Jak procesory mogą być stabilne, gdy mają tak wiele tranzystorów?

Jak wiemy, procesor to prawie miliardy tranzystorów na jednej miniaturze, co jeśli jeden z tranzystorów się zepsuje?

Czy procesor posiada mechanizm automatycznego odzyskiwania?

To proste, testujemy je, zanim je sprzedamy i wyrzucamy złe.

Jest na to wiele sposobów - różni ludzie robią różne rzeczy, często używają kombinacji:

• niektóre testy są szybkie, aby upewnić się, że przebiegają wystarczająco szybko.

• inne testy obejmują tryb, który zamienia niektóre lub wszystkie przerzutniki w chipie w gigantyczne rejestry przesuwne, rejestrujemy znane dane w tych łańcuchach, następnie uruchamiamy chip przez jeden zegar, a następnie skanujemy nowe wyniki z powrotem i sprawdzamy, czy pasują do siebie nasze przewidywane wyniki - automatyczne narzędzia testowe generują minimalny zestaw „wektorów skanujących”, które będą testować każdą losową bramkę lub tranzystor na chipie - inne wektory wykonują specjalne testy bloków pamięci RAM,

• inne testują, czy wszystkie przewody zewnętrzne są prawidłowo połączone

• upewniamy się, że nie pobiera niezdrowej ilości prądu

Testowanie czasu kosztuje, czasem przeprowadzamy proste testy pod kątem oczywistych martwych wiórów, zanim zostaną one zapakowane w celu usunięcia złych, a następnie przeprowadzane są dalsze testy po zakończeniu pakowania

Aby rozwinąć nieco to, co powiedzieli inni: istnieje walidacja, a następnie klasyfikacja żetonów.

Tranzystory w procesorach mają tendencję do pokazywania swoich problemów na wyższych częstotliwościach, dlatego często wykonuje się jeden procesor, a następnie sprzedaje jako kilka różnych produktów. Tańsze procesory to w rzeczywistości uszkodzone wersje drogiego procesora. Inną opcją jest wyłączenie niektórych części procesora. Na przykład AMD stworzyło procesory z rdzeniem BArton. Sprzedawano także procesory z rdzeniem Thorton. Thorton nie był nowym rdzeniem. Zamiast tego połowa pamięci podręcznej L2 była uszkodzona i wyłączona. W ten sposób AMD dokonało pewnego odzyskiwania procesorów, które w przeciwnym razie zostałyby zmarnowane.

To samo stało się z 3 rdzeniowymi procesorami AMD. Początkowo były to 4 rdzeniowe procesory, ale jeden z rdzeni został określony jako uszkodzony, więc został wyłączony.

Odpowiedź na twoje pytanie brzmi „nie”. Obecnie nie ma metod automatycznego odzyskiwania w przypadku awarii sprzętu.

Producenci opracowują swoje procesy, aby uzyskać najlepszą możliwą wydajność (w dolarach) ze swoich płytek. Zmniejszając tranzystory, mogą zmieścić większą funkcjonalność na mniejszym obszarze. Można to uznać za większą liczbę układów (o tej samej funkcjonalności) na wafel. W miarę zmniejszania się rozmiaru chipa, możesz uzyskać więcej z opłatka, ale gdy się kurczą, więcej z nich okazuje się źle. Producenci akceptują to i nieustannie przesuwają kopertę technologii w celu zmniejszenia wiórów. Rzeczą, która mówi im, że SĄ na krawędzi koperty, są złe żetony.

Jeśli firma może zmniejszyć rozmiar elementu do 70% starego rozmiaru elementu, może uzyskać około 2 razy więcej żetonów na waflu. Jeśli ich wydajność w starym procesie wynosiła 95% (powiedzmy, 95 dobrych żetonów na 100 na waflu), a ich wydajność na nowym procesie wynosi 75% (150 dobrych żetonów na 200 na waflu), zarabiali pieniądze na nowy proces.

W małych węzłach każdy „tranzystor” ma 2 bramki, chyba że masz pamięć, taką jak SRAM. Jeśli jeden nie działa, masz po prostu powolny sterownik. W przypadku SRAM, jeśli nie przejdzie, po prostu „wysadzisz” rząd. Gdyby oba FETS na tranzystorze zawiodły, miałbyś bardzo drogi kawałek piasku, ale ja osobiście nigdy tak się nie stało. Nowoczesne FinFET są tak małe, że istnieje wiele problemów produkcyjnych (głównie kłopotów) ze względu na naturę litografii i prawdopodobieństwo. Przekonasz się, że pierwsze rzeczy w nowych procesach to układy FPGA, ponieważ możesz po prostu „wysadzić” złe komórki i zmienić wykres routingu. Nie mogę podać ci liczb, ale możesz zgadnąć, w jaki sposób świat x86 dzieli binowanie, rzeczy rzadko idą idealnie.

Oto ilustracja układu komórki XOR:

Zielone paski po lewej / prawej stronie to płetwy, a czerwony to poli. Niebieskie są kolorowym metalem na poziomie 1.

Komercyjne procesory nie mają mechanizmu automatycznego odnajdywania, ale w środowisku akademickim i procesorach specjalnych aplikacji tak się dzieje. Zrobiłem kilka wyspecjalizowanych komponentów, które wykorzystują architekturę asynchroniczną do rozwiązywania problemów z zegarem, które powstają z powodu złych bram, choć zniszczenie tlenku dziury jako gorącego nośnika, w którym dostajesz jeden naprawdę wolny tranzystor.

Najwyraźniej czasy się zmieniły. Wiele pięcioletnich odpowiedzi na to pytanie nie odzwierciedla już aktualnego stanu wiedzy, a niektóre z nich były nieprecyzyjne.

Tranzystory i inne urządzenia na krzemie są dość stabilne po wytworzeniu, pod warunkiem, że układ scalony nie przegrzewa się.

Oto czynności wykonane w nowoczesnym procesie wytwarzania układów scalonych w celu zminimalizowania wad:

• Układy scalone są szeroko testowane, zarówno na poziomie walidacji i weryfikacji projektu, jak i indywidualnych testów próbek. W tym artykule opisano niektóre procedury testowania Pentium 4.
• ogólny projekt układów scalonych jest obecnie zbyt skomplikowany, aby można go było całkowicie zweryfikować
• Układy scalone mają programowalny mikrokod, który umożliwia ograniczony stopień reprogramowalności, jeśli wady zostaną wykryte po wytworzeniu
• nowoczesne układy scalone zawierają zbędne warstwy krzemu, co pozwala na usunięcie defektów wykrytych podczas produkcji
• wiele procesorów ma nadmiarowe moduły sprzętowe, bez względu na to, czy są to rdzenie procesora, pamięć podręczna czy inne IP; jeśli nie wszystkie jednostki działają, niektóre można wyłączyć i „spiętrzać” jako części tańsze. Jednym z przykładów jest wielordzeniowy układ scalony PS4, który zawiera jeden nadmiarowy rdzeń, który jest wyłączony, aby osiągnąć wyższą wydajność.
• niektóre procesory będą działać, ale nie z najwyższą prędkością; mogą być sprzedawane jako procesory o niższej prędkości i niższych kosztach
• wiele procesorów i pamięci RAM wykorzystuje pamięć kodowania z korekcją błędów (ECC) lub wykonuje korekcję błędów sprawdzania poprawności wiadomości na różnych etapach przesyłania danych, aby zapewnić integralność
• czasami procesory ulegają awarii w sposób, który powoduje awarię systemu, ale nie uniemożliwia ponownego uruchomienia systemu po ponownym uruchomieniu (zatrzask CMOS)

Błędy programowania w formalnej specyfikacji procesora są bardziej prawdopodobne niż awarie konkretnego tranzystora.

Podczas gdy zwykłe procesory nie mają zdolności automatycznego odnawiania, pracowano również nad samoresetującymi procesorami jako środkiem przeciwdziałającym promieniom kosmicznym. Promienie kosmiczne mogą gromadzić wystarczającą ilość energii w procesorze lub pamięci RAM, aby powodować odwracanie bitów.

Jak wskazano w komentarzach, systemy o znaczeniu krytycznym od dawna polegają na wielu procesorach. Prom kosmiczny, w 1976 roku , jako jeden z przykładów, używane pięć komputerów, z których cztery prowadził sam program i „wybrany” na wszystkie decyzje kontroli lotu, aby zapewnić bezpieczeństwo.

Większość nowoczesnych tranzystorów procesorowych to tranzystory polowe. Zaletą ich jest uzyskanie odporności na źródło / odpływ przy rozpoczynaniu przeciążenia. Jest to jeden z czynników, który umożliwia wytwarzanie tranzystorów MOSFET o dużej mocy poprzez umieszczenie wielu równolegle. Obciążenie rozkłada się automatycznie. Może to być czynnik ułatwiający rozwiązywanie problemów. Ale myślę, że to jest naprawdę prostsze.

Podobnie jak w przypadku większości części elektronicznych, jeśli jedziesz zgodnie ze specyfikacją, będą one działać przez dłuższy czas. Kiedy wytwarzany jest mikroprocesor, na koszt składają się dwa czynniki. Tylko przestrzeń na krzemie i, ze względu na złożoność, faktyczna wydajność. Nie wszystkie układy działają po wytworzeniu. Jednak po wykonaniu i po sprawdzeniu poprawności wiadomo, że tranzystory są dobre. Jeśli są napędzane w ramach specyfikacji, są szanse, że pozostaną dobre.

Czy zastanawiałeś się kiedyś, dlaczego ten sam układ jest czasami sprzedawany z różnymi prędkościami? Czy zauważyłeś, że czasami ta sama architektura układów GPU jest sprzedawana z różną liczbą jednostek wewnętrznych?

Nie ma sposobu na naprawienie defektu sprzętowego na poziomie krzemu, ale z czasem projektanci nauczyli się radzić sobie z problemem zwiększenia wydajności . Bez przewidywania, wydajność zależy wyłącznie od jakości produkcji. Jeśli jednak jesteś sprytny, możesz odzyskać część złych żetonów.

Na przykład, powiedzmy, że masz 18-rdzeniowy układ, który działa mniej więcej niezależnie. Podczas testowania sortujesz idealne układy i wypuszczasz je jako model A18. Większość uszkodzonych układów ma tylko jeden błąd, więc będą działać dobrze, dopóki wadliwy rdzeń zostanie wyłączony. Sprzedajesz je jako model A17 po nieco niższej cenie, a te, które mają dwa złe rdzenie, są sprzedawane jako model A16 po coraz niższej cenie.

To samo może dotyczyć prędkości chipa. Perfekcyjnie wykonane układy będą mogły pracować z prędkościami przekraczającymi specyfikację projektową, ale układy z problemami mogą nie. Są one sprzedawane przy niższych specyfikacjach prędkości.

Ta metoda radykalnie zwiększy ogólną wydajność i dlatego jest dość powszechna. Na przykład PlayStation 3 ma 8 jednostek SPE pod względem sprzętowym, ale jedna jest zawsze wyłączona, aby uwzględnić problemy z wydajnością.

Czy procesor posiada mechanizm automatycznego odzyskiwania?

Nie, jak wyjaśniono powyżej. Jednak ich pamięci podręczne, zwłaszcza L2 i L3, mogą mieć w sobie dodatkową pamięć RAM. Podczas testowania części w fabryce uszkodzone bloki pamięci RAM można usunąć i użyć dodatkowych bloków pamięci RAM.

Zasadniczo nie, pokrywasz złe tranzystory za pomocą ekranu chipa i po tym spodziewasz się stosunkowo niewielkiego odsetka strat. Firma zajmująca się układami scalonymi istnieje od dziesięcioleci, ma wiele sztuczek, aby sobie z tym poradzić (i tak, czasami jedną z nich jest po prostu wypuszczenie złych części i ich wymiana za darmo lub niech klienci będą niezadowoleni).

W środowiskach zahartowanych promieniowaniem (przestrzeń kosmiczna) prawdopodobnie głosowałbyś potrójnie, każdy „bit” faktycznie ma trzy bity, które głosują, aby je wykonać. do ustalenia ustawienia bitów potrzeba tylko dwóch trzecich głosów. więc tranzystory w drugiej trzeciej części mogą się zepsuć i ostatecznie z całkowitą dawką. ale głównym problemem jest zdenerwowanie pojedynczym zdarzeniem. Te układy scalone i systemy są zaprojektowane dla tych środowisk od góry do dołu, krzemu, sprzętu, oprogramowania itp. I wykorzystują starą wypróbowaną i prawdziwą technologię, a nie najnowocześniejszą, więc liczba tranzystorów i wielkość tranzystorów pochodzi z lat temu.

Oczekuje się, że COTS czknie i od czasu do czasu zawiedzie.

Może się to wydawać cudem, ale istnieje wiele mechanizmów stosowanych w celu zmniejszenia liczby awarii tranzystorów. Jednak w zależności od rodzaju awarii tranzystora i tego, gdzie procesor może, ale nie musi, być użyteczny czasami w pewnych warunkach.

Obecnie często nie ma wbudowanego mechanizmu automatycznego odzyskiwania, ale przeprowadzono wiele badań nad rekonfigurowalnymi obliczeniami, redundancją i innymi technikami, aby zminimalizować ten problem.