warum so große stromstärkern für cpus?

[Gast]

ja ... frage steht oben. wozu so hohe stromstärkern wenn die leistung eh nur in wärme umgewandelt wird. warum nich n widerstand vorschalten und dafür die spannung erhöhen. für die wärme ist doch nur die stromstärke verantworlich. aber dann gibts wieder elektromigration. ein teufelskreis:( aber irgendwas muss man doch da ändern können...

[Gast]

blöd nur, dass man mit ner geringeren stromstärke zwar weniger abwärme produziert, aber dafür auch geringere rechenleistung hat und die will keiner. Auch mit 5000V schaltet nen transistor nich, wenn keine elektronen fließen (stromstärke entspricht fluss der ladungen pro zeitabschnitt).

[pippo]

Lol, nen Widerstand vorschalten. Ist die Frage ernst gemeint oder ein Joke ? Ist ja ein gefährliches Halbwissen was du da hast.

Durch nen Widerstand wird net der Strom begrenzt, sondern nur die Spannung reduziert. Wenn du dann die Spannung vor dem Widerstand wieder so erhöhst, dass der Prozessor wieder seine Nennspannung hat, braucht er wieder genauso viel Strom wie ohne den Widerstand.

Wenn du die Spannung ziemlich hoch machen würdest, also auf 5000V, würden schon Elektronen fließen. Die würden den Prozessor killen. Die Elektronen fließen dann praktisch so stark, dass sie durch die Isolation zwischen den Transistoren durchgequetscht werden und alle Transistoren zerstören

[ThePiet]

Original geschrieben von Gast
(stromstärke entspricht fluss der ladungen pro zeitabschnitt).

Bei der elektrischen Stromstärke müsste man eigentlich angeben, wie viel Elektronen pro Sekunde sich durch den Leiterquerschnitt bewegen, zumindest habe ich das so in Erinnerung.

mfg

[BlackBirdSR]

Original geschrieben von Gast
ja ... frage steht oben. wozu so hohe stromstärkern wenn die leistung eh nur in wärme umgewandelt wird. warum nich n widerstand vorschalten und dafür die spannung erhöhen. für die wärme ist doch nur die stromstärke verantworlich. aber dann gibts wieder elektromigration. ein teufelskreis:( aber irgendwas muss man doch da ändern können...

ganz simpel..
wenn Transistoren schalten, fließt nunmal Strom.
Je mehr Transistoren, desto mehr Strom muss fließen.

Du kannst nicht sagen: so jetzt geben wir der CPU weniger Strom. Das Resultat wäre eine extrem verringerte Taktrate.
Und das will ja Keiner ;)

[BlackBirdSR]

Original geschrieben von pippo
Wenn du die Spannung ziemlich hoch machen würdest, also auf 5000V, würden schon Elektronen fließen. Die würden den Prozessor killen. Die Elektronen fließen dann praktisch so stark, dass sie durch die Isolation zwischen den Transistoren durchgequetscht werden und alle Transistoren zerstören

Da reichen bei einem P4 heute schon 3-5V. müssen keine 5KV sein ;)

[Endorphine]

Das Problem der Stromstärke (die ja eigentlich komplett unerwünscht ist) ist sehr vieldimensional und hängt von vielen Faktoren ab. Mit der Halbleiterphysik beschäftigen sich promovierte Wissenschaftler schon seit Dekaden.

Man kann das Problem jedenfalls _nicht_ durch einen simplen ohmschen Widerstand lösen. Drollige Annahme übrigens. Als ob über dem Widerstand keine Spannung abfallen würde... Der Spannungsregler kompensiert den Abfall dann wieder weg und es wird lediglich warm am Widerstand und nichts ist gewonnen.

Mit Schulphysik kommt ihr dieser Problematik nicht bei.

[Bokill]

Ich denke folgendes beschreibt dies ganz gut weswegen der drollige Vorschlag so nicht klappen kann...

Bokill`s CPU-Schlüsselanhänger; Mögliche Folgen von OC
Nochmals neuer Anlauf, wiederum...
diesmal ein eigener Thread.

Erstfassung unter Posting Zitatklau geschrieben.
Original geschrieben von Bokill

Kleiner Überblick zu den Problemen heutiger CPU`s

Silizium/Halbleiter
Der Schmelzpunkt von Silizium liegt bei Normdruck bei etwa 1410°c. Halbleiter sind um so besser elektrisch leitend je wärmer das System wird.
Das Problem liegt daher woanders, die leitenden Bahnen sind Bereiche im Reinstsilizium in denen Fremdatome zugefügt wurden, diese {Dotierten Bereiche} sind deutlich besser leitend, zusätzlich sind als Metalle Wolfram Aluminium und Kupfer eingesetzt, auch um die Verbindungen zwischen den einzelnen Schichten {Layer} des Dies zu kontakten. Verkürzend wird bei der Layertiefe einer CPU, nur die Anzahl der Metalllayer genannt. Derzeit ist bei AMD mit 20 Schichten insgesamt und 9 Metallschichten mit an der Spitze. (Barton und die Hammer- Familie)
Stand Ende 2003.

Irrwege und Kaputt !
Dieser Materialmix muss 100% funktionieren , sobald auch durch thermische Vorgänge, die Elektronen/Elektronenlöcher nicht nur die vorgeschriebenen Wege benutzen, sondern ihre eigenen Abkürzungen wählen (Tunneleffekte), oder durch Überbeanspruchung die "Straßen" zerstört werden (Elektromigration{ Abtrag von Material durch "Heiße Elektronen"}), funktioniert die CPU zwar irgendwie, aber man kann sich ihrer Ergebnisse nicht sicher sein. Dummerweise sind diese Effekte teilweise (Elektromigration) irreversibel, die Folge ist dass die CPU kaputt ist, in anderen Worten: Exitus, über den Jordan, Schrott, so dass man einen hübschen Schlüsselanhänger mehr hat, oder auch ein heimtückisches eBay-Objekt.

Nachtrag Elektrische Einflüsse
Eine CPU ist ein sehr komplexer Schaltkreis, selbst bei normaler Umgebungstemperatur sind durch Stromfluss bedingte Sekundärströme zu beachten. Jeder fließende Strom produziert Elektromagnetische Felder und Wärme (gilt für alle normalen Leiterbahnen, solange nicht das Phänomen Supraleitung vorliegt). Der Transformator ist in diesem Falle durchaus vergleichbar mit einer CPU. Bei einer CPU ist dies jedoch kein konstant fließender Strom, sondern ist ein "quasi Chaotisch" fließender Strom, mit der Folge, dass Leiterbahnen wechselweise ihren Widerstand ändern, ohne dass alles 100% vorberechnet werden kann! Die Leiterbahnen sind auch nicht so schön regelmäßig im Raum aufgebaut, wie die klassische Spule eines Transformators im Schulversuch, dies erhöht die „Unvorerberechenbarkeit“ eines stromdurchflossenen komplexen Körpers.

Nachtrag: Simulation der elektrischen Wechselwirkungen
In der Vergangenheit waren elektrische Wechselwirkungen einer CPU eher ein 2-dimensionales Problem. Mit zunehmender Stapelhöhe der CPU“ Leiterbahnenkarten“ (der K6 hatte ein 5-Schicht Design – Die Athlons entwickelten sich von 6 Schichten zu bis jetzt 9 Schichten {Barton}) wächst sich das Problem, der Berechnung von Elektrischen-Wechselwirkungen, zu einem 3-dimensionalem Problem aus. Alle CPU-Bäcker gestalten ihre CPU`s immer komplexer.
Basierend auf Erfahrung und Simulationen werden CPU- Designs gebacken, diese Erfahrung ist in seinem Wert daher gar nicht hoch genug einzuschätzen. Nicht ohne Grund werden CPU-Designer aus dem Hause Alpha mit Kusshand genommen, da diese schon die verschiedensten Konzepte durchgedacht haben und auch Backen durften, ohne vom Marketing ausgebremst zu werden!


Nachtrag SOI, Maßnahmen gegen Tunneleffekte, Leckströme
Dank an @Seemann aus „AMD XP 3200+ Enttäuschung?“


quote:
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... Je kleiner die Strukturbreiten, desto größer die Leckströme. Der Palomino war ja noch in 0,18 µm gefertigt, die Nachfolger dann in 0,13 µm. Das erklärt teilweise die höheren Leckströme im TBred und im Barton. Zum Glück hat AMD mit SOI da eine mächtige Gegenmaßnahme in Petto!

...Dadurch, dass der gleiche Strom (trotz niedrigerer Spannung) durch eine kleinere "Leiterbahn" fließen muss, steigt der "Druck" auf die (auch kleiner gewordene) Isolierung (die jetzt auch nur noch 10 bis 20 Atomlagen dick ist) an, sodass "aus Versehen" doch mal das ein oder andere Elektron dahin wandert wo es nicht hin soll...

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Antitunnelkommando SOI
Ein in jüngster Zeit aufgetretenes Phänomen sind die Leckströme, diese waren zwar immer schon vorhanden, waren aber nachrangig. @Seemann bemerkt aber ganz richtig, dass mit Umstellung auf die 0,13 µm Fertigungstechnologie bisher alle CPU Bäcker massive Probleme hatten. IBM, Motorola und AMD versuchten schon frühzeitig mit einem gleichen Konzept dagegen zusteuern, SOI war geboren (Silicon- on- Insulator). „SOI nutzt eine vergrabene Oxid-Schicht für die vollständige dielektrische Isolation jedes einzelnen Bauelements einer integrierten Schaltung“*. Herkömmlich war bisher, dass die Leiterbahnen und Transistoren, Bauteile direkt auf dem Silizium aufgebracht waren. Das Siliziumoxid war lediglich die Trennschicht zwischen den Leiterbahnebenen. Wenn das Verfahren im Griff ist geben alle Verfechter des Verfahrens eine Leistungssteigerung bis zu 30% an.

SOI verbessert die Isolatoreigenschaften durch spezielle Oxidschichten, ferner werden andere Isolatoren verwendet, der Sammelbegriff für diese spezielle „Stoffgruppe“ ist Dielektrika. Durch geschickte Kombination kann den Leckströmen und den Tunneleffekten so begegnet werden.
Leckströme sind ein spezieller Sonderfall von Tunneleffekten , dies betrifft genau die Stelle eines Transistors, wo gezielt der Elektronenfluss gesperrt oder durchgelassen wird.).
Zur Zeit geht man davon aus, dass das echte Minimum für eine Sperrschicht 3-4 Atomlagen sind.
Dahinter liegt der Phänomen-Zoo mit den Quanteneffekten, die zum Teil Phänomene zeigt, die dem normalen Verstand zu wieder laufen und auch mit Mitteln der Klassischen Physik nicht mehr erklärbar sind.

Nachtrag Extremkühlung
Gut gemeint sind die Versuche mit Extremkühlung, allerdings werden die Effekte nur reduziert, die Gitterschwingungen werden reduziert, aber nicht vollkommen eliminiert.
Die Elektronen haben jedoch weiterhin eine größere {Kinetische} Energie, und diese Energie kann dann ausreichen die „Autobahnen“ {Leiterbahnen in der CPU, bzw. die leitend gemachten dotierten Bereiche} nicht nur zu verlassen, sondern sie zu zerstören. Siehe auch Elektromigration.
Ich bringe mal ein Beispiel
Bei einem getuntem Porsche reicht es nicht aus, den Motor zusätzlich zu kühlen... auch dieser wird dann mit erhöhter Geschwindigkeit durch eine Betonmauer zu krashen.
Sowohl der getunte Porsche, als auch der ungekühlte Porsche krashen irgendwann bei der gleichen Geschwindigkeit durch die Mauer.
Die Folge ist bei beiden gleich: Totalschaden. ... schade und das obwohl der getunte Porsche einen extra gekühlten Motor hatte.

Nachtrag: Resourcenverbrauch
Mein Glaube (derzeit) sagt mir, dass eine aktuelle Fertigungstechnik noch wesentlich mehr Rohstoffe verbraucht. Kleinere Strukturbreiten sind nur mit höherem Aufwand zu erreichen, hübsche bunte Spielzeugzeitschriften berichten mitunter wunderliche Sachen. AMD aber auch bestimmt Intel geben sogar an, welche Grundchemikalien sie einsetzen... das wird immer aufwändiger...

Zeitfrage des Zerfalls
OC kann den Produkten schaden, aber es ist völlig unklar, wie lange die Komponenten dies aushalten. Da ist jeder Die individuell, denn selbst wenn es scheinbar nur ein Handwerk ist CPUs zu produzieren, so hat Intel seine Gründe immer noch an der Strategie „Copy Exaktly“ festzuhalten.
Viele Prozessschritte sind immer noch gekoppelt mit Erfahrungswerten/Erfahrungswissen... alle, die Naturwissenschaftliche Experimente gemacht haben (besonders in der Chemie), können dieses leidvoll
bestätigen.

Motive zum Thread
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quote:
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In der Regel gehöre ich aber nicht zu den Leuten, die absichtlich in eine Öko- Siedlung einziehen...
um dort den eigenen Garten mit Beton auszugiessen, den Restgarten mit Chemie besprühen und als Krönung noch dazu Gartenzwerge, neben den 4 Garagen, zu plazieren... sonst wäre dieser Thread von mir im OC- Forum gepostet worden

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PS. Wenn der Nachtrag zur Extremkühlung falsch ist, dann korrigiere ich dies umgehend, denn ich bin in der Kreisklasse was die Physik- Kompetenz angeht.
Bei Chemie/Werkstoffkunde liege ich besser.

Link zu SOI:
* http://www.tecchannel.de/special/1040/

...

1. ...
2. ...
3. ...

3. Verweist auf folgende Links:
a. http://www.hardtecs4u.com/reviews/2003/snd_syndrom/

b. http://www.tweakpc.de/berichte/emig/emig.htm

War im Forum bei P3D unter dem Threadtitel "Bokill`s Schlüsselanhänger..."
http://www.planet3dnow.de/vbulletin/showthread.php3?s=&threadid=129140

[mrdigital]

man kann den Stromverbrauch in CPU`s grobgesagt in zwei Klassen einteilen :
einmal die hier aussführlich erwähnten Leckströme, die aufgrund von Materialeigenschaften entstehen und mit kleinerer Struturgrösse sich verschärfen und andererseits die Ströme, die bei jedem Schaltvorgang eines Transistors fliessen. Das Quatum an Elektronen das pro Schaltvorgang fliesst, nimmt zwar kontinuierlich ab (mit sinkender Strukturgrösse werden pro Schaltvorgang weniger Elektronen bewegt) aber mit einer Strukturverkleinerung wird ja i.d.R. auch eine höhere Schaltfrequenz angestrebt (also wieder steigender Stromverbrauch) und die erstgenannten Effekte werden immer bestimmender.
Das Problem ist nun, dass die Leckstromverlusste vollkommen unerwünscht sind, und man versuchen kann durch neue Fertigungsmethoden diese zu minimieren, aber die Schaltströme können nie beseitigt werden, denn der fliessende Strom ist nunmal auch der Informationsträger. Der einzige Aussweg wäre eben eine ganz andere Technologie zu verwenden, bei der nicht mehr fliessende Ladung den Informationstransport übernimmt, vorstellbar wäre z.B. Licht.

[Rhönpaulus]

das problem ist eigendlich simpel.
je kleiner die strukturbreiten desto dünner die sperrschichten(isolation).
je dünner die isolation desto geringer die spannungsfestigkeit.
aus diesem grund sinken die betriebsspannungen der ic's mit kleiner werdender struktur.
der stromverbrauch wird bei cmos-ic's aus leckströmen(unerwünschter strom durch isolierungen)+ den ladeströmen der parasitären kapazitäten gebildet.
hier gilt: je mehr transistoren und je kleiner die strukturbreiten desto höher der stromverbrauch.
kleinere strukturen bringen zwar auch kleinere parasitäre kapazitäten der transistoren(->stromverringerung),dieser effekt kann aber die höheren leckströme durch die schlechtere isolierung nicht kompensieren.
das bedeutet insgesammt: mit kleiner werdender strukturbreite nimmt der energieverbrauch im ruhezustand der ic's zu wärend sich der energieverbrauch unter last ralativ gesehen verringert.

[Bokill]

hasse dieses Forum, denn hier wird gerne die Kettensäge angeschmissen, wenn man Unsinn verzapft.

Wenn meine gekürtzte Fassung von Bokill`s Schlüsselanhänger falsch ist, dann nur zu, Verbesserungen bringe ich dort gerne rein.

MFG Bokill

[Wishnu]

Original geschrieben von Endorphine
Mit Schulphysik kommt ihr dieser Problematik nicht bei.

Stichwort Quantenmechanik. *schauder*