Grafikkarten Transistorenmenge:

xethi

Cadet 3rd Year
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Hallo, ich hab mich ein wenig im Netz schlau gemacht und dementsprechend ein paar fragen an die Profis!

Ich studiere Chemie, und bin sehr interessiert an der technsischen umsetzung im kleinsten von irgentwas in unserem Fall Transistoren:
Ich habe mir mal erlaubt, eine moderne Grafikkarte rauszusuchen: RTX2080 Ti. Die Grafikkarten hersteller werben mit mittlerweile mit 7 Nanometern als größe eines Transistors. Ich finde die Größe wenig aussagefähig, da es ja um die Größe im raum geht und nicht um eine zufällig gewählte länge breite höhe des Transistors, es macht ja keine aussage über die anderen größen die ja für eine Rechendichte notwendig sind. also habe ich mal die größe der aktuellen RTX 2070 genommen (26,7 11,4 4 ) cm^3 und durch die 20 Milliarden (gerundet) Tansistoren die auf einem Tu102 chip (ist es nur 1er in der grafikkarte?) geteilt. dann komm ich aber auf keine Transistorgröße in Nanometerbereich (^3). sondern auf eine Irsinnig große Zahl im rechne ich sie auf Nanometer runter (~58740.000.000.000 nm^3) Heißt das aktuelle Transistoren sind zwar sehr dünn, aber ziemlich hoch und lang?.
Natürlich sind einige rechenfehler (rundungsfehler) in der idee enthalten, aber ich glaube nicht das der Tu-102 chip mehr als 1000 mal kleiner ist als die eigentliche grafikkarte. was die eigentliche transistorgröße in nm^3 aber auch nur um die 1000 verkleinern würde, rechnen wir nun noch 12 nm dicke oder 7 nm je nachdem weg haben wir immernoch eine riesige Größe in nm ^2 die die Fläche eines Transitors beschreibt. Vieleicht kann mir ja mal jemand die raumumsetzung der transistoren in aktuellen grafikkarten erklären.
 
Die Transistoren sind zwar Finfet, also sind sie eher hoch als breit, aber sie sind planar nebeneinander auf der Oberfläche des Siliziumkristalls schichtweise aufgebaut. Keine Transistoren befinden sich übereinander. Also kannst du stumpf in 2 Dimensionen rechnen.
Hier sieht man das ganz gut.
 
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@nicK-- ich habe mir das durchgelesen was du geschickt hast, aber leider nichts verstanden wäre ghecko's post nicht gewesen hätte mir das nicht geholfen, aber mitlerweile verstehe ich warum Flächen angegeben wurden.
Ok, danke @ghecko, das erklärt mir einiges, ich habe stets angenommen es würden meherere lagen aufeinander gemacht, da das die recheneffizienz erhöhen sollte. auf den gedanken, dass enfach nur eine platte bearbeitet werden würde kam ich nicht. Aber ich bin natürlich auch nicht vom Fach wie man sehen kann.
@Mexxim, wer nicht fragt bleibt blöd und du siehst ja hoffentlich woran es mir am verständnis gehapert haben könnte. Also 1 dachte ich mit der angabe Nm sei die höhe gemeint, dabei ist eigentlich schon eine Fläche gemeint. Missverständlich, und 2tens habe ich die größe des TU -chips nicht gefunden, aber das hast du ja jetzt gemacht. Aber bei der größe des Tu chips sollten doch meherere in einer grafikkarte vorbaut sein oder? oder ist das hitzeeffinzienzmäßig ungünstig?
 
Das Problem beim "stacking" ist die Leistungsaufnahme der Transistoren. Ein kubisches Gebilde zu kühlen ist viel komplizierter als ein planares, deshalb sind solche "Leistungsbauteile" auch nie gestackt.
Aber es gibt Anwendungen, wo mehrere dieser Dies aufeinandergestapelt werden, zb SOC oder Flashspeicher in SSDs. Das sind aber vergleichsweise low power Anwendungen, worüber nicht dreistellige Energiemengen in Watt abgeführt werden müssen.
Aufbau_einer_Grafikkarte_1280px.png

Hier sieht man ganz gut wie eine Grafikkarte aufgebaut ist und wie wenig Platz der eigentliche Grafikprozessor einnimmt. Dual GPU-Grafikkarten waren eine Zeitlang in Mode, es ist aber schwer die Aufgaben zwischen den beiden Chips zu verteilen, wodurch sich Probleme bei der Bildwiedergabe und der Performance ergeben. Das hat dazu geführt, dass dieser Ansatz verworfen wurde und man sich stattdessen auf größere und komplexere, monolithische DIEs konzentriert. Varianten mit mehr als 2 GPUs gab es in grauer Vorzeit, hat sich aber nicht durchgesetzt.
 
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Ich fahre jetz mal ne stunde rum, aber wer sich ein bisschen mit der idee der verwendung von Carbon nanotubes als transistor auskennt, könnte mir mal bitte ein paar links schicken~ ich würde gerne verstehen, was transistoren mit diesen so verbesssern würde. Ok, ich verstehe warum 3D anwenungen in grafikkarten unünstig sind. Also nur 1 Tu 102 chip pro grafikkarte oder? Grundsätzlich habe ich eine Idee (Chemisch) für einen Transistor, der sehr klein wäre aber nur langsam schalten könnte, oder eine idee für einen Transitor der mit der Zeit schalten würde, d.h die spannungsaufnahme verändert sich per zeit. (letzterer basiert auf einem bereits chemisch getesteten zusamenhang der funktionieren muss.) Denkt ihr einer von beiden wäre verwendbar?
Ergänzung ()

ok, die Frage mit dem einem Tu chip pro grafikkarte hat sich erledigt, danke! @ghecko !
 
https://www.computerbase.de/2010-02/ibm-zeigt-100-ghz-transistor-aus-kohlenstoff/
Dieser Artikel ist schon etwas älter, zeigt aber gut auf das wir mit unseren derzeitigen Materialien kaum noch voran kommen, was die Arbeitsfrequenz und die Strukturgröße betrifft.
Der Artikel hier auf Heise ist aktueller:
https://www.heise.de/newsticker/meldung/Neuer-Anlauf-bei-Prozessoren-aus-Nanoroehrchen-3610044.html
Hauptsächlich haben Kohlenstoff Nanoröhrchen den Vorteil, dass sie Strom mit eklatant niedrigerem Widerstand leiten, was die Verlustleistung verringert, die mögliche Arbeitsfrequenz erhöht (eine erneute Frequenzskalierung ist der feuchte Traum aller Chipbauer derzeit) und dreidimensionale Möglichkeiten der Chipbauweise eröffnet.
https://blog.electronica.de/2016/09/20/trend-transistoren-kohlenstoff-schlaegt-erstmals-silizium/
https://codefluegel.com/de/die-zukunft-des-prozessors/
https://www.golem.de/news/kohlensto...soll-nun-2019-marktreif-sein-1804-133867.html

Chemischer Transistor:
In den verschiedensten Anwendungen wird Rechenleistung benötigt und klassische ICs eignen sich nicht für alle Anwendungen. Wenn diese Chemischen Transistoren also langlebiger sind, einen niedrigeren Energieverbrauch bieten oder unempfindlicher gegenüber Elektromagnetischer Strahlung oder Entladung sind gibt es sicher Einsatzmöglichkeiten. Weniger im klassischen Computer, aber in der Biochemie, Raumfahrt, Ai, Machine Learning, Sonden, Dronen usw...
 
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Danke für die Hilfe mit den Carbonnanotubes.
Ich halte die idee mit ihnen für durchaus aussagekäftig, aber dennoch sind sie verdammt schwer herzustellen, und haben im pi elektronensystem eine krümmung was diesem nicht unbedingt behagt. Die Leitfähigkeit der CNT ist über diese pi elektronensysteme gegeben. zudem ist deren Größe momentan nicht wirklich beeinflussbar, es ist einfacher "Planare" Systeme herzustellen, die ähnliche Eigenschaften besitzen. So zumindest meine Meinung.

Also grundsätzlich betrachtet wäre jeder der chemischen transistoren auf der fläche nicht größer als 1,5 nm. vieleicht ist auch die reduktion auf 1 Nm möglich oder noch kleiner. Das problem ist dabei aber vorallem! Das bei der Langsamen Variante nicht getestet ist ob schon quantenmechanische wellenefekte eine größere Rolle bei entsprechender größe (ist ja noch winziger als winzig) spielen würden. Diese könnten dazu führen, das das ein oder mehrere Elektronen eben nicht den vorgesehenen weg gehen sondern spaß haben und einfach mal woanders hingehen. (Quantenmechanischer Tunneleffekt... der auch schon für SSDs verwendet wird wobei bei dieser die richtung des Tunnelns beeinflust wird.) Das könnte eben zum umfallen von entsprechenden bits führen. Das wäre das Hauptproblem. Dennoch wäre die Langsame variante mehrmals im 3 D sinne unter sich aufzubaunen, was die wahrscheinlicheit für das umfallen eines Bits auf alle diese transistoren eponentiell enniedrigt sofern sie die selbe rechenoperation durchführen. Die Leitfähigkeit wäre durch ein pi elektronensystem gegeben das genauso funktioniert wie die carbonnanotubes (weniger verlustleistung) mit dem nachteil das für die Transistorfunktion ein wiederstand eingebaut werden muss. Der Vorteil ist der imense größenverlust, der Nachteil das die Transistoren "beweglich" also mit veränderungen ihrer strucktur schalten müssen. Wie schnell das geht kann ich nicht einschätzen. Aber mit ein paar tricks sollte es möglich sein den unteren vieleicht auch den oberen megaherz bereich zu erobern. Vergleichsweise mit den neuen transistoren die ja im bereich von 7 nanometer kommen haben die chemischen Transitoren den geschwindigkeitsnachteil aber den größenvorteil und vermutlich auch den hitzevorteil.

Grundsätzlich konnte ich nicht abschätzen ob die ideen die ich verfolge irgentwo nützlich sind, aber mit dem gespräch fällt mir das nun leichter. Danke @ghecko Aktuelle Transistoren sind besser als ich dachte, haben aber ein massives hitzeproblem. Wer weniger Hitzeproblem hat, hat den Vorteil, dementsprechend muss ich meine Gedanken in diese Richtung ausschweifen lassen.
 
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