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Ursachenforschung für die Overclocking-Limits

Ivy, so trügerisch: Core i7-3770K übertaktet
Von , Achim Roos

Doch wieso ist dem so? Aus welchem Grund laufen die in 32 nm gefertigten Sandy-Bridge-Prozessoren mit mehr Takt und mehr Spannung doch kühler? Hat Intel womöglich ein Montagsmodell auf den Markt geschoben? Wir sagen nein, denn zwei Gründe erklären unsere Beobachtungen.

  1. Viel mehr Abwärme pro Fläche

    Ivy Bridge bringt im Modell Core i7-3770K 1,4 Milliarden Transistoren auf 160 mm2 unter. Bei Sandy Bridge waren es noch 995 Millionen Transistoren auf 216 mm2. Nun muss jedoch berücksichtigt werden, dass die HD 4000-Grafik erheblich gewachsen ist und heute etwa ein Drittel der Silizium-Fläche einnimmt, während dies bei Sandy Bridge noch grob ein Viertel war. Wenn wir nun extrem vereinfachen und die Grafikeinheit außen vor lassen, so ist die Grundfläche der CPU um mehr als 40% geschrumpft. Das bedeutet folgendes:

    Grundflächenvergleich, grob geschätzt, ohne Grafikeinheit:

    Ivy Bridge ca. 105 mm2
    Sandy Bridge ca. 160 mm2

    Dabei ist Sandy Bridge Core i7-2600K auf 95 W ausgelegt, während Ivy Bridge Core i7-3770K mit maximal 77 W spezifiziert wird. Nun wird klar, wieso das Sinn macht: In unseren Overclocking-Versuchen erzeugen wir bei erheblich verringerter Silizium-Fläche eine vergleichbare Abwärme, was schlicht und ergreifend ein große Herausforderung bei der Kühlung erzeugt.
     

  2. Neue Transistor-Technologie

    Hinzu kommen die Tri-Gate-Transistoren. Intel gibt an, bei gleicher Leistungsfähigkeit bis zu 50% weniger Energie im Betrieb zu benötigen, da die Struktur aus einem einfachen Gate gepaart mit zwei vertikalen Gates die Oberfläche für Elektronenbewegungen effektiv verdreifacht und somit Leckströme drastisch reduzieren soll.

    Wir wollen hier vor allem die Aussage “bei gleicher Leistungsfähigkeit” betonen. Ein Blick auf die Leistungsaufnahmen im Normalbetrieb (siehe Benchmarks) bestätigt diese Angaben, doch wir operieren bei deutlich gesteigerter Taktrate – und für diesen Einsatz sind die neuen Transistoren womöglich schlicht noch nicht optimiert. Künftige Prozessor-Steppings werden zeigen, was Fortschritte bei der Tri-Gate-Technologie möglich machen.

22 nm Ivy Bridge: Effektiv ist die Fläche der CPU im Vergleich zum 32 nm Sandy Bridge ohne Berücksichtigung der Grafikeinheit um fast die Hälfte geschrumpft.22 nm Ivy Bridge: Effektiv ist die Fläche der CPU im Vergleich zum 32 nm Sandy Bridge ohne Berücksichtigung der Grafikeinheit um fast die Hälfte geschrumpft.

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