Silikon Piyangosu Nedir? İşlemciler Neden Birbirinden Farklı?

Daha önce bilgisayar topladıysanız, teknolojiye yakından ilgi duyuyorsanız veya overclock meraklılarından birisiyseniz bu ifadeyle daha önce karşılaşmış olmalısınız. Teknoloji dünyasında “silikon piyangosu” olarak çevirebileceğimiz “silicon lottery (veya silicon jackpot)” diye bir tabir var.

Başta CPU’lar olmak üzere, üretilen işlemci türlerinin kalitesi birbirinden farklıdır; modelleri aynı olsa bile. Basitçe ifade etmek gerekirse, silikon piyangosu söylemiyle “aynı ürün serisindeki iki işlemci arasındaki doğal farklılıklardan” bahsediliyor. Bu farklılıklar çip hızını ve hız aşırtma performansını doğrudan etkileyebiliyor.

Silikon Piyangosu Nedir?

Bu konuyu biraz daha açalım ve neden iki işlemcinin aynı olmadığını görelim. Bilgisayar biliminde “piyango” ne anlama geliyor? Üst düzey işlemcilerde neden daha kaliteli silikonlar kullanılıyor? Hepsini yanıtlandıracağız.

• Intel Malezya Fabrikasını Gezdik! Çipler Nasıl Paketleniyor?

Her şeyden önce, çevrimiçi veya fiziki mağazalardan alacağınız iki aynı ürün “bazı doğal sebepler nedeniyle” birbirinden ayrışabilir. Örnek olarak, satın alacağınız iki ayrı Core i9-14900K işlemci farklı frekans hızlarına ulaşabilir. Ayrıca hız aşırtma yaparken birisinin diğerine göre daha kabiliyetli olduğunu görebilirsiniz.

CPU örneği versek bile GPU ve RAM tarafında da bu durum var. Yüksek potansiyele sahip işlemcileri özellikle overclock ustaları için “altın ürün” olarak kabul edilir. Bu tür işlemciler, mükemmel performans potansiyeli nedeniyle gerçekten değerlidir.

Eğer şanslıysanız satın aldığınız ürün silikon kalitesi bakımından başarılı olabilir. Ekran kartınız, işlemciniz veya belleğiniz ile birlikte internet ortamında yardımlaştığınız diğer kişilerden daha yüksek frekansa ulaştığınızı fark edebilirsiniz. Yüksek frekansların yanı sıra, bu tür yongalar daha serin çalışabilir, ayrıca yüksek saat hızlarında daha uzun süre kalabilir. Elbette bunun bir garantisi yok, sadece şans işi. Silikon piyangosu terimi de işte buradan geliyor.

Silikon piyangosunun ne olduğunu anlamak için öncelikle işlemcilerin üretim süreci hakkında biraz bilgi sahibi olmalıyız. Bildiğiniz gibi silikon, bilgisayarlarımızda kullandığımız işlemcilerin yapıldığı yarı iletken materyaldir (en azından birkaç yıl içinde yerini yeni malzemelere bırakana kadar).

Silikonun üretimi çok ince işlemler gerektiriyor. Bunun için milyarlarca dolarlık özel ekipmanlar kullanılmakta. Doğada bulunan kum birçok aşamadan geçirilirken içinde bulunan silikon ayrıştırılıyor. Bunu yapmak için yüksek sıcaklıklar uygulanıyor, erime işlemi için fırınlar kullanılıyor. Daha sonra saflaştırılıyor ve malzeme soğutulduğu kalıplara dökülerek monokristaller oluşturuluyor.

Daha sonra monokristaller, kimyasal işlemden geçirilen ve parlatılan silikon plakalar (wafer) halinde kesiliyor ve ardından devreleri yüzeylerine basacak olan litografi makinelerine aktarılıyor. Silikon saflığının maksimum olması ve malzemeyi sterilize etmek için çok fazla çaba sarf edildiğini belirtelim. Lakin ne olursa olsun wafer temizliğinin çok yüksek olduğu kısımlar var. Bazı kısımlar ise küçük de olsa kusurlar içerebiliyor. Ayrıca üretim sürecinde bazı küçük hatalar da olabilir.

İşlemci üretimi söz konusu olduğunda en saf, en temiz diyebileceğimiz kısımlar bazı avantaj sağlamakta. Başka bir deyişle, bu kısımlar işlevini tam anlamıyla yerine getirebiliyor. Genellikle silikon plakaların merkezine daha yakın olan bu bölümler daha düşük çekirdek voltajına (Vcore olarak bildiğimiz) ihtiyaç duyar, bu da işlemcinin çalışmak için daha az güce ihtiyaç duyacağı anlamına geliyor. Böylelikle üretilen çipler daha az ısınıyor.

Unutmadan bir başka kısa bilgi daha verelim. Wafer dediğimiz yuvarlak plakaların “daha az düzeyde saf” olan kısmı kenarlarıdır. Pek de verimli olmayan alanlar kenara ayrılır. Bir yonga plakasının her santimi çip oluşturmak için kullanılamaz. Yonga plakalarının üretimi sırasında, fabrikasyon sürecinin istenmeyen bir yan etkisi olarak silikon diskin yüzeyi boyunca kusurlar yayılır. Bu kusurlar nedeniyle üreticiler yaklaşık %70 ila %90 arasında verim elde etmekte.

Burada dikkat edilmesi gereken bir husus, bir işlemcinin sınıflandırması ne olursa olsun hepsi de aynı silikon yongalardan üretilir. Örneğin, düşük seviye çift çekirdekli bir Intel Core i3 ve orta seviye dört çekirdekli bir i5 işlemci aynı yonga plakasından üretilir. Ancak kesim aşamasından sonra CPU üreticileri farklı çipleri performanslarına göre sınıflandırabiliyor.

Bir Core i5 işlemcide kusurlar varsa, Intel bunu kusurlu çekirdekleri devre dışı bırakılmış bir i3 olarak satmaya karar verebilir. Doğal kusurlar nedeniyle CPU’ları yeniden tasarlama işlemine “binning” deniyor. Bu konuya daha detaylı şekilde değineceğiz.

Çip üreten şirketler, en verimli çipleri genellikle üst segment ürünlerinde kullanıyor. Örneğin RTX 4090 ve RTX 3060 ayni mimariye sahip, ancak amiral gemisinde daha kaliteli yongaların kullanıldığını söyleyebiliriz. Bunun yanında ekran kartı serilerinde bile farklılıklar var. ASUS’un “ROG Strix” ve “TUF Gaming” serilerinde kullanılan grafik işlemciler kalite açısından ayrışabilir.

Sonuç olarak, çiplerin çoğunluğu normal kalitededir. Küçük bir yüzdesi yüksek kalitededir ve bunlar zaten kenara ayrılır. Aynı şekilde, yongaların küçük bir yüzdesi kötü kalitede fırından çıkar.

Üst Düzey İşlemciler

Aynı örneği CPU’lar için de verebiliriz. Core i9 ve Core i3 çiplerin silikon kalitesi açısından aynı olmasını bekleyemeyiz. Ancak aynı seriden aynı CPU’lar arasında bile farklılıklar olabiliyor. Satın alacağınız iki ayrı Core i9-14900K işlemci farklı performanslar sergileyebilir.

Ancak “yüksek saflığa sahip” ve “üst düzey” olarak nitelendirilen çipler konusunda çok fazla endişelenmeyin. Büyük üreticiler genellikle tüm ürünlerinin kalitesi için garanti verir. Bu nedenle “normal” bir işlemci satın aldıysanız herhangi bir sorun yaşamazsınız. Mesele şu ki, şanslı şekilde üst düzey işlemci satın aldıysanız performansı muhtemelen biraz daha üstün olacaktır. Hepsi bu.

Ekran Kartları

CPU’larda olduğu gibi, “silikon piyangosu (silicon lottery)” dediğimiz durum grafik işlemcilerde de var. Örneğin GeForce RTX 4090 (AD102 GPU) kullanan bir kişi %20 GPU ve %25 bellek hız aşırtması yapmayı başardıysa, aynı model karta sahip bir diğer kişinin aynı oranları elde edebileceğinin bir garantisi yok. Basit bir şekilde anlatmak gerekirse, piyasadaki her işlemcinin silikon kalitesi farklı olabilir. Bazı işlemciler model açısından aynı olsalar bile biri diğerinden daha iyi overclock potansiyeline sahip olabilir. Buna “silicon lottery” diyoruz.

Silikon Piyangosu RAM’lerde de Var

Başta işlemciler ve sonra ekran kartlarında olduğu gibi, kalite çipten çipe çok fazla değişkenlik gösterebilir. Aynı üretim partisinden gelen iki özdeş modül, kararsız hale gelmeden önce çok farklı maksimum voltaj seviyelerine çıkabilir. Satıcılar aslında bellek yongalarının performansını test ediyor, ancak bildiğiniz gibi RAM’ler tek bir performans seviyesiyle satışa sunuluyor: 3200 MHz veya 3600 MHz gibi. Özetle şirketler bu değerleri garanti ediyor, farklılıklar ise hız aşırtma aşamasında kendini göstermeye başlıyor.

Çipler Nasıl Gruplandırılıyor?

CPU, RAM veya ekran kartlarında yer alan GPU’lar farketmeksizin, çiplerin üretim süreci tahmin ettiğinizden çok karmaşık. Üretim sürecinin bir aşamasında çipler testler yapılır, çipler ayrıştırılır ve kalitesine göre ayrılır. Bu aşamaya “chip binning, yani yonga gruplandırma” diyoruz.

Maddeler halinde yonga gruplandırma işlemine dair detaylara bakalım. Binning her iki şekilde de uygulanabilir. Üreticiler daha kötü performans gösteren işlemcileri daha düşük seviyeli ürünler olarak kategorize edebildikleri gibi, beklenenden daha iyi performans gösteren CPU’ları ayrı ürünler olarak da satabilirler. Bunun iyi bir örneği Intel K serisidir. K serisi CPU’lar, yüksek frekans gibi unsurlar dışında K olmayan modellerle aynıdır.

• Çip üretim süreci kusursuz değildir. Bilgisayarınızda (örneğin CPU veya GPU), telefonunuzda veya arabanızda kullanılan her çip bir seçim sürecinden geçer. Bunun nedeni, üretimden sonra bazı çiplerin diğerlerinden daha iyi performans gösterecek olmasıdır.
• Intel, AMD ve NVIDIA gibi tüm çip üreticileri, yüksek performanslı yongaları (daha yüksek saat hızları, daha fazla çekirdek kapasitesine sahip vb.) pahalı modellerde kullanmak üzere bir kenara ayırır. Kalite açısından biraz daha zayıf olan çipler elbette çöpe gitmiyor. Çekirdekleri devre dışı bırakılan, düşük güç seviyelerine yatkın ve düşük performanslı işlemciler de satışa çıkıyor.
  • Örnek olarak; eğer çip 2 GHz hızına erişemiyorsa, 1,5 GHz hızında çalışan bir çip modeli olarak satılabilir. Ya da bir CPU entegre grafik kısmında kusurlar gösteriyorsa, bu ürünler entegre grafiklerden yoksun şekilde tedarik edilebilir.
• Çip gruplandırma, tüm mikroişlemcilerin ve DRAM çiplerinin üretiminde bu ayrımın gerçekleştiği bir aşamadır.
• Düzenli çip gruplandırması özellikle maliyetler açısından üreticilerin yararına. Ancak bir donanıma çok fazla talep varsa, şirketler talebi karşılamak için bu ayrıştırma sürecinde farklı bir yol izleyebilir. Yani yüksek potansiyele sahip bir silikona farkında olmadan sahip olabilirsiniz.
• Gruplandırma aynı zamanda yonga plakasının (silikon disk plaka) verimini de artırıyor. Üretimde daha fazla silikon kullanılabiliyor ve satılabiliyor. Bu da üretim maliyetlerini düşürmekte.

Gruplandırma

Intel gibi şirketler, işlemcilerinin kalitesini kontrol etmek için çipleri belirli bir voltajda ve belirli bir saat hızında çalışacak şekilde ayarlar; yonga kalıbı içindeki bölümlerin tümü zorlamak için bir dizi testten geçerken, tüketilen elektrik gücü miktarı ve üretilen ısı dikkatlice ölçülür. Bu noktada bazı çipler tam olarak gerektiği gibi, bazıları ise daha iyi veya daha kötü performans sergilemekte.

Bazı çiplerin tamamen kararlı olması için daha yüksek bir voltaja ihtiyacı olabilir. Seçilen belirli yongaların iç kısımları çok fazla ısı üretebilir ve muhtemelen bazıları gerekli standartlara tam olarak ulaşamıyor.

Kusurlu olduğu tespit edilen işlemciler için de benzer çalışmalar yapılıyor, ancak bu yapılmadan önce çipin çalışan bölümleri ve hangi bitlerin çöp olduğunu görmek için ekstra kontroller gerçekleştiriliyor. Bunun sonucunda çalışan parçalar, sabit saat frekansları, gerekli voltaj ve ısı çıkışı temelinde kategorize edilebilecek biri dizi yonga kalıbı üretilmekte. Bu sıralama prosedürüne de “chip binning, yani çip gruplandırma” adı veriliyor. Testten geçen çipler ayrı olarak gruplandırılıyor.

Core i9-10900K üzerinden gidelim. İşlemcinin bölümleri, çalışan çekirdek sayısı, CPU’nun kararlı olduğu saat frekans aralığı ve belirli bir saatte üretilen ısı çıkışı gözlemlenir. Kapsamlı şekilde incelenen bir Core i9-10900 yongasının birkaç ciddi kusura sahip olduğunu düşünelim. Örneğin çekirdeklerden ikisi ve entegre GPU düzgün çalışamayacakları düzeyde hasar görmüş.

Intel bu durumda bozuk bölümleri devre dışı bırakırken çipi Core i7-10700 serisinden bir işlemciye dönüştürebilir. Tahmin edebileceğiniz gibi, dahili grafikler arızalı olduğundan dolayı “F serisi” bir işlemci ortaya çıkacaktır. Elbette işlemcinin saat hızları güç ve kararlılık açısından test edilmesi gerekir. Eğer çip gerekli hedeflere ulaşırsa Core i7 ailesine ait olarak kalabilir. Ancak her şey istendiğini olmazsa daha fazla çekirdek devre dışı bırakılabilir ve yonga kalıbı Core i5 modeli için kullanılabilir.

Her şeyi göz önüne alıp değerlendirme yapacak olursak, gruplandırma işlemi bir silikon plakanın verimi büyük ölçüde artırmakta. Böylelikle wafer’dan daha fazla yonga üretilir ve satış gerçekleşir. Yani maliyetler açısından çok faydalı.

“Altın” Çipler

Bahsetmiştik, silikon diskin kaliteli kısımlarından üretilen işlemciler “altın numune” olarak da isimlendiriliyor. Altın numuneler performans, voltaj ve tolerans gibi ölçütler açısından daha üst düzeydedir. Böyle ürünler daha düşük voltajda ortalamaya göre daha yüksek hızlara ulaşacak şekilde hız aşırtılabilir.

Örneğin Intel Core i5-13600K’nın varsayılan boost saat hızı 5311 MHz. Kaliteli bir CPU örneği 5500 MHz’e hız aşırtılabilir ve altın bir örnek doğru soğutma ile 5800 MHz hatta 6000 MHz’e ulaşabilir.

Nasıl Anlaşılır?

Talihli olup olmadığınızı kontrol etmek için işlemcinizi test etmeniz ve hız aşırtma hızlarını başka kişilerin sonuçlarıyla karşılaştırmanız gerekiyor. Eğer elinizdeki ürün ortalamadan daha iyi performans gösteriyorsa şanslısınız demektir. Ortalamanın çok daha üzerindeyseniz “altın kalitede” bir işlemci satın almışsınız. Bu kıyaslamayı maksimum frekans hızları, hız aşırtma performansı, voltajlar ve sıcaklıklara bakarak yapabilirsiniz.

Çipler Ne Kadar Fark Yaratabilir?

Maksimum frekans hızları genellikle aynıdır, ancak “altın örnekler” bu seviyelere daha sık şekilde çıkabilir ve daha uzun zamanlar yüksek hızlarda kalabilir. Overclock söz konusu olduğunda ise genellikle 100-300 MHz’lik farklar ortaya çıkar, ancak silikon piyangosunun talihli kullanıcıları çok daha yüksek performanslar da elde edebiliyor.

Overclock Yapılmazsa?

CPU’lar satılmadan önce minimum özellikleri karşılayacak şekilde test edilir ve doğrulanır. Dolayısıyla, kilitli bir CPU alıyorsanız veya hız aşırtma ile ilgilenmiyorsanız silikon piyangosu pek fazla üzerinde durulacak bir konu değil.

AMD vs Intel

İster AMD ister Intel olsun, silikon piyangosu kavramı her şeyiyle geçerliliğini koruyor. Her iki üreticinin de üretim sürecinde küçük kusurlar olabilir ve bu da son üründe performans farklılıklarına yol açabilir.

Ancak AMD ve Intel, agresif gruplama ve otomatik hız aşırtma teknolojileri sayesinde CPU’larında vaat edilen performansı sağlama konusunda zaten kendini kanıtlamış durumda.