Die-Shot-Analyse: Tausche ESRAM gegen Compute Units

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.

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.

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.

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.

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.