Fachbegriffe aus der CPU-Welt einfach erklärt!

Das Vergleichen verschiedener CPU-Tests ist für den User schwierig, muss er sich doch – bevor es „zur Sache“ geht – durch eine Vielfalt an Fachbegriffen arbeiten. Da gibt es Module, IHS, sTIM oder Silizium.

Damit Sie in Zukunft mitreden können, haben wir die wichtigsten Prozessorbestandteile aufgelistet und erklärt. Es geht uns dabei nicht um eine technologische Abhandlung, sondern darum, Sie möglichst sanft und verständlich mit diesem Thema vertraut zu machen.

CPU: Die wichtigsten-Prozoessor-Begriffe
Silizium:

Intel hat schon vor mehr als zehn Jahren veröffentlicht, wie die hauseigenen Prozessoren hergestellt werden. Dabei wurden vom Rohmaterial bis zum fertigen Produkt alle Schritte offengelegt. Anhand dieses Prozesses, den wir quasi als Grundgerüst verwenden, sehen wir uns die wichtigste Komponente der CPU an, nämlich das "Die". Dabei handelt es sich um einen Teil des Halbleiter-Wafers.

Zunächst benötigt der Prozessor Silizium, wobei es sich um ein chemisches Element handelt, das hauptsächlich in Quarzsand vorkommt. Daraus wird dann von Intel ein Barren geformt, der in dünne Scheiben geschnitten wird. Danach wird der Barren spiegelglatt poliert, woraus sich ein wahres elektronisches Kraftwerk ergibt. Die Wafer werden mit Fotolack veredelt, mit UV-Licht bestrahlt, worauf eine weitere Schicht Fotolack folgt. Am Anschluss daran werden sie poliert und mit Ionen beschossen. Danach werden Metallschichten aufgetragen, die dazu dienen, die Transistoren zu verbinden, die sich ja bereits auf dem Waver befinden. In Wahrheit ist der Vorgang noch komplizierter, aber uns geht es ja darum, Ihnen "nur" die Grundlagen näher zu bringen.

Dies:

Nachdem der Wafer auf seine Funktionalität getestet wurde, wird er in kaum sichtbare Rechtecke - die sogenannten "Dies" - geschnitten. Jedes Die ist groß genug, um den Cache sowie mehrere Prozessorkerne aufzunehmen. Danach folgt ein weiterer Test, und erst, wenn auch dieser erfolgreich war, kann das Die in den Verkauf gelangen. Das Die ist also ein kleines, mit Transistoren versehenes Stück aus Silizium, das quasi als "Herz" der CPU zu sehen ist. Alle anderen Bestandteile unterstützen das Silizium dann sozusagen nur mehr bei der Arbeit.

Abhängig von der Art des Prozessors, den Sie kaufen möchten, kann eine CPU aus nur einem oder auch aus mehreren Dies bestehen. Falls nur ein Die vorhanden ist, so bedeutet das, dass sich alle Prozessorkomponenten (Cache, Kerne etc.) auf einem Stück Silizium sitzen. Wenn es sich um mehrere Dies handelt, so sind diese mit speziellen Materialien verbunden. Leider lässt sich in der Praxis nicht einfach feststellen, ob Ihre CPU nun mit einem oder mit mehreren Dies ausgestattet ist, diese Information hat in der Regel nur der Hersteller selbst. Technikfans wissen aber, dass Intel bei den Prozessoren für Endkonsumenten nur ein einziges Die verwendet, dieses Design wird als "monolithisch" bezeichnet. Der Vorteil besteht in der höheren Leistung, da sich alle Komponenten auf derselben Fläche befinden und die Kommunikation ohne Verzögerungen ablaufen kann.

Allerdings gibt es mittlerweile eine große Schwierigkeit: Es ist nicht mehr einfach, technologische Fortschritte zu erzielen. Die Hersteller möchten immer kleinere Transistoren auf die gleiche Siliziumfläche packen - und hier stößt die Technik schon langsam an ihre Grenzen. Es wird aber auch immer kniffliger, einzelne Dies zu produzieren, auf denen alle Prozessorkerne laufen können, vor allem dann, wenn es sich - was ja keine Seltenheit mehr ist - um acht oder um zehn Kerne handelt.

AMD dürfte aber einen Lösungsansatz gefunden haben: Obwohl auch monolithische Prozessoren produziert werden, verwendet die Serie "Ryzen 3000" kleine Chiplets aus Silizium, auf denen vier Kerne vereint werden. AMD nennt diese Chiplets "Core Complex", abgekürzt mit CCX. Wenn mehrere CCX zusammengefasst werden, spricht AMD vom "Core Complex Die", also vom "CCD", der - laut AMD - als einzelnes Die gezählt wird. Allerdings handelt es sich in Wahrheit dabei um mehrere kleine Chiplets, die zu einer einzigen CPU verbunden werden.

AMD-Prozessoren verfügen aber - neben den CCDs - auch über davon getrennte Silizium-Dies, die auch als "I/O-Die" bezeichnet werden. Diese sind für die Kommunikation mit den restlichen PC-Komponenten zuständig. Da die Herstellung funktionsfähiger Silizium-Chips sehr aufwendig ist, ist dieser Lösungsansatz technisch wesentlich einfacher zu bewerkstelligen. Sie haben bei dieser Technologie eine kleine Einheit mit insgesamt vier Kernen und nicht nur ein einzelnes Die, auf dem zehn Kerne vereint wurden.

Das Die ist aber nur die halbe Miete, wenn es darum geht, mit dem Rest des Systems in Verbindung zu treten. Ein grundlegender Bestandteil ist eine kleine, in grün gehaltene, Platine, die landläufig als "Substrat" bezeichnet wird. Wenn Sie ein CPU näher betrachten und umdrehen, sehen Sie Goldkontakte auf der grünen Platine. Diese Kontakte passen exakt zur Hauptplatine, verbinden diese also mit der CPU und ermöglichen so die Interaktionen im System.

TIM:

Nun begeben wir uns auf unserer virtuellen Reise aber zurück in das Prozessor-Innere, denn beim Die gibt es noch einiges zu entdecken. Die Hauptkomponente ist thermisches Schnittstellenmaterial, das mit "TIM" abgekürzt wird, was soviel wie "Thermal Interface Material" bedeutet. Das sagt Ihnen nichts? Nun, wenn Sie den Begriff "Wärmeleitpaste" schon einmal gehört haben, wissen Sie, worum es geht! Das TIM ist also für die Verbesserung der Leitfähigkeit zuständig und ist für die ordnungsgemäße CPU-Kühlung von essenzieller Bedeutung. Im täglichen Einsatz gibt es zwei Formen, nämlich die - oben bereits erwähnte - Paste oder das "sTIM", wobei es sich um gelötetes Material handelt.

Das TIM kann sogar bei CPUs aus demselben Haus unterschiedlich sein, wenn es sich um verschiedene Generationen handelt. Sie können daher nicht wissen, welches Material bei dem von Ihnen verwendeten Prozessor verwendet wird. Es gibt zwei Auswege: Sie können die Nachrichten zu neuen CPUs aufmerksam verfolgen, oder Sie wagen sich daran, den Prozessor selbst zu öffnen. Intel nutzte beispielsweise von 2012 bis ins Jahr 2018 Wärmeleitpaste, für die Core-Prozessoren nach der achten Generation gelangt aber sTIM zum Einsatz.

IHS:

Wir haben uns nun mit Die, Substrat und TIM beschäftigt - das nächste Thema ist der integrierte Heatspreader, der IHS. Dieser ist für die Verteilung der CPU-Wärme auf eine größere Fläche zuständig, um die Temperatur im Prozessor abzusenken. Die Wärme, die im IHS aufgebaut wird, wird dann vom Kühlventilator oder dem Flüssigkühler abgeleitet. Die Bezeichnung des Prozessors befindet sich seit einigen Jahren ebenfalls auf dem IHS, um eine eindeutige Identifizierung zu ermöglichen.

Fazit:
Das Die besteht aus Silizium und ist Sitz des Cache und der CPU-Kerne. In dem Modul sind Chip, Substrat und TIM enthalten - darüber kommt dann der IHS. Natürlich waren das jetzt nicht alle Komponenten, aber wir denken, dass diese kurze Einführung ausreichend ist, um die wesentlichen Bausteine kennen zu lernen und zu verstehen.