SOI: meer transistoren bij gelijkblijvend energieverbruik

Toen IBM in 1997 voor de verbindingen op chips koper ging gebruiken in plaats van aluminium, namen veel microelectronica fabrikanten een afwachtende houding. Eerst wilden ze wel eens zien of die koperverbindingen snellere chips zou opleveren. AMD was een van de eerste bedrijven die het voorbeeld van IBM volgde en samen met Motorola in 1998 begon met het ontwikkelen van hun eigen technologie die koperen verbindingen mogelijk zou moeten maken. Ondertussen gebruikt AMD koperen verbindingen in hun Athlon processors waarbij het gebruik van koper vooral voordelen oplevert bij kleinere transistors. Dat wil zeggen, koper biedt meer voordelen bij een 0,13micron productieproces dan bij een 0,25micron productieproces.

Maar het gebruik van koperen verbindingen is niet genoeg om nog snellere chips te fabriceren. Daarom ontwikkelde AMD het Silicon on Insolator (SOI) proces dat gebruikt gaat worden voor de productie van de Hamer processor. Een transistor die met SOI wordt gemaakt, heeft een kleinere capaciteit waardoor er minder stroom nodig is om hem aan te sturen. Hierdoor kan het voltage omlaag en kan de transistor sneller schakelen. Chips zijn opgebouwd uit transistors en als deze chips dus sneller kunnen schakelen, dan kun je de kloksnelheid omhoog schroeven. Of je kunt er voor kiezen om de snelheid hetzelfde te houden zodat er minder stroom verbruikt wordt. Hierdoor kun je de chip dus groter maken zonder dat deze meer vermogen verbruikt zoals bij de Hammer processor.

Reacties (35)

[EaS]

Interessanter nog:

In het artikel wordt vermeld dat een 40 miljoen transitoren tellende AMD processor (Athlon) op een gegeven snelheid 70 Watt verbruikt. Daarnaast word vermeld dat het SOI process ervoor zorgt dat een processor met 100 miljoen transitoren (Sledgehammer) opdezelfde snelheid het verbruik terug brengt tot ook 70 Watt.
Dus: De slegdehammer (o.a. 1 Mb Cache) verbruikt op dezelfde kloksnelheid als een Athlon evenveel energie (ondanks 2,5 x zoveel transistoren) !
Daarnaast is de die van de Hammer groter, en kan er dus meer warmte per oppervlakdeel afgevoerd worden.
Al met al zorgt SOI dus voor een gigantische reduktie in opname van energie en warmte afgifte !

[Anton]

Conclusie: De hoeveelheid transistoren zegt niets over de hoeveelheid vermogen die de processor opneemt. Kent iemand de originele Pentium 60 nog? Dat kreng werd loeiheet ondanks dat ie maar een paar miljoen transistoren had.

Niet alleen het aantal transistoren is van belang, maar veel meer nog de kloksnelheid, de spanning, het productieproces (0,35 micron en 0,13 micron scheelt ook een hoop) en niet te vergeten het ontwerp van de core zelf. Compaq/DEC Alpha's draaiden vroeger ook al met een (relatief) gigantische kloksnelheid en met een joekel van een core op hetzelfde productieproces als de pentium mmx. En die processors waren toch ook met dezelfde koelers te koelen.

Kortom, dit artikel is leuk als het gaat om het volgen van de techniek, maar er staat echt niets nieuws in. En als je niet alle andere ontwikkelingen erbij betrekt zou je makkelijk verkeerde conclusies kunnen gaan trekken.

[Melkie]

ahum... een DEC Alpha wordt/werd loeiheet hoor! Daar zijn de temps van de huidige procs echt niks bij...

edit:

reactie op Anton

[Verwijderd]

wat is dit nu? De p60 had niet eens een koeler.

[Verwijderd]

Daarnaast is de die van de Hammer groter, en kan er dus meer warmte per oppervlakdeel afgevoerd worden.

Vergeet niet dat een di ook heatspots heeft. Dat wil zeggen dat er plaatsen zijn op een kleine die die heet worden, terwijl de rest eigenlijk maar warm wordt.
hoe kleiner de die, hoe groter de warmte van de die is, met een grotere die geld dan ook weer dat de gemiddelde warmte/mm2 lager zal zijn dan bij een athlon. Heel zeker bij een min of meer gelijkblijvend verbruikt van energie.
Hieruit kan dus 1 conclusie getrokken worden: Het gelijdsniveau van de koelers kan omlaag gehaald worden en toch een koude proc hebben.

[Verwijderd]

Stelregel in de installatietechniek is dat alle opgenomen elektrische energie wordt omgezet in warmte. 1 watt elektrisch = 1 watt thermische energie. Dit is met name van belang bij het berekenen van het benodigde koelvermogen. Heb je dus een processor met 80 Watt elektrisch vermogen dan ontwikkeld deze 80 Watt warmtevermogen. Neem dan 's even 10 of 50 pc's in 1 ruimte en je kunt uitrekenen wat voor koelvermogen je in (de zomer) nodig hebt. (een mens produceert ongeveer 500 Watt thermisch vermogen.)
De toename van het vermogen van PC's/processoren zorgt voor een grotere behoefte aan koeling en dus een verhoging van de kosten per arbeidsplaats.

Met het naderen van de psychologische grens voor processorsnelheid, namelijk wie kan bijvoorbeeld zo snel typen dat de PC het niet meer kan bijhouden?

Ik spreek nu echt over de desktop PC voor kantoren, men heeft niet veel behoefte meer aan snellere PC's omdat het netwerk meer en meer de bottleneck wordt en ook al worden Word- en Excell bestanden steeds groter door overhead wat levert het je op om een straks een P5 aan te schaffen? Dat eluke geanimeerde venster is voor de standaard gebruiker overbodig. De PC is een TOOL en die zal zeer binnenkort aan strakker aan een kostenpost worden verbonden. Wat levert hij mij op? En wat kost hij mij?

Koop ik als bedrijf een tiental P5 systemen waarvoor ik tevens 1 KWatt aan koelvermogen moet installeren? Of neem ik een alternatief waarvoor ik geen bijna extra kosten hoef te maken?

De nieuwe wedstrijd tussen processorfabrikanten zal zich hier op toe leggen en niet meer op snelheid. Neem het incident in Amerika waar de energieleverantie stokte in de zomer. Bedrijven krijgen (ook in Nederland ) boetes voor het afnemen van piekvermogen. Deze boetes zijn tevens seizoensgerelateerd....

[pinockio]

quote: (...)(een mens produceert ongeveer 500 Watt thermisch vermogen.

Onjuist. Het is ca. 100 Watt. (Wat denk je, dat een mens - vrijwel in rust - een hoeveelheid warmte produceert , m.a.w. een vermogen ontwikkelt dat gelijk staat aan ruim een halve paardenkracht? - 0,5 kW= ca. 0,69 PK)

quote:
Met het naderen van de psychologische grens voor processorsnelheid, namelijk wie kan bijvoorbeeld zo snel typen dat de PC het niet meer kan bijhouden?

Niemand kan zo snel typen, dat kon bij de boltypmachines van IBM al niet meer. Wat fijn is aan snellere machines is minder wachttijd bij het openen van applicaties en bestanden en bij ingewikkelde (grafische) berekenen. Gewoon een lekker snel reagerend systeem. Weliswaar is hierin prestatieniveau van o.a. geheugen, harde schijf en videokaart mede bepalend, maar ook op kantoor heb ik liever een PIV 2 Ghz / XP 2000+ dan een Celeron/Duron 1 Ghz. Als-ie maar (net zo) stil is. Dat hangt af van je manier van koelen. I.m.o. wordt daar nog te weinig aandacht aan besteed bij de gemiddelde kantoormachine. edit: Aanvulling: ik denk dat op kantoor meer winst geboekt kan worden door het vervangen van CRT-schermen (ca. 150 watt) door TFT-schermen (ca. 50-70 watt zo uit mijn hoofd). Dat is belangrijker dan een processor die onder volle belasting MAXIMAAL 70 watt (P4) of misschien de helft (Celeron) gebruikt. In het laatste geval is de winst dus maar ca. 35 watt i.p.v. ca. 100 watt, en dan hebben we er nog niet eens bij stilgestaan dat de meeste processoren op kantoor vrijwel continu 'idlen' dus nog weer een stuk minder energie verbruiken.
(Leuke anecdote: op een kantoor in Denemarken klaagde het personeel over de kou na vervangen van de monitoren door TFT-varianten )

(...)
quote:
De nieuwe wedstrijd tussen processorfabrikanten zal zich hier op toe leggen en niet meer op snelheid. (...)

Interessant punt. Echter, de Ghz/snelheidsrace gaat door. Het is nl. ook bekend dat naarmate men een snellere processor kan produceren, men ook een iets minder snelle processor voor mobiel/blade gebruik kan maken die op een lager voltage werkt, minder stroom verbruikt en dus minder koeling nodig heeft. (Voorbeeldjes: mobiele varianten van de PIV/Athlon modellen; mobiele/blade modellen van de PIII.) Snellere processors c.q. productieprocessen zijn ook in deze ontwikkeling _niet_ overbodig.

[Verwijderd]

Voor een groot deel heb je gelijk alleen kon je vijf/tien jaar geleden ook typen en hoefde tekstverwerken toen ook niet sneller.
Toch kopen bedrijven P4's als ze nieuwe computers nodig hebben.
Snellere computers zijn altijd nodig. Ook voor op kantoor.

[GarBaGe]

Geinig verhaal, maar dit wisten we natuurlijk allemaal al.
Intel gaat dit ook toepassen.... Weg voordeel van AMD.
Sterker nog, SON (Silicon-On-Nothing) blijkt nog beter te werken. Dat gecombineerd met Si-Ge transisors en strained-silicon en je bent weer een flinke stap verder....

[Xellence]

Dan kan je geen koper meer gebruiken en moet je weer terug naar aluminium. Wat schiet je daar nu mee op?

[justice strike]

je kan niet strained silicon en silicon on nothing gebruiken ze werken tegen elkaar in. als je ze allebei toepast krijg je het zelfde resultaat als dat je geen van beide zou gebruiken

[Verwijderd]

SON? heb je daar een link naar?

[Verwijderd]

mja, lijkt me HOOGtijd dat amd dit implementeerd, tot hiertoe kon je de *winst* die je maakte door amd te nemen ipv intel ver in de coolers stoppen (en dan nog hopen da ie noooit dood zou gaan)

[The Source]

Uit een artikel van The Inquire : http://www.theinquirer.net/?article=5542 blijkt dat een AMD Hammer met SOI maar 70 Watt gebruikt, evenveel dus als een Athlon XP terwijl de Hammer veel meer transitors heeft.

[edit]
edit, ik zie dat iemand me voor was

[Ruuddie]

Kunnen ze dan niet gewoon goud gebruiken voor de transistors?
Dat geleid nóg veel beter (gister bij scheikunde gehad, dat dat een van de beste geleiders is die er is). Is alleen wat duurder, maarja, da's zó weinig, dat mag toch geen dikke prijsstijging veroorzaken.
Ennuh, het toepassen op zo'n kleine schaal is ook niet moeilijk, je kan goud zó dun maken, dat je een "mat" hebt van maar één atoom dik

[pinockio]

Neem dan zilver. Geleidt nog beter. (Voor exacte cijfers: zoek eens in de nieuwsitems naar 'moederboard met zilvercoating'.)

[Verwijderd]

maybe maar dat is echter nog in kinderschoenen, enkel theorie enzo

bij amd moet echter proces nog verfijnd worden.

[Verwijderd]

Daarom ontwikkelde AMD het Silicon on Isolator (SOI) proces

het moet ins<b>U</b>lator zijn officieel meen ik mij te
herinneren

edit: ff cap en bold gemaakt, die U omdat het verkeerd gewijzigd is lol

[Verwijderd]

Volgens mij heeft niet AMD SOI ontwikkeld maar waren er meerdere partijen tegelijkertijd bezig.
Waaronder AMD.
De eerste die een commercieel bruikbaar SOI proces had was IBM.
Al in 1999 konden zij de eerste chips leveren die gebruik maakten van SOI, en inmiddels wordt er in veel IBM chips gebruik gemaakt van SOI.
Volgens mij heeft ook hier AMD weer gebruik gemaakt van de pateneten van IBM.

Deze link is wel interesant: http://www-3.ibm.com/chips/bluelogic/showcase/

hier staat interesante info over zowel de copper als de SOI en de SIGE technieken.

En hier 1 van de eerste postings over SOI http://www.tweakers.net/nieuws/1198/?highlight=SOI

En als laatste staat hier dat AMD meerdere miljoenen aan IBM betaald om gebruik te kunnen maken van SOI
http://www.tweakers.net/nieuws/16279/?highlight=SOI

[Verwijderd]

Kunnen ze dan niet gewoon goud gebruiken voor de transistors?
Dat geleid nóg veel beter (gister bij scheikunde gehad, dat dat een van de beste geleiders is die er is). Is alleen wat duurder, maarja, da's zó weinig, dat mag toch geen dikke prijsstijging veroorzaken.
Ennuh, het toepassen op zo'n kleine schaal is ook niet moeilijk, je kan goud zó dun maken, dat je een "mat" hebt van maar één atoom dik

Dan moet je toch je docent eens om de oren slaan, want de drie beste geleiders zijn aluminium, koper en zilver, goud staat daarbij op een lagere plaats, het voordeel met goud is dat het zo goed is tegen oxidatie, daarom word het ook veel toegepast in contact aansluitingen (stereo's o.a.)

[Keeper of the Keys]

[semi off topic]
Ik heb een vraagje:
Waarom moet de spanning zo omlaag? Zou het niet handiger zijn om met hogere spanningen te werken en lagere stroom sterkten, want bij een hogere stroomsterkte heb je meer weerstand en meer weerstand betekent meer warmte productie en minder effectief gebruikte energie.....
[/semi off topic]