Người giải thích: Chip Binning là gì?

Bạn vừa mua một CPU hoặc card đồ họa mới và kích hoạt nó trong PC của mình. Nó có vẻ chạy khá mát mẻ, vì vậy bạn hãy thử ép xung một chút. Gigahertz ngày càng leo cao hơn và có vẻ như bạn đã có cho mình một thứ gì đó đặc biệt. Nó chắc chắn không phải là như thế này?

Vì vậy, bạn truy cập internet để chia sẻ sự phấn khích của mình khi trúng số độc đắc silicon, và trong một vài bài đăng, ai đó tuyên bố rằng bạn đã có cho mình ” một con chip bị đánh cắp “.

Bây giờ, nếu bạn đang hình dung một kỹ sư đang lục lọi trong thùng rác và tự hào rút ra một tấm vé vàng, thì bạn thực sự cần phải đọc phần giải thích này! Chào mừng bạn đến với thế giới kỳ diệu của chế tạo bộ xử lý và tạo chip.

svg+xml,%3Csvg%20xmlns= Người giải thích: Chip Binning là gì?

Tất cả các con chip đều được làm từ các đĩa silicon siêu tinh khiết, được xếp lớp bằng kim loại, chất cách điện và vật liệu bán dẫn, cho dù đó là CPU tiêu chuẩn, bộ xử lý đồ họa chuyên dụng hay DRAM để trở thành bộ nhớ hệ thống.

Toàn bộ quá trình cực kỳ phức tạp và các nhà máy sản xuất cần phải chế tạo những con chip mới nhất với số lượng lớn, tiêu tốn hàng tỷ đô la. Những đĩa này được gọi là tấm wafer và những công ty như Intel, GlobalFoundries và TSMC sản xuất hàng triệu đĩa mỗi năm.

svg+xml,%3Csvg%20xmlns= Người giải thích: Chip Binning là gì?

Các công cụ chất lượng cao nhất là cần thiết để đảm bảo rằng sản phẩm cuối cùng phù hợp với các kế hoạch cực kỳ chính xác từ các kỹ sư đã thiết kế chip.

Để giữ cho mọi thứ gần như hoàn hảo nhất có thể, các khu vực sản xuất của nhà máy được điều áp nhẹ để ngăn vi khuẩn trong không khí và các hạt bụi xâm nhập vào phòng. Công nhân mặc đồ bảo hộ để đảm bảo tế bào da và tóc của họ có thể xâm nhập vào máy móc.

Đọc thêm:  Trò chơi PC được mong đợi nhất năm 2013

Một tấm wafer đã hoàn thành là một thứ đẹp đẽ và cũng vô cùng quý giá.

Mỗi chiếc tốn hàng ngàn đô la để sản xuất và toàn bộ quá trình chế tạo – từ phôi silicon đến sản phẩm – mất hàng tháng trời từ đầu đến cuối. Mỗi con chip (còn được gọi là khuôn ) có thể được lấy từ đĩa và bán đều rất quan trọng để thu lại số tiền đã bỏ ra để tạo ra chúng.

svg+xml,%3Csvg%20xmlns= Người giải thích: Chip Binning là gì?

Để lấy chúng ra, tấm wafer được cắt ra bằng cưa kim cương, nhưng một tỷ lệ hợp lý trong số đó hoàn toàn là phế liệu, vì các chip dọc theo mép vẫn chưa hoàn thiện. Bất cứ nơi nào từ 5 đến 25% wafer (số lượng phụ thuộc rất nhiều vào kích thước của chip) sẽ bị loại bỏ.

Phần còn lại sau đó được gắn vào một gói bảng mạch và có thể được bao phủ bởi một bộ tản nhiệt, để cuối cùng trở thành CPU mà tất cả chúng ta đều quen thuộc.

Chúng ta hãy xem xét một trong những bộ vi xử lý tương đối hiện đại của Intel – Core i9-10900K hàng đầu cũ, có 10 lõi và GPU tích hợp.

Bức ảnh dưới đây cho thấy cách chúng ta thường biết và nhìn thấy các thành phần PC như vậy, nhưng nếu chúng ta có thể loại bỏ bộ tản nhiệt và sử dụng một bộ công cụ để đào sâu vào ruột của con chip, nó sẽ trông rất khác.

svg+xml,%3Csvg%20xmlns= Người giải thích: Chip Binning là gì?

CPU thực tế là một cảnh quan thành phố gồm các khối logic, bộ lưu trữ SRAM, giao diện và bus truyền thông – chỉ riêng trong một con chip, có hàng tỷ thành phần điện tử riêng lẻ, tất cả đều hoạt động hài hòa đồng bộ.

Cũng đọc: Cấu tạo của CPU

Hình ảnh được gắn nhãn bên dưới làm nổi bật một số khu vực chính – ở ngoài cùng bên trái là hệ thống I/O, chứa bộ nhớ DDR4-SDRAM, PCI Express và bộ điều khiển hiển thị. Ngoài ra còn có hệ thống quản lý vòng giao tiếp cho tất cả các lõi. Ngay phía trên phần I/O là giao diện cho bộ nhớ hệ thống và ở phía bên kia của khuôn, chúng ta có thể thấy chip đồ họa tích hợp, GPU. Bất kể bạn có bộ xử lý Intel Core nào, 3 phần này đều sẽ có mặt.

Đọc thêm:  Ước tính hiệu suất CPU bằng Định luật Amdahl

svg+xml,%3Csvg%20xmlns= Người giải thích: Chip Binning là gì?

Nhồi nhét giữa tất cả những thứ này là các lõi CPU. Mỗi cái là một bản sao carbon của cái kia, có đầy đủ các đơn vị để xử lý các con số, di chuyển dữ liệu và dự đoán các hướng dẫn trong tương lai.

Nằm hai bên lõi là hai dải bộ đệm cấp 3 (các cấp thấp hơn nằm sâu bên trong lõi), mỗi dải cung cấp 1 MB dung lượng lưu trữ tốc độ cao.

Bạn có thể nghĩ rằng Intel tạo ra một tấm wafer mới cho mọi CPU mà họ bán, nhưng một đĩa ‘i9-10900’ duy nhất sẽ tạo ra những con chip có khả năng kết thúc ở bất kỳ một trong các kiểu máy nào sau đây…

‘Đồng hồ cơ bản’ được đo bằng GHz (gigahertz) là tần số được đảm bảo thấp nhất mà chip sẽ chạy ở bất kể tải nào. ‘All Core Turbo’ là tần số tối đa mà tất cả các lõi có thể chạy cùng nhau, nhưng không nhất thiết phải duy trì ở mức rất lâu. Điều tương tự đối với ‘Turbo Boost’ ngoại trừ đây chỉ là 2 lõi.

PL1 TDP là viết tắt của Power Level 1 – Thermal Design Power . Đó là lượng nhiệt mà CPU sẽ tạo ra khi chạy ở Đồng hồ cơ sở dưới bất kỳ mức tải nào. Nó có thể tạo ra nhiều thứ hơn thế này, nhưng nó sẽ giới hạn tốc độ mà chip sẽ chạy và khi được cắm vào bo mạch chủ, các nhà thiết kế của chúng có thể giới hạn lượng điện năng mà chip có thể tiếp nhận, để ngăn chặn điều này.

Các kiểu máy có mã kết thúc bằng chữ F có GPU bị tắt; K cho biết nó có hệ thống đồng hồ không khóa (vì vậy bạn có thể dễ dàng ép xung nó) và T biểu thị mức năng lượng thấp. Đây chỉ là những CPU dành cho máy tính để bàn – một số sẽ có dạng Xeon nhằm vào thị trường chuyên nghiệp, ở dạng máy trạm hoặc máy chủ nhỏ.

Đọc thêm:  Hướng dẫn có thẩm quyền để phát triển chuỗi khối

Vì vậy, đó là 19 mô hình chỉ từ một thiết kế – làm thế nào và tại sao một con chip duy nhất lại trở thành nhiều loại khác nhau như vậy?

Các nhà máy chế tạo chip cũng không thể tin được, cả chúng lẫn công nghệ và vật liệu được sử dụng đều không hoàn hảo 100%. Sẽ luôn có một số mảnh vụn ở quy mô nano, bên trong nhà máy hoặc sâu bên trong silicon thô và kim loại được sử dụng. Dù cố gắng thế nào, các nhà sản xuất cũng không thể làm cho chúng hoàn toàn trong sạch và tinh khiết.

Và khi bạn đang cố gắng xây dựng các thành phần quá nhỏ, đến mức chỉ có kính hiển vi điện tử công suất cao mới cho phép bạn nhìn thấy chúng, thì không có gì hoàn toàn hoạt động chính xác như nó phải làm.

Trong thế giới nanomet, hành vi lượng tử trở nên đáng chú ý hơn nhiều và tính ngẫu nhiên, tiếng ồn và các trục trặc khác cố gắng hết sức để làm đảo lộn trò chơi tinh tế của chip-Jenga. Tất cả những vấn đề này âm mưu chống lại các nhà sản xuất bộ xử lý và kết quả cuối cùng được phân loại là lỗi .

svg+xml,%3Csvg%20xmlns= Người giải thích: Chip Binning là gì?

Không phải tất cả các lỗi đều nghiêm trọng – chúng có thể chỉ khiến một phần cụ thể của chip chạy nóng hơn bình thường, nhưng nếu nó thực sự tồi tệ, thì toàn bộ phần đó có thể hoàn toàn là rác. Điều đầu tiên các nhà sản xuất làm là quét các tấm wafer để tìm ra các lỗi ngay từ đầu.

Các máy dành riêng để tìm ra những vấn đề này được sử dụng sau khi một tấm wafer đã được chế tạo nhưng trước khi nó được cắt thành từng con chip riêng lẻ. Các khuôn hoặc toàn bộ tấm bán dẫn có vấn đề sẽ được gắn cờ, vì vậy chúng có thể được đặt sang một bên để kiểm tra thêm.

Đọc thêm:  5 giải pháp chỉnh sửa hình ảnh miễn phí đáng xem

Nhưng ngay cả những bước này cũng sẽ không phát hiện ra mọi lỗi và trục trặc nhỏ, vì vậy sau khi các miếng silicon được cắt ra khỏi tấm wafer và gắn vào các gói của chúng, mỗi một trong số chúng sẽ được thử nghiệm nhiều hơn.

Khi Intel và những người khác ngồi xuống để kiểm tra chất lượng bộ vi xử lý của họ, họ thiết lập các con chip để chạy với điện áp đã đặt và ở một tốc độ xung nhịp nhất định; trong khi khuôn trải qua một loạt các tiêu chuẩn, được thiết kế để tạo ứng suất cho tất cả các phần khác nhau, lượng điện năng tiêu thụ và nhiệt sinh ra đều được đo cẩn thận.

Những gì họ sẽ tìm thấy là một số chip chạy chính xác như yêu cầu, trong khi những con chip khác tốt hơn hoặc tệ hơn.

Một số chip có thể cần điện áp cao hơn để ổn định hoàn toàn, bên trong các chip khác có thể tạo ra quá nhiều nhiệt và có khả năng một số sẽ không đạt được điểm dừng hoàn toàn tiêu chuẩn cần thiết.

svg+xml,%3Csvg%20xmlns= Người giải thích: Chip Binning là gì?

Các cuộc thăm dò tương tự cũng được thực hiện đối với các bộ xử lý được xác định là có lỗi, nhưng trước khi tiến hành điều này, các cuộc kiểm tra bổ sung sẽ được thực hiện để xem phần nào của chip vẫn hoạt động và phần nào là phế liệu.

Kết quả cuối cùng của việc này là đầu ra hữu ích của một tấm wafer, được gọi là năng suất của nó, tạo ra một loạt khuôn mà chúng có thể được phân loại dựa trên các bộ phận hoạt động, tần số xung nhịp ổn định, điện áp cần thiết và nhiệt lượng tỏa ra. Tên của thủ tục sắp xếp này? Chip binning .

Không có con súc sắc nào thực sự được ném vào các thùng nhựa lớn – cụm từ này xuất phát từ số liệu thống kê, trong đó phân phối các số có thể được sắp xếp thành các nhóm gọi là thùng. Ví dụ: các cuộc điều tra dân số về phân bố độ tuổi có thể sử dụng các ngăn từ 0 đến 5 tuổi, 6 đến 10, 11 đến 16, v.v.

Đọc thêm:  Đã thử nghiệm Battlefield V DLSS: Hứa quá mức, phân phối dưới mức

svg+xml,%3Csvg%20xmlns= Người giải thích: Chip Binning là gì?

Điều tương tự cũng được thực hiện đối với các tấm wafer và trong trường hợp ví dụ i9-10900K của chúng tôi, một số ngăn sẽ dành cho số lượng lõi hoạt động, dải tần số xung nhịp mà CPU ổn định và nhiệt lượng tỏa ra ở một xung nhịp nhất định.

Hãy tưởng tượng rằng chip Core i9-10900 được kiểm tra kỹ lưỡng và phát hiện có một số lỗi nghiêm trọng, như đã chỉ ra ở trên. Hai trong số các lõi và GPU bị hỏng đến mức chúng không thể hoạt động bình thường.

Sau đó, Intel sẽ vô hiệu hóa các phần kaput và đánh dấu nó là chip dành cho dòng Core i7-10700, cụ thể là mẫu F. Nhưng sau đó, nó cần được kiểm tra về tốc độ xung nhịp, sức mạnh và độ ổn định. Nếu con chip đạt được các mục tiêu cần thiết, nó sẽ ở dạng i7, nhưng nếu nó không thể đạt được các mục tiêu đó, 2 lõi khác có thể bị vô hiệu hóa và thay vào đó, khuôn được sử dụng cho kiểu Core i5.

Tất cả những điều được xem xét, việc tạo chip cải thiện đáng kể năng suất của một tấm wafer vì điều đó có nghĩa là có thể sử dụng và bán nhiều khuôn hơn.

Trong trường hợp của dòng bộ xử lý Core thế hệ thứ 10, Intel đã có một thiết kế wafer riêng cho các dòng Core i5, i3 và Pentium/Celeron. Chúng bắt đầu dưới dạng chip 6 lõi và sau đó được chia thành 2 dịch vụ lõi.

Nhu cầu sản phẩm thường có thể vượt xa khả năng sản xuất, do đó tại sao các tấm wafer 10 lõi được sử dụng để giúp đáp ứng các đơn đặt hàng. Đôi khi, các khuôn hoạt động hoàn hảo có các phần bị tắt, chỉ để đảm bảo có đủ sản lượng từ các nhà máy. Điều đó không có nghĩa là đây là một trò chơi xổ số silicon về thứ mà bạn thực sự nhận được khi mua một kiểu máy cụ thể.

Tất cả những điều được xem xét, việc tạo chip cải thiện đáng kể năng suất của một tấm wafer vì điều đó có nghĩa là có thể sử dụng và bán nhiều khuôn hơn. Không có nó, thùng rác thực sự của Intel sẽ tràn ngập silicon phế liệu.

Đọc thêm:  Zen 3 có đáng để chơi game không? Ryzen 5600X so với 3600 so với Core i5-10400F

Giống như rất nhiều thuật ngữ trong điện toán, chip binning đã trở thành đồng nghĩa với một thứ gì đó khác với ý nghĩa ban đầu của nó. Các cửa hàng trực tuyến đôi khi bán các CPU đặc biệt, được lựa chọn thủ công (những CPU ép xung đến mức điên cuồng hoặc chạy mát hơn bề mặt của Sao Diêm Vương) dưới dạng “CPU bị hỏng”. Thực tế là tất cả các con chip đều bị đánh cắp, đơn giản vì chúng phải như vậy.

Tất nhiên, không có gì có thể ngăn cản một nhà bán lẻ đóng thùng những con chip mà họ mua: CPU đã đóng thùng , có ai không?

Bộ xử lý AMD và Intel phải được mua với số lượng lớn (các khay chứa hàng chục, nếu không muốn nói là hàng trăm chip) và bạn có thể ngồi xuống với một máy tính thử nghiệm và kiểm tra từng cái – ép xung hoặc hạ điện áp, ghi lại nhiệt độ của chúng, v.v. TRÊN. Những sản phẩm tốt nhất trong lô sau đó có thể được bán với giá là đặc biệt và nhà bán lẻ có thể phân loại chúng là “hàng thùng”. Đương nhiên, tất cả các thử nghiệm bổ sung này đều tốn thời gian và công sức, vì vậy giá bán lẻ của sản phẩm được tăng lên để phản ánh điều này.

Có phải cái gọi là chip binned này đặc biệt hơn theo một cách nào đó? Có và không. Mỗi con chip đơn lẻ được sử dụng trong PC, điện thoại, ô tô, v.v. của bạn đều đã trải qua một số loại quy trình lựa chọn. Nó chỉ là một giai đoạn khác trong quá trình sản xuất tất cả các bộ vi xử lý và chip DRAM. Điều đó có nghĩa là CPU hoặc GPU yêu quý của bạn chạy mát một cách đáng ngạc nhiên hoặc ép xung cực nhanh chỉ là một cái chết khác, từ một trong hàng trăm nghìn tấm wafer, được sản xuất bởi các nhà máy trên khắp thế giới.