Computerhardware: Prozessor: mehr

Im Jahr 1991 brachte Intel den Prozessor mit der Typenbezeichnung i80486 auf den Markt, mit einer Taktfrequenz von anfänglich 33 MHz. Einen PC mit diesem Prozessor nannte man einen „Viersechsundachtziger“. Etwa 1994 wurden die letzten Exemplare produziert. Weil das Markenzeichenrecht der USA es nicht erlaubte, die Bezeichnung „486er“ unter Schutz zu stellen, bauten einige Firmen diese CPU nach und benutzten die Bezeichnung „486er“, ohne dessen Leistung bieten zu können. Um diese Trittbrettfahrer loszuwerden, gab Intel 1993 ihrem neuen Prozessor den geschützten Markennamen „Pentium“.

Der Nachfolger des Pentium hätte „Hexium“ oder so ähnlich heißen können, aber Intel behielt den eingeführten Namen bei und bezeichnete den Nachfolger als „Pentium II“. Intel ist mit der Nummerierung bis zum Pentium 4 gekommen.

Die Pentium-4-Familie hat inzwischen zahlreiche Unterfamilien mit den Namen Willamette, Northwood, Prescott, Smithfield und andere. Diese Unterfamilien bezeichnen auch den Namen der verbauten Kerns. Es ist nichts Ungewöhnliches, dass zu einer Prozessorgeneration verschiedene Modelle eines Herstellers mit unterschiedlichen Kernen auf dem Markt verfügbar sind.

Weil AMD im Jahr 1999 mit dem Markennamen „Athlon“ einige Jahre lang den schnellsten x86-Prozessor liefern konnte, blieb auch AMD lange bei diesem eingeführten Markennamen und ergänzt ihn um Namen von Unterfamilien.

Seit 2006 heißen die neuesten Intel-CPUs nicht mehr „Pentium“, sondern „Core“. Mit Core bezeichnet Intel eine neue, verbesserten Technologie. Während eines Taktes können in der CPU bis zu vier Befehle gleichzeitig ausgeführt werden. Dadurch werden die Hilfseinheiten besser ausgelastet. Die Stromsparfunktionen wurden wesentlich verbessert: Hat eine Baugruppe der CPU nichts zu tun, wird sie sofort abgeschaltet. Bei Bedarf geht das Wiederanschalten blitzschnell. Dadurch ging der Leistungsbedarf der CPU (und auch die Wärmeentwicklung!) von typischerweise 70 Watt auf 40 Watt zurück, während durch die häufigere Parallelarbeit der CPU-Baugruppen die Leistung gleichzeitig beträchtlich gesteigert werden konnte.

Bei der Namensgebung der 2006 herausgebrachten Core-Prozessoren hat Intel allerdings wenig Geschick bewiesen. Der Core Duo (mit 2 Kernen) bzw. der Core Solo (mit nur einem Kern) Prozessor haben nichts mit der Prozessorarchitektur des Core 2 Duo bzw Core 2 Solo gemeinsam. Der Core Duo ist eine optimierte Version des Pentium M Prozessors (Netburstarchitektur). Der Core 2 Duo bzw. der Core 2 Solo hingegen basieren auf Intels neuer Core-Architektur.

Intel hat mit Einführung der Core-Duo-Prozessoren ein neues Schema der Prozessorbezeichnungen eingeführt. Jeder Prozessortyp erhält nun eine für jeden Prozessortyp eindeutige Nummer.

Der 4-stelligen Zahl vorangestellt ist zunächst ein Buchstabe:

• T = 25 W (Watt) Leistungsbedarf
• L = 15 W – 25 W Leistungsbedarf
• U = 15 W

Die erste Stelle der 4-stelligen Zahl gibt die Anzahl der verbauten Kerne an:

• 1 = nur ein Kern (Core Solo)
• 2 = zwei Kerne (Core Duo)

Die drei weiteren Ziffern geben an, wie schnell beide Kerne arbeiten. Je höher diese Zahl (in Kombination mit der ersten Zahl), desto schneller ist der Prozessor.

Wieso altert eine CPU?

Die Atome des Halbleitermaterials haben eine gewisse Beweglichkeit, sie wandern – je heißer, desto schneller. Eine Temperaturerhöhung um 7°C verdoppelt die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen, eine Temperaturerhöhung um 14°C vervierfacht sie. Viele Leiterzüge im Inneren der CPU sind nur noch ein Dutzend Atome breit. Besondere Bedeutung kommt der Dicke und der Reinheit der Sperrschicht zu (so heißt die Schicht im Transistor, die den Stromfluss steuert). Bei der aktuellen 65-Nanometer-Fertigungstechnologie ist die Sperrschicht der Transistoren nur 1,2 nm dick, das sind nur fünf Atome übereinander!

Halbleiter sind hochreine Stoffe, die mit nur wenigen „Fremdatomen“ gezielt verändert worden sind. Auf eine Milliarde Siliziumatome kommt ein Fremdatom. . Das entspricht einem Verhältnis von einem Wassertropfen auf 50 Kubikmeter Wasser.

Ein Atom, welches in die Sperrschicht hinein- oder aus ihr herauswandert, kann die Leitfähigkeit überproportional beeinflussen. Wenn sich die Leitfähigkeit verschlechtert, steigt der elektrische Widerstand. Der durchfließende Strom heizt den Leiter noch stärker als vorher auf – ein Teufelskreis.

Warum sind CPUs so teuer?

An den Herstellungskosten liegt es nicht. Die Materialkosten betragen nur wenige Euro: Silizium als Halbleiter, Ton für das Keramikgehäuse, ein wenig Metall und eine winzige Menge Gold für Kontakte. Den Rohstoff Silizium gibt es im Überfluss: Sand besteht hauptsächlich aus Siliciumdioxid. Die nötige Reinheit mittels  Zonenschmelzverfahren zu erreichen ist allerdings aufwändig.

Der Bau einer Chipfabrik dauert zwei Jahre und kostet zwei Milliarden Dollar. Nach zwei bis vier Jahren ist die Fabrik sowohl verschlissen als auch veraltet (weil die neuesten CPUs kleinere Strukturen erfordern). Danach kann die Fabrik noch einige Jahre lang einfachere Schaltkreise produzieren.

Die Entwicklungskosten für eine neue CPU-Generation liegen ebenfalls in der Größenordnung einiger Milliarden.

Server-CPUs

Bei den meisten Modellen unterscheidet sich eine Server-CPU äußerlich nur durch ein anderes Gehäuse von Desktop-CPUs. Bei Intel beispielsweise haben die Core-2-Duo-CPUs ein Gehäuse mit 775 Pins, die Xeon-CPUs haben 771 Pins. In der Qualität gibt es allerdings einen Unterschied. Jeder Prozessorkern wird sorgfältig geprüft. Die besten Kerne werden zu besonders schnellen CPUs oder zu Server-CPUs.

Darüber hinaus müssen sich Server-CPUs besonders für den Dauerbetrieb eignen. Die Taktfrequenz bei Servern liegt meist unter den Spitzenwerten von Desktop-CPUs. Das scheint merkwürdig, ist aber kein Problem. Server-CPUs sind nur selten voll ausgelastet, denn die Hauptaufgabe eines Servers ist der Transport von Daten zwischen Festplatten und Netzwerkkarte. Die eigentliche Verarbeitung der Daten erfolgt in den angeschlossenen PCs.