Leistung und Kühlung

Computer-Chips bestehen zum größten Teil aus Silizium. Silizium ist ein Halbleiter, man kann daraus elektrische Bauteile wie Transistoren herstellen. Silizium gewinnt man aus Siliziumdioxid (SiO2). Der Prozess der Gewinnung von absolut reinem Silizium ist extrem zeit- und energieaufwändig und deshalb teuer. Der erste Schritt ist die Gewinnung von Silizium-Walzen mit 15 bis 35 cm Durchmesser. Diese werden in Scheiben (Wafer)geschnitten. Mithilfe von Chemikalien und UV-Bestrahlung werden die Schaltelemente in die Wafer geätzt. Auf einem Wafer entstehen so viele einzelne Dies(CPU-Kerne). Moderne CPUs bestehen nicht mehr nur aus Silizium. Einige Bauteile, die nur zum Strom-Transport dienen, bestehen aus besser leitendem Kupfer.
Die Strukturgrößen auf den Chips werden immer kleiner, seit Anfang 2004 beträgt die Gate-Länge bei Transistoren ca. 90 nm. Bei diesen kleinen Dimensionen kommt es zu immer stärkeren Leck-Strömen, die Verlustleistung steigt somit überproportional an. Mittlerweile ist die Wärmeabgabe eines Dies (pro Flächeneinheit) deutlich höher als die einer Herdplatte.
Zwischen den einzelnen Wafern gibt es Qualitätsunterschiede. Um nun immer schnellere und höher getaktete Prozessoren auf dem Markt zu bringen, müssen die Ingenieure und Techniker der Prozessorhersteller Methoden entwickeln, die Qualität der Wafer zu steigern. Daher unterscheiden sich die einzelnen Modelle einer Prozessorreihe in der Herstellungsqualität, die als Stepping angeben wird. Je besser dieses Stepping ist, desto größer sind die Möglichkeiten einen Prozessor zu übertakten.

Überschreitet ein Prozessor seine Maximaltemperatur läuft er nicht mehr stabil. Es entsteht aber dann noch kein bleibender Schaden. Erreichen Teile des Prozessors die Grenze von 120° veraendert sich die Kristallstruktur des Siliziums. Die Folge sind dann bleibende Schäden am Prozessor.

Um dem entgegenzuwirken werden für heutige Prozessoren eine Vielzahl von Kühlern angeboten. Moderne Kühler bestehen aus einem Kühlkörper und einem Lüfter. Um besonders leise zu arbeiten können die Kühlkörper auch mit Wasser gekühlt werden. Der erste serienmäßige PC mit Wasserkühlung ist das Spitzenmodell des Apple G5.

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Dieser Artikel:

Einleitung
RISC und CISC
Der Prozessorcache
Leistung und Taktfrequenz
Erweiterungen des Prozessorbefehlssatzes
Hyperthreading
Leistung und Kühlung
Sockeltypen
Desktop-, Server und Mobil-Prozessoren

Intel-Prozessoren
AMD-Prozessoren

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