オーバークロックができる理由と半導体メーカの常識

ポク太郎です。

ハード改造のページが人気です。目指すは人気ブログ!てことでソッチ分野のうんちく。

一般の方には盲点になり誤解を生じてるようにも感じる“半導体業界の常識”を書いた読み物です。

PC好き、ジャンク改造好きな方向け。


こちらを例に半導体業界の常識を探る

こちらでマイニング用途向けの中古グラフィックカードの改造を行っております。

仮想通貨のマイニング業者が中古市場へ大量放出した専用グラボを、一般人が“通常のグラボ”へ改造する話。そのグラボが次世代のRX580にも改造できる!との噂も。

上記を題材に“半導体業界の常識”を紹介します。

ご注意

本記事の内容は“常識から考えてこうしてるだろう”と予想するもの。あくまで、上記内の登場人物を例に使用し、半導体業界の常識を語る目的の読み物です。それらメーカが具体的にしてることは不明。そういうのって通常は企業秘密。

登場人物は、

A アセンブリメーカー…他者から部品購入し組み立てる
B GPU製造メーカー
C 他の電気部品製造メーカー

リンク先の例で言えば、Aがグラボを販売するSapphireBがGPUを供給するAMDCHynixなどのメモリメーカーや他の多数の部品メーカー。

ASapphireから見ればBCも同じ“電気部品供給メーカー”ですが、Bはメイン機能であるGPUの供給メーカーなのでここではBCを分けて表記します。

高速と低速メモリの違い~半導体部品供給の事情

大量生産方式で商売してんだ

半導体メーカーとはインテルAMD東芝ルネサスなど。

決算を見ると分かりますが、何千億円と売り上げ経常利益も莫大。商売はチャネル長数10nmの微細加工製品の製造販売。nmとは10憶分の1メートル←ナノテクノロジーの最先端。

超先端技術で製造した高付加価値のICを1コ~数千円で大量に売りさばき、巨額の利益が出せる理由は“大量生産方式”。

同じモノ”を何も考えずに大量に生み出すことが求められます。

製品の種類は選別で

同じモノ”を大量に生み出すコツは集中すること。製品のラインナップを一つに絞れば一番大量。

工場の常識をご存じならわかるかと。出来上がった製品には出来のいい奴悪い奴。例を挙げると、
〇200MHzで正常に動くメモリICと150MHzまでしか動かないメモリIC。
〇1%以内の誤差しかない抵抗と3%の誤差が生じてる抵抗。

DDR4の規格
規格動作可能周波数
[MHz]
DDR4-1600100
DDR4-1866116
DDR4-2133133
DDR4-2400150
DDR4-2666166
DDR4-2933183
DDR4-3200200

DDR4用のメモリICを大量に作ります。3割が215MHzで、5割が180MHzで、残り2割が110MHzで正常動作できたとします。

3割…⑦向け型名“DDR4-400-C200”に。
5割…⑤向け型名“DDR4-400-C166”に。
2割…①向け型名“DDR4-400-C100”に。

出来のいい奴は高価格で販売可能なので“上級品”の型番に、出来の悪い奴は“低級品”の型番に。このように種類は一つだけど出来の良い悪いでラインナップを設定しています。

その他、製造現場では供給の問題も。特にこれらを使用する電化製品の場合、クリスマスセールなどに在庫を確保するためAは生産ラインをフル稼働。「材料がない」で諦める訳に行かず。

一般的に出来のいいモノを上位互換として使えるよう仕様・規格を決定するので、⑦用のメモリICはすべてに転用可、⑤用のメモリICは⑤以下のすべてに転用可。

抵抗も、5%の誤差を許容する設計品に1%の誤差品を使用しても当然無問題なので転用可。

そこで供給する側BCは“上級品”を“低級品”の型番に変えビジネスパートナーAに出荷。多少価格が下がってもAに製品を作ってもらわないと。ビジネスチャンスは当然同じ時期。

つまり、この業界では“製造過程同じなのに違う型格”が常識。

LSIの開発費がベラボーなんだ~RX470とRX580は同一品?

主にB:GPU供給メーカーに関わる話。例に出したのはAMDRX470RX580

RX470RX580が同一品かどうかは不明。例として挙げてるだけ。一般的に下記のようにしのいでいます。

GPUだけに限りませんが、製品の心臓部となる専用LSIとは、10憶コレベルの途方もない数のトランジスタを並べた大規模LSI。uLSI(ultra Large Scale Integrated)とも言う。

ハードウェア記述言語を使いプログラムで設計するものの、規模が膨大な上、機能上の性能、電気的特性、タイミング特性、製造品質をすべて確保必須→開発費莫大(主に人件費だが)

何度も何度も繰り返し開発できません。

となると思い付くのは、設定を変えるだけで“上級品”として動く、“低級品”設定時はメモリクロックを多少抑えるラインナップ拡充策。

例えば、あるピンをGNDに繋ぐと“低級品”、1.8Vに繋ぐと“上級品”。“低級品”の説明書には「このピンはGNDに繋げてね」、“上級品”の説明書には「このピンは1.8Vに繋げてね」。

こうすることで、Bは最高スペックの開発のみに専念できます。

アセンブリメーカが勝手なことできない理由

上記で書いた“選別”の話はBCの部品供給メーカーの話。次はAの事情の話。

上の話から、じゃあAアセンブリメーカーは安い低級品を買って高い上級品に変えて売れば?と疑問に思うかと。

答えは「できません」。理由は保証対象外になるから。

Aかて月に何十万台と製造してやっと売り上げ確保する大量生産方式で商売してるのは同じ。BCから納入された部品を組み立て製品として出荷する必要があります。

もし不良品が納入された場合はBCが保証する契約。が、そこでAが説明書に則さない使い方=不良品なのに保証も無くなり全部Aの損害。真っ当な企業なら恐ろしくて絶対にしないこと。

上で例に挙げたGPUの設定など説明書を比べればわかるし、Bが売込みの際に自ら説明しててもおかしくない事案。Aが納得する位開発費が膨大なんでね。

たまに“オーバークロック版!”とAから発売されたりしますが、何で保証外のものを販売できるのかは不明。

確保した在庫数と販売数が乖離しどの道A自身が全責任を取る必要がある場合とか…、逆にB側が大量の不良在庫抱えて格安販売の提案なり申し出するのか…。

“一年前は古代”な日進月歩の世界=無駄な在庫は履いてしまわないと完全不良債権。この辺は商売の話なので外部からは見えない部分です。

オーバークロック、上位改造が可能な理由と条件

オーバークロックができる理由・条件

理由の一つは上で書いた上級品が使われてる場合。また、BCのプロセス技術が進歩しその部品のほぼ全数が上級品になってしまってるケースも。

低級を想定して設計された製品に上級品が搭載されてることになるのでオーバークロック可能になります。

もう一つは冗長設計による余裕分。

低級を想定した設計に低級品が搭載されてる設計通りの製品。が、通常はかなり余裕を見た設計を行います。

理由は“確実”を求めるから、と“半導体製品は一定確率で誤動作を起こすから。”

CPUなどの説明書には「絶対に生命維持装置、飛行機、ロケットなど確実に人命に関わる機械には使用するな。責任取らんぞ。」と書いてあります。恐らくそーいうのは同一のモノを使用するにしても、BCが出荷前のテスト環境、それ向けの保険、その他も専用に準備して個別商談として対応するんだと思います。

その確率をあり得ないような低確率まで落とし込み使用してるのが半導体製品。

一般消費者はどちらのケースでのオーバークロック成功なのか判別がつかない筈なので、やはり“オーバークロックは行わない”が正解。

とはいえ、得した気分を味わいたいのが人の性。なので好きにしたらいいとは思いますがすべて自己責任。怖いのは火事。

RX470→RX580に改造可能か!?

ここではRX470RX580改造を例に電気回路のお話。

SapphireRX470RX580のBIOSがエラーも出ず書けるてことは恐らく同一(単なる予想です)。じゃあRX580に化けるのか?てのが気になりますが、結果は、

化けませんでした。

真冬に高負荷→そこそこ動くが一回砂嵐になりBIOS再書き換えまで復旧不可能、夏なら無理っぽいて予測せざるを得ない結果でした。

同一のはずなのに化けなかった理由を以下に予想。

Sapphireのグラボ上には、
RX470
GDDRメモリcpu-zによるとうちのはHynix表示。
・その他回路
が実装されています。

GPUは大量のグラフィックデータをゴリゴリ計算するハードウェア。GDDRメモリから計算の元をゴリゴリ読み取り、結果をゴリゴリ溜め込まないと動けません。

となると必要なのは、RX580でのメモリクロックで正常動作可能なGDDRメモリここまでの高速クロックを配線可能な十分なインピーダンスコントロール済プリント基板も。

すべての条件を満足して初めて機能実現なので他に要因がないとは言い切れずですが、一番キツイのは普通に考えてメモリアクセス。

それなりに動いてるので「搭載されてるGDDRメモリのスピードがRX580のメモリアクセスに追いつかずアクセス不安定」が原因と予想します。

だから、もしGDDRメモリが運よく上で書いたような上級品であれば…、RX580に化ける可能性は高いと予想します。

こーいった話を書いたブログはあまり見かけないのでうんちくとして書いてみました。

技術者だけでなく営業さんやソッチ関係の商材を扱う代理店の方も知ってる内容。ジャンク釣りが好きな方は、周囲のソッチ関係の方に聞いてみると色んな裏話聞けるかも。

ゲーム機販売が主となってしまった巨大企業がクリスマス商戦に間に合わせるためにドブに捨てた開発費の額とか。ドブに捨てた理由はここに書いた事情が絡みます。

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