Die-Shot-Analyse: Tausche ESRAM gegen Compute Units

Der Chip der Playstation 4 ist kleiner und schneller als der der Xbox One. Dafür bietet das System-on-a-Chip der Microsoft-Konsole zukünftig mehr Verkleinerungspotenzial mit kommenden Fertigungsprozessen.

Artikel veröffentlicht am ,
Das SoC der Playstation 4 umrahmt von GDDR5-Speicher
Das SoC der Playstation 4 umrahmt von GDDR5-Speicher (Bild: Chipworks)

Chipworks hat die SoCs (System-on-a-Chip) der Playstation 4 und der Xbox One abgeschliffen und die Strukturen der beiden Chips genauer analysiert. Beide SoCs werden im 28-Nanometer-Prozess bei TSMC gefertigt, der Chip der Xbox One ist trotz weniger Recheneinheiten mit 348 statt 363 Quadratmillimetern etwas größer, da Microsoft Embedded-SRAM verbaut.

Stellenmarkt
  1. Head of IT Business Applications (m/w/d) High-Tech-Industrie
    über Mentis International Human Resources GmbH, Baden-Württemberg
  2. IT-Netzwerkspezialist/-in (m/w/d)
    Bayerisches Landesamt für Steuern, München, Nürnberg
Detailsuche

Beiden Konsolen-SoCs gemein sind die beiden Jaguar-Module mit jeweils vier Kernen. Die Speichercontroller sind noch etwas kleiner, aber ebenfalls in mehrfacher Ausführung vorhanden. Beim SoC der Playstation 4 nimmt der GPU-Teil den Großteil des Platzes ein, Sony verbaut 20 Compute Units. Im Chip der Xbox One sind nur 14 Compute Units vorhanden, denn den größten Anteil des Dies belegen weder die Jaguar-Kerne noch der GPU-Teil, sondern der ESRAM.

Die 32 MByte Embedded Static Random Access Memory, aufgeteilt in drei Blöcke, sind ein sehr schneller Speicher, dessen Inhalt so lange gespeichert bleibt, bis er vom Strom getrennt wird (daher "static" statt "dynamic" wie bei DRAM). Für die Xbox 360 nutzt Microsoft hingegen EDRAM statt ESRAM als schnellen GPU-Speicher, allerdings nur 10 MByte.

  • Das Die der Playstation 4 (Bild: Chipworks)
  • Das Die der Xbox One (Bild: Chipworks)
Das Die der Xbox One (Bild: Chipworks)

Redundante Einheiten als Absicherung

Auffällig bei beiden SoC ist, dass zwei physisch vorhandene Compute Units deaktiviert sind. Diese redundanten Einheiten dienen der Verbesserung der Chipausbeute ("yield"). Sollte eine der Compute Units durch einen Fertigungsfehler nicht funktionieren, springt stattdessen eine der redundanten Einheiten ein. Ein solches Vorgehen ist besonders bei relativ neuen Fertigungsprozessen und großen Chips üblich.

Golem Akademie
  1. Webentwicklung mit React and Typescript: virtueller Fünf-Halbtage-Workshop
    6.–10. Dezember 2021, Virtuell
  2. SAMBA Datei- und Domänendienste einrichten: virtueller Drei-Tage-Workshop
    7.–9. März 2022, Virtuell
Weitere IT-Trainings

Microsoft hat bei den Compute Units der Xbox One einige Bestandteile anders angeordnet, so dass die Blöcke schlanker und länger sind als die Compute Units im SoC der Playstation 4. Hierdurch ist die GPU insgesamt dünner, was in einem eher quadratischen statt länglichen, rechteckigen Die resultiert. Je gestreckter ein Die, desto weniger Chips lassen sich aus einem kreisrunden Wafer schneiden.

Playstation 4Xbox OneWii U
GPU-ArchitekturAMD GCNAMD GCNAMD VLIW
CUs/SIMDs18124
ROPs321616
Shader-ALUs1.152768320
GPU-TaktBis zu 800 MHzBis zu 853 MHzBis 550 MHz
Rechenleistung1.843 GFlops1.310 GFlops352 GFlops
CPU-ArchitekturAMD JaguarAMD JaguarIBM PowerPC
CPU-Kerne2 x 42 x 43
CPU-TaktBis zu 1,60 GHzBis zu 1,75 GHzBis zu 1,24 GHz
Speichertyp8 GByte GDDR5 (2,75 GHz)8 GByte DDR3-2133 + 32 MByte ESRAM (853 MHz)2 GByte DDR3-1600 + 35 MByte EDRAM (550 MHz)
Speicherinterface256 Bit256 Bit + 1.024 Bit64 Bit + 1.024 Bit
Datentransfer-Rate176 GB/s64 GB/s + 218 GB/s13 GB/s + 70 GB/s
Fertigungsprozess28 nm28 nm40 nm (GPU)/45 nm (CPU)
Die-Size348 mm²363 mm²147 + 28 mm²
Technische Spezifikationen Playstation 4 gegen Xbox One gegen Wii U

Das System-on-a-Chip wird schrumpfen

Wenn Microsoft und Sony in Zukunft wie geplant den planaren 20-nm-Prozess von TSMC einsetzen, so dürfte die Fläche des Dies der Xbox One prozentual eine stärkere Verkleinerung erfahren: Sofern das Fertigungsverfahren ausgereift genug ist, könnten Microsoft wie Sony auf die beiden zusätzlichen Compute Units verzichten. Bei linearer Skalierung unter Verwendung des 20-nm-Prozesses würde der GPU-Teil des Xbox-One-Die hier prozentual stärker schrumpfen als der der Playstation 4. Zudem profitiert der vermutlich aus 6T-Zellen bestehende ESRAM der Xbox One mehr von einem Shrink als der restliche Chip.

Durch ein kleineres und sparsameres SoC sind eine günstigere Platine, eine einfachere Kühlung sowie ein schwächeres Netzteil möglich - in erster Linie also eine Kosteneinsparung für den Hersteller. Sony hat in der Vergangenheit das Gehäuse der Playstation 3 mehrfach verkleinert (Slim und Super Slim) und auch Microsoft hat mit der S-Version und der Super Slim die der Xbox 360 kompakter gestaltet, inklusive des Wechsels von zwei 65-nm-Chips zu einem 45-nm-SoC.

Bitte aktivieren Sie Javascript.
Oder nutzen Sie das Golem-pur-Angebot
und lesen Golem.de
  • ohne Werbung
  • mit ausgeschaltetem Javascript
  • mit RSS-Volltext-Feed


Anonymer Nutzer 30. Nov 2013

Ich denke das Geld ist zumteil vor der Herstellung an zB AMD gezahlt worden.Die PC-Sparte...

pica 29. Nov 2013

Der Aufbau (floor plan) einer 4-Kern Jaguar CPU ist wie folgt Core1 Core2 Core3...

ms (Golem.de) 29. Nov 2013

Die Xbox One ist sparsamer, weil wegen des ESRAM weniger CUs verbaut sind.



Aktuell auf der Startseite von Golem.de
Ada & Zangemann
Das IT-Märchen, das wir brauchen

Das frisch erschienen Märchenbuch Ada & Zangemann erklärt, was Software-Freiheit ist. Eine schöne Grundlage, um Kinder - aber auch Erwachsene - an IT-Probleme und das Basteln heranzuführen.
Eine Rezension von Sebastian Grüner

Ada & Zangemann: Das IT-Märchen, das wir brauchen
Artikel
  1. HMD Global: Nokia 9 Pureview bekommt doch kein Android 11
    HMD Global
    Nokia 9 Pureview bekommt doch kein Android 11

    Wer ein Nokia 9 Pureview besitzt, erhält vom Hersteller als Ausgleich beim Kauf eines anderen Nokia-Smartphones einen Rabatt.

  2. TTDSG: Neue Cookie-Regelung in Kraft getreten
    TTDSG
    Neue Cookie-Regelung in Kraft getreten

    Mit jahrelanger Verspätung macht Deutschland die Cookie-Einwilligung zur Pflicht. Die Verordnung zu Einwilligungsdiensten lässt noch auf sich warten.

  3. Prozessoren: Intel lagert zehn Jahre alte Hardware in geheimem Lagerhaus
    Prozessoren
    Intel lagert zehn Jahre alte Hardware in geheimem Lagerhaus

    Tausende ältere CPUs und andere Hardware lagern bei Intel in einem Lagerhaus in Costa Rica. Damit lassen sich Probleme exakt nachstellen.

Du willst dich mit Golem.de beruflich verändern oder weiterbilden?
Zum Stellenmarkt
Zur Akademie
Zum Coaching
  • Schnäppchen, Rabatte und Top-Angebote
    Die besten Deals des Tages
    Daily Deals • Last Minute Angebote bei Amazon • Crucial-RAM zu Bestpreisen (u. a. 16GB Kit DDR4-3600 73,99€) • HP 27" FHD 165Hz 199,90€ • Razer Iskur X Gaming-Stuhl 239,99€ • Adventskalender bei MM/Saturn (u. a. Surface Pro 7+ 849€) • Alternate (u. a. Adata 1TB PCIe-4.0-SSD für 129,90€) [Werbung]
    •  /