Hoe begrijpen hoe een CPU in elkaar zit en gemaakt wordt?

[Mycroft]

Door recent nieuws over nieuwe CPU's voor mobiele telefoons ben ik meer geïnteresseerd geraakt in het proces van hoe CPU's gemaakt worden. Ik heb gezocht naar bronnen die helder de onderdelen uitleggen maar ik loop tegen details aan die me niet helder worden.

Het is mij bijvoorbeeld niet duidelijk wat het verschil tussen de instruction set architecture (ISA) en Microarchitecture. En hoe de cores van een CPU zich verhouden tot het (maak)proces? Kan in de mobiele context bijvoorbeeld een arm cortex core in zowel een 5nm of 4nm node geproduceerd worden? Of staat dit los van elkaar?

Kortom: wat moet ik lezen/kijken/luisteren om te begrijpen hoe de onderdelen van het CPU-proces in elkaar zitten?

[Ernemmer]

Korte intro
YouTube: Hoe ASML uit Veldhoven chips steeds sneller maakt (uit Bright TV)

[DarkSide]

Wikipedia: Microarchitecture.

het maak proces is weer een heel ander onderdeel.
TSMC etc zijn continu bezig met het ontwikkelen waardoor een transistor op een kleiner procede gemaakt kan worden.

In de basis ontwerp je een CPU met zeg 1000 transistoren.
Afhankelijk van wat er mogelijk is 3nm of 7nm bv. Heeft dat invloed op de grootte van de CPU (die size).
Maar ook weer andere factoren als hitte en effectiviteit.

[Mycroft]

DarkSide schreef op zondag 19 maart 2023 @ 14:58:
Wikipedia: Microarchitecture.

het maak proces is weer een heel ander onderdeel.
TSMC etc zijn continu bezig met het ontwikkelen waardoor een transistor op een kleiner procede gemaakt kan worden.

In de basis ontwerp je een CPU met zeg 1000 transistoren.
Afhankelijk van wat er mogelijk is 3nm of 7nm bv. Heeft dat invloed op de grootte van de CPU (die size).
Maar ook weer andere factoren als hitte en effectiviteit.

Als ik het goed begrijp is de transistor de kleinste eenheid in een CPU. Als TSMC of Samsung hun productieproces verbeteren en kleinere* transistoren kunnen bouwen, hoe verhoudt zich dat dan tot de cores die bijvoorbeeld door ARM gemaakt worden? Is dat dan de realisatie van een ontwerp (een core) in een kleinere variant?

* = ik weet dat de aanduiding van nanometers al een tijd niets meer met de grootte te maken hebben.

[DarkSide]

het aantal cores heeft te maken met je architectuur.
Zo kun je ze ook niet 1:1 vergelijken.

4 cores =/= 4 cores.
Je ziet tegenwoordig ook vaak een z.g. big-little concept.
BV 2 high performance cores. En 2 minder snelle cores (voor zaken in idle te doen bv en energie te besparen)

Intel doet dit nu ook bv.
AMD heeft weer een ander principe.

Uiteindelijk wil je dan iets bouwen. En dat doe je op een 3,5,7 nm procede.
Waarbij kleiner betekend dat je de grootte van de chip kleiner kunt houden.

[thijsco19]

In diverse topics hier op tweakers zijn zeer goede en uitgebreide reacties gepost waar word ingegaan op de werking van CPU's / GPU's. (hardware en software)
Dat zijn voornamelijk de amd / radeon / NVIDIA / intel nieuwsdiscussie topics (klik,klik,klik). Het zal even zoeken zijn in die topics maar er staat een hoop info in!

Er was geloof ik ook een keer een achtergrondartikel van tweakers over dit onderwerp.
Deze kan ik zo snel even vinden: review: Hoe worden chips gemaakt? Miljardenindustrie onder de loep

[Rmg]

Mycroft schreef op zondag 19 maart 2023 @ 14:50:
Door recent nieuws over nieuwe CPU's voor mobiele telefoons ben ik meer geïnteresseerd geraakt in het proces van hoe CPU's gemaakt worden. Ik heb gezocht naar bronnen die helder de onderdelen uitleggen maar ik loop tegen details aan die me niet helder worden.

Het is mij bijvoorbeeld niet duidelijk wat het verschil tussen de instruction set architecture (ISA) en Microarchitecture. En hoe de cores van een CPU zich verhouden tot het (maak)proces? Kan in de mobiele context bijvoorbeeld een arm cortex core in zowel een 5nm of 4nm node geproduceerd worden? Of staat dit los van elkaar?

Kortom: wat moet ik lezen/kijken/luisteren om te begrijpen hoe de onderdelen van het CPU-proces in elkaar zitten?

De micro-architectuur zijn de bouwblokken van je cpu, registerimplementatie, fpu en andere, geheugen (en geheugenbus, digitale logic blocks etc etc.

De "taal" die dat aanstuurt is je ISA.

Dit zijn/waren(?) De 2 bijbels mbt computer architectuur:

https://www.elsevier.com/...C_xoQAvD_BwE&gclsrc=aw.ds


En dan voor arm https://shop.elsevier.com...CkYkQAvD_BwE&gclsrc=aw.ds


Als je deze 2 door bent ben je al een paar aardige stappen verder

DarkSide schreef op zondag 19 maart 2023 @ 17:34:

Waarbij kleiner betekend dat je de grootte van de chip kleiner kunt houden.

Dat het fysiek kleiner is is een bijkomend voordeel.

Grootste winst zit hem in dat kleiner minder stroomverbruik betekent, minder hitte, meer performance.

[ Voor 9% gewijzigd door Rmg op 19-03-2023 17:57 ]

[dion_b]

Mycroft schreef op zondag 19 maart 2023 @ 17:29:
[...]


Als ik het goed begrijp is de transistor de kleinste eenheid in een CPU. Als TSMC of Samsung hun productieproces verbeteren en kleinere* transistoren kunnen bouwen, hoe verhoudt zich dat dan tot de cores die bijvoorbeeld door ARM gemaakt worden? Is dat dan de realisatie van een ontwerp (een core) in een kleinere variant?

* = ik weet dat de aanduiding van nanometers al een tijd niets meer met de grootte te maken hebben.

ARM maakt of ontwerpt geen cores. ARM ontwerpt instruction sets, die vervolgens door fabrikanten als Qualcomm of Apple gebruikt worden in hun chip/core ontwerpen die vervolgens dat ontwerp bij partijen als TSMC laten fabriceren met behulp van een proces dat gebruikt maakt van apparatuur van ASML.

Een partij als Intel doet de eerste drie stappen (instructieset, ontwerp en fabricage) zelf maar is nog steeds afhankelijk van ASML om dat te bakken.

[Mycroft]

Heel interessant allemaal. Dank iedereen voor de links. Vooral het Tweakers-artikel was (uiteraard) toegankelijk.

dion_b schreef op maandag 20 maart 2023 @ 17:15:
[...]

ARM maakt of ontwerpt geen cores. ARM ontwerpt instruction sets, die vervolgens door fabrikanten als Qualcomm of Apple gebruikt worden in hun chip/core ontwerpen die vervolgens dat ontwerp bij partijen als TSMC laten fabriceren met behulp van een proces dat gebruikt maakt van apparatuur van ASML.

Een partij als Intel doet de eerste drie stappen (instructieset, ontwerp en fabricage) zelf maar is nog steeds afhankelijk van ASML om dat te bakken.

Ik hoor wat je zegt maar hoe moet ik dan bijvoorbeeld onderstaande quote uit dit artikel lezen? Gebruiken ze de term core verkeerd of slaat de term hier alleen op de instruction set?

De chip zou 8 rekenkernen omvatten. Een daarvan, de ARM Cortex-X2, wordt geklokt op 2,92 GHz. 3 ARM Cortex-A710 cores krijgen een klok van 2,5 GH. De overige vier Cortex-A510-kernen krijgen een snelheid van 1,8 GHz.

[Hero of Time]

Mycroft schreef op maandag 20 maart 2023 @ 19:30:
[...]

Ik hoor wat je zegt maar hoe moet ik dan bijvoorbeeld onderstaande quote uit dit artikel lezen? Gebruiken ze de term core verkeerd of slaat de term hier alleen op de instruction set?

[...]

Precies zoals het er staat. De processor bevat verschillende soorten cores of 'bouwstenen' om de hele processor te maken. Vergelijkbaar met hoe Intel twee types in de i7 en i9 (evenals de K-variant van de i5) heeft gebruikt vanaf de 12e generatie. P-cores voor hoge performance en E-cores voor energie efficiëntie.

Het is (op het ogenblik) niet mogelijk om een processor te maken die heel andere instructiesets door elkaar heen bevat. Je zal dus geen processor tegen komen dat zowel de x86/x86_64 instructieset heeft en de ARM architectuur bevat.

[White Feather]

dion_b schreef op maandag 20 maart 2023 @ 17:15:
[...]

ARM maakt of ontwerpt geen cores. ARM ontwerpt instruction sets, die vervolgens door fabrikanten als Qualcomm of Apple gebruikt worden in hun chip/core ontwerpen die vervolgens dat ontwerp bij partijen als TSMC laten fabriceren met behulp van een proces dat gebruikt maakt van apparatuur van ASML.

Arm ontwerpt wel degelijk cores. Het merendeel van de fabrikanten nemen het ontwerp voor die standaard socs gewoon daar af.
nieuws: Arm's 'big' cores ondersteunen vanaf 2022 alleen nog 64-bit

review: Arm's next-gen cpu- en gpu-cores - Bouwstenen voor de socs van morgen

Je kunt daar ook gewoon custom CPU’s laten ontwerpen. Dan kun je kiezen hoeveel snelle cores je wilt, hoeveel medium en hoeveel kleine(binnen bepaalde grenzen uiteraard, het zijn een soort blokjes die ze bij elkaar zetten.

[Deadslim77]

Zit nu op RTLZ het programma “Superfabrieken” seizoen 2 aflevering 2 te kijken (21h29-22h29 dd 02-10-23)
De tekst gaat over een gieterij oa in Noord Frankrijk.
Maar in deze aflevering een (vluchtig) kijkje in de TSMC fabriek icm ASML-machines
(Geen link; kon er niets over vinden zo snel)