Jednym z pytań często zadawanych na grupach dyskusyjnych jest „czy ten procesor dobrze się podkręca”. To zrozumiałe, że ktoś kupujący nowy procesor z myślą o taktowaniu go z częstotliwością większą niż nominalna chce mieć pewność, że inwestycja się opłaci. Problem w tym, że na takie pytanie bardzo trudno jest udzielić dobrej odpowiedzi. Lektura poniższego tekstu pozwoli Ci dowiedzieć się dlaczego.
Główną przyczyną, dla której często nie da się dobrze odpowiedzieć na powyższe pytanie, jest niezwykła różnorodność, z jaką poddają się podkręcaniu nie tylko poszczególne modele procesorów czy nawet ich serie, ale też konkretne egzemplarze układów. Dwa mikroprocesory z tego samego tygodnia produkcji mogą różnić się diametralnie stopniem możliwego podkręcenia: jeden może dać się podkręcić o 50%, podczas gdy drugi nie będzie pracował stabilnie nawet po podniesieniu częstotliwości taktowania o 200 czy 300 MHz.
Aby wyjaśnić przyczyny takiego zachowania, trzeba cofnąć się do momentu, w którym nasz hipotetyczny mikroprocesor nie został jeszcze wyprodukowany i omówić technologię wytwarzania układów scalonych. Wszystko zaczyna się od wielkiego krzemowego walca, który ma być w teorii idealnie czystym, olbrzymim monokryształem. Ponieważ trudno jest uzyskać kryształ o średnicy kilkudziesięciu centymetrów i długości mierzonej w metrach, na pewno walec ten będzie zawierał zanieczyszczenia rozłożone we wnętrzu w sposób losowy.
Aby go oczyścić, podgrzewa się go i wprawia w ruch wirowy wzdłuż jego osi. W wysokich temperaturach krzem nabywa własność umożliwiającą obcym cząstkom przemieszczanie się (migrowanie) we wnętrzu jego struktury. Tę cechę wykorzystuje się do oczyszczania kryształu. Pod wpływem siły odśrodkowej zanieczyszczenia przemieszczają się w kierunku od osi walca ku jego ścianom zewnętrznym, które nieustannie są skrawane by usunięciu ulegały najbardziej zanieczyszczone obszary (które mogą stać się w dalszej obróbce źródłem zanieczyszczeń migrujących z kolei do środka).
W kolejnym kroku walec ten jest cięty na plastry o grubości mierzonej w mikrometrach i średnicy od kilku do kilkunastu centymetrów. Pewnie domyślasz się, że wewnętrzne partie uzyskanego wafla krzemowego (tak się bowiem nazywa te plastry, ang. silicon wafer) są najczystsze, gdyż w czasie wirowania nie docierały tam obce cząsteczki, a wcześniej tam obecne migrowały do zewnętrznych partii. Im bliżej krawędzi, tym bardziej zanieczyszczona jest struktura kryształu.
W dalszych etapach produkcji układu scalonego wafle są pokrywane warstwami domieszek, rozwirowywanych po powierzchni i wtapianych w głąb wafla pod wpływem wysokiej temperatury, podobnie jak przy usuwaniu zanieczyszczeń, oraz warstw maskujących SiO2, tworzonych również w wysokiej temperaturze w obecności pary wodnej. Wybiórcze wytrawianie masek i rozwirowywanie i wtapianie kolejnych warstw domieszek pozwala stworzyć obszary składowe tranzystorów. Na koniec nakłada się na wafel warstwy metalizacji (aluminium lub miedzi) łączące poszczególne silnie domieszkowane obszary kontaktowe krzemu i tworzące wyprowadzenia umożliwiające podłączenie płytki krzemowej do styków obudowy układu.
Ostatnim, newralgicznym etapem obróbki wafla krzemowego jest cięcie go wzdłuż i wszerz na malutkie prostokątne układy scalone. Układy znajdujące się na samej krawędzi wafla od razu wędrują do kosza, gdyż nie zmieściły się w jego obrysie i są niekompletne. Kolejna koncentryczna partia będzie charakteryzowała się najgorszymi parametrami, gdyż znajduje się w najbardziej zanieczyszczonym obszarze wafla. I tak dalej z coraz lepszą jakością w kierunku ku środkowi wafla, gdzie znajduje się kilka produktów idealnych: układów zawierających tylko krystaliczny krzem i atomy domieszek wtrącone w jego strukturę, z drobniutkimi co najwyżej zanieczyszczeniami. Te układy będą miały najwyższe parametry, prawdopodobnie przewyższające nawet możliwości modelu mikroprocesora o najwyższym oznaczeniu, znajdującego się w danym okresie na rynku.
Widzisz już chyba, że w ramach tej samej serii, wyprodukowanej w jednym procesie i prawdopodobnie noszącej jeden numer, możliwości układów będą bardzo różne. Te ze środka zostaną wrzucone do zasobnika układów predestynowanych do roli najszybszych, a te z brzegu do zasobnika przeznaczonego na rynek układów wolnych i tanich. Każdy z nich zostanie jeszcze przetestowany, by do klienta nie trafił układ nie spełniający parametrów podawanych przez producenta: jeżeli procesor działa prawidłowo przy niższej częstotliwości taktowania, zostanie sprzedany z niższym oznaczeniem, zaś jeśli nie działa w ogóle, zostanie po prostu wyrzucony.
Jakże tu dużo możliwości wpływania na jakość produkcji! W zależności od jakości walca krzemowego i zawartości zanieczyszczeń, układy z brzegu mogą być bardzo marne i wszystkie zostaną sprzedane z najniższymi oznaczeniami, lub mogą być wyjątkowej jakości i mimo oznaczenia nienajwyższym numerem modelu mogą skrywać w sobie wielki potencjał, czekający tylko na wykorzystanie przez użytkownika. Ponieważ całe serie układów produkowane są z jednej dostawy wafli krzemowych, znajomość numeru serii (tygodnia produkcji) pozwala kupującemu wykryć procesory wyprodukowane na lepszych waflach i zyskać szansę, że zakupiony układ będzie się podkręcał lepiej niż inne.
Nie od pierwszego wafla układy scalone schodzą z taśmy produkcyjnej w idealnej formie i mogą być segregowane w zależności od miejsca na waflu, jakie zajmują. Proces produkcyjny jest długotrwały (zapełnienie jednego wafla trwa całe tygodnie; oczywiście ponieważ produkcja jest taśmowa, pełne wafle gotowe są w znacznie krótszych odstępach czasu), a urządzenia na początku wcale nie muszą być idealnie skalibrowane. Pierwszych parę wafli najpewniej nie nadaje się w ogóle do niczego (i inżynierowie nadzorujący produkcję muszą skorygować nastawy osprzętu) a kolejnych kilka zawiera tylko kilka lub kilkanaście sprawnych układów (znów niezbędne są korekty). Im dłużej trwa produkcja jednego typu układu na danej linii, tym lepsze stają się produkowane scalaki i tym więcej sprawnych układów uzyskuje się z jednego wafla (jest to tak zwany uzysk). Jakiekolwiek przenosiny czy zmiana produkowanego modelu oznacza konieczność kalibrowania sprzętu od nowa.
To, czy konkretny egzemplarz mikroprocesora będzie podatny na podkręcanie zależy nie tylko od względów technologicznych, ale również od rynku. Produkcja układów scalonych kosztuje tyle samo niezależnie od tego, czy efektem jest układ o częstotliwości taktowania 100 MHz, czy 3 GHz. Liczy się tylko liczba warstw domieszek i metalizacji oraz powierzchnia pojedynczego układu: im większa, tym większe ryzyko, że zanieczyszczenie uniemożliwi poprawne działanie wyprodukowanego układu. Ponieważ najszybsze procesory kosztują najwięcej i nie zawsze producent znajduje dla nich odpowiednio chłonny rynek zbytu, magazyny mogą zostać zapełnione czekającymi na sprzedaż szybkimi modelami, a nagląca staje się potrzeba zwiększenia produkcji układów tańszych, na których zysk jednostkowy nie jest może duży, ale można przecież zarobić również poprzez duży obrót. Cóż robić: kierownictwo zarządza, że cała linia ma produkować jedynie układy o określonym maksymalnym oznaczeniu i nawet układy znajdujące się na środku wafla opisane zostaną nie symbolem 3400, ale na przykład 2600. Cóż za okazja dla „podkręcacza”! Niestety, nie da się sprawdzić, z którego miejsca wafla pochodzi konkretny egzemplarz mikroprocesora.
Z czasem nowy model procesora staje się znany i powszechnie dostępny, tanieje w zastraszającym tempie, a użytkownicy domagają się coraz szybszych odmian. Architektura każdego mikroprocesora ma jednak swoje ograniczenia i niemożliwe jest, nawet przy założeniu najwyższej jakości materiałów oraz idealnej kalibracji urządzeń, przeskoczenie bariery wyznaczanej przez czas propagacji zmiany sygnału logicznego przez jeden etap potoku procesora. Ponieważ technologia produkcji zbliżyła się po długim czasie wytwarzania jednego modelu do doskonałości, prawie wszystkie produkowane i sprzedawane układy są w stanie pracować z częstotliwością bliską tej maksymalnej i są tanie (gdyż uzysk jest wysoki). W takiej sytuacji układów nie da się już „podkręcić” ani zabiegami producenta, ani użytkownika: wszystkie są równie dobre, oznaczone równie wysokim numerkiem i nie mogą przekroczyć tej samej granicy częstotliwości taktowania niezależnie od tego, czy producent poprawi nieco proces produkcyjny lub zwiększy nominalne napięcie zasilania, czy użytkownik poprawi chłodzenie i zwiększy napięcia ponad normę. Z taką sytuacją mieliśmy do czynienia na przykład pod koniec produkcji układów AMD K6, a jedynym sposobem jej rozwiązania jest drastyczna zmiana procesu produkcyjnego (na przykład przejście na mniejszy wymiar technologiczny) lub architektury procesorów (którą to drogę wybrała firma AMD, projektując procesor Athlon).
Mam nadzieję, że powyższy artykuł rozszerzył Twoją wiedzę na temat procesu wytwarzania mikroprocesorów oraz rozwiał wątpliwości dotyczące przyczyn różnych możliwości kolejnych serii i egzemplarzy układów. Wniosek może być tylko jeden: choć można dobrać serię procesora dającą nadzieję spektakularnych rezultatów podkręcenia, nie można być pewnym możliwości konkretnego egzemplarza procesora póki samemu nie spróbuje się „wycisnąć” z niego ile się tylko da. Nie wolno zatem dokonywać zakupu niewydolnej jednostki centralnej z myślą o podniesieniu jej możliwości przez podkręcenie: procesor powinien wystarczać użytkownikowi nawet przy nominalnych nastawach, a podkręcenie należy traktować jako „gratis”, miłą niespodziankę sprawioną klientowi przez producenta.
Elektronika
do tej pory sądziłem że procek zajmuje dajmy na to kilka CM2
a grubośc płytki krzemowej to milimetr lub coś koło tego
Pierwszy raz usłyszałem że jaki kolwiek układ mozna zrobić na krzemie grubości kilku mikrometrów..
chyba że "W kolejnym kroku walec ten cięty jest na plastry o mierzonej w mikrometrach grubości i średnicy od kilku do kilkunastu centymetrów"
te mikrometry to np 1000000mikrometrów:DDD
mała gafa ale wprowadza zamieszanie :D
Zdrówka