AW: CPU-Lebdauer signifikant verkürzt?
Das Problem bei der Vorhersage von Verkürzungen der Lebensdauer durch OC ist, dass in der Regel die Ausgagnswerte nbekannt sind, bzw. auch über den direkten Ausfallmechanismus in der Regel nicht so viel bekannt ist. Je nach Ausfallmechanismus unterscheiden sich dann auch die Abhängigkeiten von der Spannung, dem Stromfluss und / oder der Temperatur. Es ist auch durchaus denkbar, das sich durch entsprechendes OC inklusive Spannungserhöhung der Ausfallmechanismus ändert. Außerdem hängt es unter Umständen auch von der Nutzung der CPU ab, so könnte es durchaus sein, das eine CPU nach z.B.: 100000h Vollast mit z.B. FMA durch Elektromigration ausfällt, aber im nicht FMA - Betrieb z.B. nach 120000h durch TDDB (Time Depenand Dielectric Breakdown --> Versagen des Dielectrikums nach einer gewissen zeit bei einer gewissen Spannung
Time-dependent gate oxide breakdown - Wikipedia ), wohingegen erst nach 150000h die Elektromigration zuschlagen würde.
Die Elektromigration wird in der Regel als quadratisch vom Strom (genauer von der Stromdichte) abhängig und expotenziell zu Temperatur abhängig angenommen, in der Literatur werden aber Abhängigkeiten von ^1 bis ^7 für den Strom angegeben.
Blacksche Gleichung – Wikipedia (bei Beispielrechnungen muss jedoch beachtet werden, das wenn die Aktivierungsenergie in eV angegeben wird, auch die Bolzmannkonstante in eV angegeben werden muss.)
Der gesteigerte Faktor für den Strom ergibt sich für die Umschaltvorgänge aus (OC-Spannung/Standartspannung)^2 * (OCTakt/Standarttakt)
Leider bildet die Formel nur einen Teil der Sache ab, da sich zu diesem Strom die Leckströme addieren, die wiederum viele ursachen haben und entsprechend viele verschiedene Abhängigkeiten von der Spannung und der Temperatur besitzen. Angenährt liegt deren Abhängigkeit expotetniell von der Spannung und der Temperatur ab.
Hier hat ein User das mal mit hohem Aufwand entsprechend ermittelt
Effect of Temperature on Power-Consumption with the i7-2600K - AnandTech Forums i7-3770K vs. i7-2600K: Temperature, Voltage, GHz and Power-Consumption Analysis - AnandTech Forums
Auch wenn die Leckströme hier "nur" über den "Poole-Frenkel Effekt"
Poole–Frenkel effect - Wikipedia erklärt sind (z.B. Leckströme durch die diversenArten des Tunnels verhalten sich anders) ist es interessant.
Daraus ergibt sich nun, das der fließende Strom mit steigender Temperatur ebenfalls zunimmt, wodurch die Geschwindigkeit der Elektromigration weiter beschleunigt wird. (Die Elektromigration verläuft bei höherer Temperatur ebenfalls schneller.)
TDDB skalliert etwa mit dem Faktor 10 je 30°C, aber mit etwa ^40 zur Spannung. Das Problem ist hier aber nun wider, das die Konstruktionspunkte nicht bekannt sind, wenn die CPU z.B. bei 1,4V bei 105°C auf 10 Jahre für TDDB konstruiert ist, würdedie Zeitspanne bei 1,5V bei 105°C auf 7,6 Monate verkürzt. Bei 85°C wüde die CPU 2,9 Jahre für TDDB aushalten. Leider sind aber eben die Ausgagnswerte unbekannt (zumal ja die über dem Dieelektrikum anliegende Spannung und nicht die Versorgungsspannung tatsächlich relevant ist, die aber wohl auch nicht mit den normal verfügbaren Mitteln zu messen ist).
Sowohl Elektromigration als auch TDDB führen letztlich zum Totalausfall der CPU, daneben gibt es aber auch noch weitere Schädigungsmechanismen, die unter Umständen "nur" geringere Taktraten verursachen können, da diese nicht unmittelbar zum Totalausfall führen wie NBTI
https://en.wikipedia.org/wiki/Negative-bias_temperature_instability PBTI (Positiv-bias Temperature Instabilety) HCI
https://en.wikipedia.org/wiki/Hot-carrier_injection usw. Wobei jeweils für jeden Mechanismus eigene Auslösebedingungen und Geschwindigkeiten und Abhängigkeiten gelten. (z.B. für die NBTI und damit wohl auch für PBTI die tatsächlichen Schaltzustände der Transistoren und die Zeitspannen in der diese verweilen, wobei wohl PBTI reversibel sein scheint.)
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