yield (mer hela kretsar), för att sedan bygga ihop dessa till en större krets. Vet bara inte riktigt hur långt fram vi är i tillverkningen av denna tekniken.

Skrivet av bornrich:

Men ex. påpekar många om brister med kisel. Hade det inte varit mer intressant med forskning kring material som kan ersätta kisel?

Detta har man nog forskat på längre än du levt

Tror det forskats på både diamant och carbon nanotubes som ersättning till kisel.

Sedan forskas det antagligen på processorer som använder ljus istället för el.

Skrivet av Alpha77:

Tror det forskats på både diamant och carbon nanotubes som ersättning till kisel.

Sedan forskas det antagligen på processorer som använder ljus istället för el.

Finns ju en del alternativa material i produktion i dag:
GalliumArsenid: Används mest för mikrovågskretsar, funkar till ett par hundra GHz.
Kiselkarbid: Bäst för effekt-transistorer med mer än 600V spänningstålighet, används mycket i motorstyrningar och blå lysdioder. Har du ett bättre nätagg i PC:n så finns chans att det sitter en kiselkarbid-diod i PFC-kretsen.
GalliumNitrid: Snabba effekt-transistorer för upp till ca 600V spänning.

Dock slår inga av dessa dagens kiselteknologi vad gäller tillverkning av processorer.

Finns dock mikroprocessorer i Kiselkarbid men de är för höga temperaturer:
https://www.kth.se/blogs/wov/files/2014/10/FIVEV.pdf

Skrivet av Karaff:

Man vill få ut mer CPUer på samma kisel, eller få in mer transistorer på samma yta.

Ju större ett chip är i fysisk storlek, desto dyrare är det, det finns defekter i kislet och blir fel vid tillverkning, ju större chippen är desto större chans att de kommer hamna på en defekt och bli skrot.

Större chip har också begränsningar när det gäller frekvens och energiförbrukning.

Grovt förenklat.

Man kan ju konstruera enorma kiselkretsar men få personer vill ju betala 250 tusen spänn för en CPU liksom.

Har funderat på detta länge men varför gör t.e.x intel inte alla CPUer i samma storlek som deras HEDT processorer?
Borde väl vara lättare att kyla den än en liten fjutt som dom trycker ner allt i?
Sen visst kan jag köpa att det kostar mer och kan bli lättare fel men kan ju tycka att det borde väl vara bättre med dessa större cpuer annars vad är vitsen med HEDT storleken mot mainstream?

Skrivet av ExcZist:

Har funderat på detta länge men varför gör t.e.x intel inte alla CPUer i samma storlek som deras HEDT processorer?
Borde väl vara lättare att kyla den än en liten fjutt som dom trycker ner allt i?
Sen visst kan jag köpa att det kostar mer och kan bli lättare fel men kan ju tycka att det borde väl vara bättre med dessa större cpuer annars vad är vitsen med HEDT storleken mot mainstream?

Tillverkningskostnaden är proportionerlig mot arean så säg att priset hade dubblerats, hade cpun då varit intressant bara för att den ev är lättare att kyla ?

Skrivet av mrqaffe:

Tillverkningskostnaden är proportionerlig mot arean så säg att priset hade dubblerats, hade cpun då varit intressant bara för att den ev är lättare att kyla ?

Det jag menade är de större ”chippen” bättre än de små som Ryzen och intels mainstream ?
Om större processor är bättre än dom små så kan man ju tycka att processerna borde vara lite större?

Skrivet av ExcZist:

Det jag menade är de större ”chippen” bättre än de små som Ryzen och intels mainstream ?
Om större processor är bättre än dom små så kan man ju tycka att processerna borde vara lite större?

Vad menar du med bättre ? Större chip kanske skulle kunna prestera lite bättre men priset gör dem ointressanta så för tillverkaren är de sämre.
Utvecklingen kommer inte att ske på den sidan utan största proppen just nu är Windows beroende av x86 cpuer, x86 har passerat bäst före datumet men eftersom ms inte har lyckats få fram en ny version av win som funkar bra på arm64 så är det som det är, Apple visar vägen genom att skippa x86 med sina egna arm cpuer.
Win är ett lapptäcke av gammal röra och kräver x86 för att rulla och det börjar bli en begränsning för de cpuerna går inte att göra så mycket snabbare längre så ett liknade arkitekturbyte som Apple gör måste till även i winvärlden.

Om det är billigare och bättre att tillverka på lägre nm och få fram fler processorer per kiselplatta, varför blir processorerna inte då billigare? Nästan dyrare idag än förr trots inflation

Skrivet av ExcZist:

Det jag menade är de större ”chippen” bättre än de små som Ryzen och intels mainstream ?
Om större processor är bättre än dom små så kan man ju tycka att processerna borde vara lite större?

Större storlek gör inte chippen bättre i sig.
Fler transistorer på chippet kan användas för att göra processorn bättre, och det medför ofta ett större chip. Allt annat lika så innebär det också ett dyrare chip, högre strömförbrukning och därmed också högre värmeutveckling.

Skrivet av -ronz:

Om det är billigare och bättre att tillverka på lägre nm och få fram fler processorer per kiselplatta, varför blir processorerna inte då billigare? Nästan dyrare idag än förr trots inflation

För att folk inte vill ha gamla processorer. De vill ha nya, med högre prestanda. Därför går det åt mer yta för fler transistorer.

Skulle man tillverka gamla 8086 från 70-talet på TSMC 7 nm skulle man få ut flera miljarder kretsar per "wafer" räknat i ren transistordensitet...

Skrivet av -ronz:

Om det är billigare och bättre att tillverka på lägre nm och få fram fler processorer per kiselplatta, varför blir processorerna inte då billigare? Nästan dyrare idag än förr trots inflation

Utvecklingen och framtagandet av verktygen är dyrare och det ska ju också betalas och inte bara själva tillverkningen. Men en arm64 cpu ger ju idag mer prestanda för mindre totalkostnad än x86 eftersom den behöver färre transistorer för att ge samma prestanda så det är ju också ett argument mot x86, dessutom har ju Intel mjölkat kunderna under lång tid med sina oprisvärda kretsar, om ryktena stämmer så kommer ju tom Apple att sänka priserna när ARM versionerna kommer och jag är ändå¨rätt övertygad om att de tjänar mer på dem än dagens Intelbaserade modeller.
https://www.sweclockers.com/nyhet/30081-rykte-macbook-med-arm...

Skrivet av -ronz:

Om det är billigare och bättre att tillverka på lägre nm och få fram fler processorer per kiselplatta, varför blir processorerna inte då billigare? Nästan dyrare idag än förr trots inflation

Ökad prestanda och komplexitet för varje processorgeneration och betydligt högre omkostnader gällande utveckling och tillverkningsteknik.

Skrivet av -ronz:

Om det är billigare och bättre att tillverka på lägre nm och få fram fler processorer per kiselplatta, varför blir processorerna inte då billigare? Nästan dyrare idag än förr trots inflation

Därför att det kostar många, många miljarder att bygga fabrikerna för dessa bättre tillverkningsprocesser. Priset på processorerna skall täcka den kostnaden också, inte bara den rörliga kostnaden per processor.

Processorer blir dock billigare sett på vad man får betala för en viss prestanda. När t.ex. Intels ursprungliga Pentium processor släpptes så kostade den runt $900. Idag kan du få en betydligt snabbare processor för mindre än en tiondel av det priset.

Dom kommer ju bli större och större framöver, finns inget val, moore's lag håller inte förevigt.
Därför många pratar om att det måste komma någon ny teknik, eller någon sorts kvantdator-grejs som ska köras istället.

Skrivet av Erik_T:

Därför att det kostar många, många miljarder att bygga fabrikerna för dessa bättre tillverkningsprocesser. Priset på processorerna skall täcka den kostnaden också, inte bara den rörliga kostnaden per processor.

Processorer blir dock billigare sett på vad man får betala för en viss prestanda. När t.ex. Intels ursprungliga Pentium processor släpptes så kostade den runt $900. Idag kan du få en betydligt snabbare processor för mindre än en tiondel av det priset.

Man får faktiskt en komplett dator som mosar den gamla Pentiumen i prestanda för under 1/10 av kostnaden, en Raspberry Pi.
Ser man på bara kretsen så får man ju tex en Ryzen 3 3200G för 1000 kr eller Athlon 3000G runt 600 kr och då är det ju både cpu och gpu för mindre pengar men magnituder bättre prestanda.

Skrivet av -ronz:

Om det är billigare och bättre att tillverka på lägre nm och få fram fler processorer per kiselplatta, varför blir processorerna inte då billigare? Nästan dyrare idag än förr trots inflation

Det stora hoppet i pris kom när Intel gick in i 14 nm-väggen. Kapacitetsbrist ledde väl till en sådär 50% ökning i pris för att kunna behålla samma intjäning med mindre försäljning. Det gick ju bra åtminstone rent ekonomiskt så lär inte ske någon sänkning på marginaler om inte någon mer kommer in och tävlar.

Skrivet av mrqaffe:

Man får faktiskt en komplett dator som mosar den gamla Pentiumen i prestanda för under 1/10 av kostnaden, en Raspberry Pi.
Ser man på bara kretsen så får man ju tex en Ryzen 3 3200G för 1000 kr eller Athlon 3000G runt 600 kr och då är det ju både cpu och gpu för mindre pengar men magnituder bättre prestanda.

Jo, och ska man ha jämföra med nåt med liknande prestanda på Rasberryn kan man ta en HP dubbel-Itanium maskin från ca 2003. Kostade nånstans runt 20 000 till 30 000 USD då och drar runt 300W.