Защо Intel Core i5 всъщност е Core i9 или какво е бинингът на процесорите

Защо Intel Core i5 всъщност е Core i9 или какво е бинингът на процесорите

Вече свикнахме, че във всяко едно ново поколение десктоп процесори има не един и два, а десетина чипа. Те се различават по броя ядра, по тактовите си честоти, по размера на кеша от различно ниво, по интегрираната графика и още много други параметри, което може да ни накара да си помислим, че производителите за всеки отделен процесор използват отделна производствена линия, което всъщност е твърде скъпо и доста трудно.

Но на практика, колкото и странно да изглежда, всички съвременни процесори на Intel и AMD се произвеждат от еднакви силициеви кристали. И наистина, физически, 8-ядреният Core i9 и 6-ядреният Core i5 са на практика еднакви. Дори компанията Apple не се различава от другите в този подход. Но защо производителите на чипове постъпват по този начин? Нека се задълбочим.

Всичко започва от силициевите вафли

Пътят на повечето от добре познатите ни процесори започва от стандартната 300 милиметрова силициева пластина, която се нарича wafer (вафла). Тя се произвежда от силиций с много висока чистота и в заводите за полупроводникови елементи всички служители и специалисти носят не само маски, но и специално защитно облекло, за да може помещенията да се замърсяват колкото се може по-малко.

След това в тези пластини с помощта на маски и шаблони под въздействието на мощни лазери се образуват различните слоеве на пътечките, на изолациите, както и самите полупроводници. По този начин се получават красиви силициеви вафли, които от време на време ни показват на презентациите.

Цената на една подобна силициева вафла е много висока и е на ниво стотици хиляди долари, като процесът на нейното производство отнема месеци. На тази пластина с помощта на лазери могат да бъдат „гравирани“ стотици процесори, които след това се отрязват от нея и се продават. Всъщност процесите са много по-сложни.

Част от този силициева вафла – от 5 до 15% веднага отива за преработка. Причината е, че кристалите на процесорите са правоъгълни или квадратни, а силициевата пластина е кръгла. Засега никой не може да прави квадратни силициеви вафли или процесори с кръгли кристали. А и технологичният процес е такъв, че се използват цилиндри, в горната и долната част на които има малки пирамидки, които се изрязват и веднага отиват за преработка. Това е един допълнителен разход, който обаче се счита за незначителен.

Може да ни се стори, че останалата част от силициевата пластина вече може спокойно да се нареже на отделни процесорни кристали, които да бъдат поставени на подложките и след това продадени. Не е точно така.

Светът не е съвършен

Колкото и да се стараят специалистите, няма как да бъде направена идеалната силициева пластина, от която да се получат еднакви процесори. Винаги има брак поради хетерогенността на силиция, заради попадане на съвсем малко прах на повърхността на пластината при работата на лазера и други подобни.

Ето защо след като бъдат произведени силициевите пластини се тестват за брак с помощта на най-различни методи, след което част от пластините се бележи за допълнителен анализ, който получи жаргонно то име бининг (binning). Тази дума може да бъде преведена като „ровене в боклука“ и това съвсем не е далеч от истината.

Да се върнем отново към фамилията процесори Rocket Lake. Флагманът на тази серия е Core i9-11900K, който има 8 ядра, кешове на три нива, различни контролери и интегрирана графика:

8-те правоъгълника в центъра са ядрата, кешът се намира между тях, а тъмната област отляво е интегрираната графика

В идеалния случай се очаква да бъдат получени именно такива кристали. Но какво да правим, ако при тестовете и проверките се оказва че в някой от кристалите не работи едното ядро? Най-лесното решение е този бракуван чип да бъде изхвърлен.

Но нека отново да напомним, че тези силициеви пластини са много скъпи и се произвеждат дълго. Ето защо специалистите по полупроводници още преди десетилетия са се досетили просто да изключват бракуваните блокове и от тези кристали да правя по-евтини процесори с изключени ядра, деактивирана графика или нещо друго подобно.

Ако бъде открит брак в интегрирания графичен ускорител, то той се изключва и процесорът се отбелязва с индекса F. Той всъщност си работи без проблем, но за получаването на изображение ще трябва да се използва външна графична карта. Едно или две процесорни ядра не работят както трябва и лагват? Изключваме ги заедно с техния кеш и този Франкенщайн получава името Core i5, а не Core i7 или Core i9.

Ето как се получава, че от това „ровене в боклука“ има голяма полза. И наистина, изхвърлят се само тези кристали, които въобще не работят добре – например е бракувана общата за всички ядра кеш памет от трето ниво или пръстеновидната шина. Всичко останало се орязва колкото може и се продава.

Apple постъпва по същия начин. Да си припомним че системата върху чипа М1 на компанията от Купертино се предлага във вид на две версии – със 7 и с 8 ядра на интегрирания графичен ускорител. Разбира се, от физическа гледна точка кристалите и в двата чипа са еднакви, но Apple просто не иска да изхвърля почти работещите SoC. Като се има предвид, че не на всички е необходима много висока графична производителност, то това решение има смисъл:

Орязаните чипове също се продават много добре

Би могло да ни се стори, че сега всичко си е дошло на мястото: по опростените серии процесори са бракувани версии на по-старшите CPU. Но какво тогава да кажем за процесорите Core i7 и Core i9 от последното поколение чипове на Intel? Същият Core i7-11700K се различава от Core i9-11900K само по работните честоти, точно както е и при Core i5-11500 и Core i5-11600K:

Защо става така? Съвсем просто е: всичко се дължи на чистотата на силиция: колкото е по-близо изрязаният от вафлата кристал до нейния център, толкова е по-чист силицият. А колкото е по-чист силицият, при толкова по-високи тактови честоти може да работи процесорът, като от друга страна, загрява повече.

Ето защо производителите специално подбират кристалите, които могат да работят с по-високи тактови честоти. За по опростените процесори, особено тези които няма да се овърклокват, може да се използва силиций с по-ниска чистота.

Интересно е, че разликата в тактовата честота заради чистотата на силиция не е голяма, особено при съвременните поточни линии за производство на чипове чрез 14 или 7-нанометров технологичен процес. Ако Core i9-11900K достига средно 5,1 GHz, то Core i7-11700K спира на 4,8-4,9 GHz. Разликата е 200 MHz или около 5% от реалната производителност.

Нарочно бракувани

Едва ли за някого е тайна, че младшите серии на процесорите Core i3 или Core i5 се продават много по-добре от старшите Core i7, още повече от Core i9. Някой може да каже, че първите са брак и излиза, че над половината от чиповете се бракуват при производството.

Разбира се, това не е така. Нито един производител на полупроводникови продукти не съобщава точните числа на брака, но се предполага, че той едва ли превишава 10-15%. Откъде тогава се вземат толкова много бракувани и орязани процесори?

Работата е в това, че производителят хардуерно или софтуерно изключва пълноценно работещите ядра или интегрираната графика на Core i7 или Core i9 и маркира тези процесори като Core i3 и Core i5. Но каква му е ползата от това? Старшите чипове от тази серия процесори имат по-висока цена от базовите и се получава така, че компанията се лишава от солидна печалба?

Разбира се, че не. От икономическа гледна точка всичко е правилно. Да допуснем, че един кристал от силициевата пластина струва на Intel около 50 долара. Ако той бъде продаден като Core i9, компанията ще получи 400 долара, а след като бъде орязан до Core i5 – само за 200 долара.

Само че статистиките показват, че Core i5 се продава пет пъти по-добре от Core i9. Тоест, ако Intel продаде един екземпляр от старшата серия, ще спечели 350 долара. Ето защо е по-изгодно да се продадат пет екземпляра от средно ниво, от всеки от тях да се спечелят по 150 долара и в крайна сметка общата печалба да е 750 долара. Дали потребителите не могат да се възползват от това?

Магията на отключването

Разбира се, тази информация е подтикнала редица потребители но мисълта, че AMD и Intel всъщност твърде често блокират абсолютно работещи ядра и защо да не се опитаме да ги отключим и да ги използваме?

Понякога това може да се направи. Така например, преди около почти 10 години компанията AMD произвеждаше 2-ядрените Athlon и 3- и 4-ядрените Phenom. В редица случаи директно от BIOS можеше да се пробва да се отключи един Athlon и от него да се получи Phenom с двойно повече ядра за съвсем същите пари. Разбира се, това не се получаваше винаги, но късметлиите бяха доста.

Athlon се превръща в пълноценен Phenom!

Преди около 5 години заради грешка на Intel, в дънните платки с чипсета Z170 можеше да се извърши овърклок по шината на процесорите от шесто поколение с блокиран множител. В крайна сметка съвсем базовият Core i5-6400 с тактова честота само около 3 GHz, можеше да бъде ускорен до 4 GHz, а в редица случаи и до повече. Това е един много приятен безплатен бонус от около 30% по-висока производителност.

Уви, най-новите поколения процесори AMD Ryzen и Intel Core изобщо не се поддават на подобни манипулации. Компаниите забелязаха всичко това, направиха си съответните изводи и сега в кристалите се вграждат специални мостчета, които при орязване от подобен род се прерязват и е невъзможно по софтуерен път тези нови процесори да бъдат отключени.

Изводи

Какво имаме в крайна сметка? Трябва да знаем, че компаниите производители никога няма да изпуснат своята печалба и те буквално ще изстискат от силиция всичките му сокове и понякога ще продават чипове, в които е изключена над половината от изчислителните блокове. От друга страна за нас това е по-добре: колкото е по активен бинингът, толкова по-малко пари дава дадена компания за бракувани чипове и цената на процесорите за нас е по-ниска. Така че, когато в бъдеще си купите някой Core i5 трябва да знаете, че в душата си той е мечтал да бъде Core i9, но просто не му е провървяло.



Източник: www.kaldata.com