Geringe Kernspannung -> höhre Leistungsfähigkeit Warum?

[Student (Gast)]

Hallo zusammen,

ich bin im Zusammenhang mit einer Studienarbeit über die Aussage
"Der Trend bei der Mikrocontroller Entwicklung geht zu geringen 
Kernspannungen."
gestolpert und wüsste gerne, was der Grund dafür ist.

Auf der Suche nach einer Antwort im Netz habe ich lediglich Dinge 
gefunden wie
"Durch die Trennung der beiden Versorgungsspannungen (Core und I/O) 
werden vergleichsweise geringe Kernspannungen möglich,
welche eine Voraussetzung für die Leistungsfähigkeit beispielsweise 
moderner Mikroprozessoren oder FPGA ist."
oder
"Welche Vorteile bringt eine niedrige Core Spannung? Man kann höhere 
Taktfrequenzen fahren und hat weniger Abwärme."

Aber hohe Leistungsfähigkeit und geringere Abwärme sind in meinen Augen 
lediglich die Wirkung, aber nicht der Grund für geringere 
Kernspannungen.
Kann mir möglicherweise jemand den Grund dafür nennen?

MfG, Student

[blablub (Gast)]

Geringe Kernspannung heißt dass ich kleinere Strukturen fertigen kann 
ohne dass die Transistoren durch Überspannung zerstört werden. Kleinere 
Strukturen haben weniger parasitäre Kapazität und können deshalb höhere 
Taktfrequenzen fahren.

[skorpionx (Gast)]

"Entfernung" zwischen LOW und HIGH ist kleiner und dadurch 
Umschaltzeiten
sind auch kleiner. Das führt zu kleiner thermischen Verlusten.

[Rudolph (Gast)]

Na, die umsetzbare Leistung ist einfach begrenzt, man kann Halbleiter 
nicht beliebig glühen lassen und auch nicht beliebig viel Wärme 
abführen.

Jetzt ist die umgesetzte Leistung von zwei Faktoren abhängig, von der 
Spannung und vom Takt.
Da man den Takt hochschieben will, muss die Spannung runter.

[Student (Gast)]

Hm... Das klingt alles ganz hervorragend logisch! Vielen Dank für die 
rasche Antwort!

Wenn ich noch eine Frage hinterher schieben darf:
Warum ist die I/O Spannung in der Regel höher als die Kernspannung?

[poster (Gast)]

Ein Nachteil einer kleinen Spannung ist ja der geringe Störabstand 
zwischen den Logicpegeln.
Sowas ist innerhalb des Kernes noch handelbar. Aber auf der Platine wird 
das schon sehr schwierig. Daher fährt man da höhere Spannungen.

[Stampede (Gast)]

blablub schrieb:
> Geringe Kernspannung heißt dass ich kleinere Strukturen fertigen
> kann
> ohne dass die Transistoren durch Überspannung zerstört werden. Kleinere
> Strukturen haben weniger parasitäre Kapazität und können deshalb höhere
> Taktfrequenzen fahren.

Ich würde die Kette anders aufziehen: Damit ich schneller werde, müssen 
die Kapazitäten kleiner werden und damit die Strukturen. Und aufgrund 
deren verminderter Größe muss auch die Kernspannung reduziert werden.

Quasi selber Inhalt, nur anders argumentiert :)

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Die Verlustleistung einer CMOS-Schaltung ist proportional zu den 
umzuladenden (meist parasitären) Kapazitäten, der Frequenz und dem 
Quadrat(!) der Betriebsspannung. Wenn man mit der Frequenz hoch will, 
muß man also mit der Spannung runter. Und der Strukturgröße.

Kleinere Strukturen kriegt(e) man automatisch durch den Fortschritt bei 
der Technik (und den Zwang zur höherem Ausstoß). Wobei die auch ihre 
Nachteile haben. Bspw. erhöhte Leckströme. Und das generelle Problem der 
Wärmeabführung von einer kleinen Fläche.


XL

[Student (Gast)]

Vielen Dank für die viele Antworten!!