apartment32 schrieb:
Kann sich das OC-Potential einer CPU mit der Zeit verschlechtern? 'elektromigration' kann nicht die antwort sein, da die frage nach einem JA oder Nein verlangt !
Die Antwort darauf ist ein eindeutiges Ja!
Die Degradation von CMOS ICs ist allgemein bekannt und betrifft natürlich auch Prozessoren:
Intel Labs schrieb:
- Sources of failure/degradation: NBTI, hot carrier, TDDB
- Different sources of failure like NBTI, TDDB, EM, etc. become more significant with technology scaling
-> Devices degrade faster and may fail in the field
- Degradation is hard to estimate
-> Process variations, core usage, Vdd and temperature have an impact on the amount of degradation
- Guardbanding (in terms of frequency and voltage) is used
-> Performance and power is wasted
Die Alterung einer CPU wird bei der individuellen Festlegung der Nennspannung (VID) berücksichtigt um einen zuverlässigen Betrieb über die Nutzungsdauer zu gewährleisten ('Guardbanding'), dieses wird bei
AnandTech anschaulich erläutert. Deshalb liegt die VID auch nach Abzug der zulässigen Toleranz der Spannungsversorgung anfangs immer deutlich über der für einen stabilen Betrieb notwendigen Spannung, so dass zu diesem Zeitpunkt auch immer ein Übertakten ohne Anhebung der Spannung möglich ist.
Die von Intel derzeit angenommene Nutzungsdauer für alle Prozessoren (Notebook, Desktop & Server, außer Itanium) beträgt 7 Jahre, die Anforderung an die Defektrate ist kleiner als 1% in 7 Jahren und kleiner als 3% in 10 Jahren (Intel Technology Journal Q3'2000). Als Nutzungsprofil werden dabei für die ersten 3 Jahre 100% Auslastung, danach alle 2 Jahre eine Halbierung der Nutzung angenommen. Daher darf in den 10 Jahren die CPU für diese Defektrate im Mittel nur 55% ausgelastet sein, d.h. nach 5,5 Jahren Vollast sind weniger als 3% Defekte zu erwarten.
Für den langsam fortschreitenden Rückgang der bei einer bestimmten Spannung erreichbaren Taktfrequenz ist aber weniger die Elektromigration (EM) ursächlich (diese kann vor dem Versagen auch die Leitungsverzögerung erhöhen), sondern dafür sind die 'Bias Temp Instability' (BTI) und 'Hot-Carrier-Injection' (HCI) bedeutender. Diese verursachen eine fortschreitende Änderung der Parameter des einzelnen Transistors, so dass sich die Gate-Verzögerung kaskadierter Transistoren erhöht. Die Alterungseffekte bewirken also eine Verzögerung der Signalpfade durch Erhöhung von Leitungsverzögerung und Gate-Verzögerung, was dann zu einer Verringerung der bei einer bestimmten Spannung möglichen Taktfrequenz führt ('speed degradation', 'Übertaktbarkeit').
Einen Einfluss auf die Geschwindigkeit der Degradation der CPU, neben BTI, EM, HCI ist auch noch der Ausfall durch 'Time Depended Dielectric Breakdown' (TDDB) relevant, haben folgende Betriebsparameter:
- Stromstärke (Auslastung der CPU, Taktfrequenz): je höher, umso mehr EM und HCI
- Spannung (erhöht auch Stromstärke!): je höher, umso mehr BTI, HCI und TDDB
- Temperatur: je höher, umso mehr BTI, EM und TDDB, nur bei HCI umgekehrt; Arrhenius-Abhängigkeit
Je nach Nutzung ist also die Begrenzung der Lebensdauer durch den einen oder anderen Effekt am wahrscheinlichsten: bei ständiger Volllast ist ein Ausfall durch EM zu erwarten, bei hoher Spannung und geringer CPU Last wird TDDB die wahrscheinlichste Ursache sein.
Beim von Intel durchgeführten Burn-In der CPU unter extremen Bedingugen (8 Stunden bei 1,4-facher Spannung und 90°C Temperatur) wird die 'Alterung' in dieser kurzen Zeit schon problematisch:
S. Kundu schrieb:
"Accelerating electromigration during burn-in by higher temperature and toggle may adversely impact the performance of transistor due to acceleration in Hot Electron effect that degrades transistor performance. Thus the reliability considerations must be carefully weighed against performance loss." (S. Kundu et al., Test challenges in nanometer technologies. IEEE European Test Workshop ETW'2000)
