22 Nanometer und Mathe

An dieser Stelle stiften wir etwas Verwirrung um anschliessend etwas mehr Klarheit zu schaffen. Für den Fall, dass man folgendes noch nicht wusste: Die Verkleinerung der Strukturbreite bei Prozessoren geschieht mittlerweile auf einem Quantenlevel. Quantenmechanik mag ein beängstigendes Wort sein, das Prinzip dahinter ist aber nicht schwierig zu verstehen. Die Quantenphysik hegt den Anspruch Zusammenhänge zu beschreiben, die auf atomarer und molekularer Ebene stattfinden. Bei einer Strukturbreite von 22 Nanometern befinden wir uns auf einer solchen Ebene und dementsprechend hantieren wir mit Quantenphysik. In diesem Zusammenhang können wir von der Heisenbergschen Unschärferelation sprechen. Diese besagt, dass man nicht weiss wo sich ein Elektron zu einem bestimmten Zeitpunkt aufhält. In anderen Worten heisst dies auch, dass wenn ein Elektron nicht dort es wo es eigentlich sein sollte, dann hat man mit Leckströmen zu kämpfen. Es gibt eine Gleichung die eine Zusammenahng zwischen Temperatur und Leckströmen schafft. Trotz ihrer Komplexität hilft sie dabei einige Zusammenhänge einfach und schnell zu verstehen. 

Sub threshold Leakage= A (W/L) (k^2/q^2) T^2 e^((-qV_t)/nkT) In Worte gefasst besagt diese Gleichung, dass die Temperatur einen Exponentiellen Einfluss auf Leckströme ausübt. Hinzu kommt, dass auch die Spannung einen signifikanten Einfluss auf die Leckströme hat. Dieses Prinzip traf auf so gut wie alle Mikroporzessoren zu. Bei Ivy Bridge kommt nun hinzu, dass einfach verstanden werden kann weshalb. Die Leistung die benötigt wird, die man in diesem Fall mit den Leckströmen gleichsetzen kann, messen wir bei einer konstanten Übertaktung. Die einzigen zwei Parameter die wir ändern betreffen die Spannung sowie die Temperatur, wobei die Spannung jeweils konstant gehalten wird.



Wir können erkennen, dass die Temperatur einen sehr deutlichen Effekt auf die Verlustleistung, die in diesem Fall die Leckströme repräsentiert, hat. Bei einer Temperatur von -60°C sieht man, dass ein Optimum bezüglich des Stromverbrauchs erreicht wird. Ebenfalls sieht man den exponentiellen Zusammenahng, denn die Verlustleistung steigt gegenüber den Temperaturerhöhungen deutlich stärker an. Weite bestätigt dies, dass Intel bei dieser CPU schwer mit Leckströmen zu kämpfen hat. Die gute Nachricht ist aber, dass die Leckströme exponentiell abnehmen, wenn man die Temperatur senkt.

Wie hilft uns dies nun aber beim Overclocking? Man kann sich an dieser Stelle merken, dass mit jedem Grad um das man die Temperatur verringert man die Leckströme noch stärker minimiert. Hinzu kommt, dass eine Reduktion der Leckströme mit einer verbesserten Taktausbeutung einher geht. Somit zählt bei Ivy Bridge also jedes einzelne Grad um dasjenige man die Temperatur weiter senken kann.

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