Mikroprozessor

Entwicklung der Transistoranzahl bei Mikroprozessoren

Bilder	Her- steller	Modell	Transistor- anzahl	Jahr
	TI	TMS1000	8.000	1971
	Intel	4004	2.300	1971
	Intel	8008	3.500	1972
	Intel	8080	4.500	1974
	MOS	6502	5.000	1975
	TI	TMS9900	8.000	1976
	Zilog	Z80	8.500	1976
	Intel	8086	29.000	1978
	Intel	8088	29.000	1979
	Motorola	68000	68.000	1979
	Intel	80286	134.000	1982
	Intel	80386	275.000	1985
	Intel	80486	1.200.000	1989
	Intel	Pentium	3.100.000	1993
	Motorola	68060	2.500.000	1994
	Intel	Pentium Pro	5.500.000	1995
	AMD	K5	4.300.000	1996
	Intel	Pentium II	7.500.000	1997
	AMD	K6	8.800.000	1997
	Intel	Pentium III	9.500.000	1999
	AMD	K6-III	21.300.000	1999
	AMD	K7	22.000.000	1999
	Intel	Pentium 4	42.000.000	2000
	Intel	Itanium	25.000.000	2001
	AMD	Barton	54.300.000	2003
	Intel	Pentium M	77.000.000	2003
	AMD	K8	105.900.000	2003
	Intel, HP	Itanium 2	220.000.000	2003
	Intel	Itanium 2 (mit 9 MB Cache)	592.000.000	2004
	Sony/ IBM/ Toshiba	Cell	241.000.000	2006
	Intel	Core 2 Duo	291.000.000	2006
	Intel	Core 2 Quad	582.000.000	2006
	Intel	Dual-Core Itanium 2	1.700.000.000	2006
	IBM	Power6	789.000.000	2007
	Intel	Core i7	731.000.000	2008
	AMD	K10	758.000.000	2009
	Intel	Core i7 2600K	995.000.000	2010
	AMD	Bulldozer	1.200.000.000	2011
	Intel	Core i7 3930K	2.270.000.000	2011
	Intel	Core i7 4770K	1.400.000.000	2013
	AMD	Kaveri	2.410.000.000	2014
	Intel	E5-2699 v3	5.570.000.000	2014
	Intel	E7-8890 v4	7.200.000.000	2016
	AMD	Ryzen Thread- ripper 1950X	9.600.000.000	2017
	Apple	M2 Ultra	134.000.000.000	2023

Die ZUSE Z3 gilt als der erste funktionsfähige Digitalrechner weltweit und wurde im Jahr 1941 von Konrad Zuse in Zusammenarbeit mit Helmut Schreyer in Berlin gebaut. Die Z3 bestand aus 600 Relais für das Rechenwerk und 1400 Relais für das Speicherwerk.[1] Dieser Rechner markiert den Beginn der in der Literatur oft als Generation 0 bezeichneten Epoche, der auf elektromagnetischer Relaistechnik basierenden Rechenautomaten.[2][3] Im Jahr 1946 wurde der ENIAC (Electronical Numerical Integrator and Computer) unter der Leitung von John Eckert und John Mauchly entwickelt und an der Moore School of Electrical Engineering der Universität von Pennsylvania gebaut. Der ENIAC verfügte über 20 elektronische Register, 3 Funktionstafeln als Festspeicher und bestand aus 18.000 Röhren sowie 1.500 Relais.[4] Der ENIAC gilt als der erste vollelektronische digitale Universalrechner. Bei diesen Rechenautomaten konnte noch keine Rede von einzelnen Prozessoren im späteren Sinne sein.

Der technologische Sprung von der Röhren- zur Transistortechnik hatte einen geringeren Platzbedarf, eine geringere Temperaturentwicklung, eine höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit, eine niedrigere Ausfallquote sowie einen geringeren Stromverbrauch von nur einigen 100 Watt zur Folge. Die Taktfrequenz stieg auf etwa 1 MHz. Durch die fortschreitende Verkleinerung der Transistoren war es bald möglich, immer mehr Transistoren auf integrierten Schaltungen (ICs) unterzubringen. Waren es zunächst nur einzelne Gatter, integrierte man immer häufiger auch ganze Register und Funktionseinheiten wie Addierer und Zähler, schließlich sogar Registerbänke und Rechenwerke auf einem Chip. Diese zunehmende Integration von immer mehr Transistor- und Gatterfunktionen auf einem Chip führte bald zum Mikroprozessor.

Patentiert wurde der Mikroprozessor von Mitarbeitern des US-amerikanischen Unternehmens Texas Instruments (TI), die im Jahr 1971 den TMS1000 genannten Schaltkreis vorstellten. Diese Entwicklung gilt als Meilenstein für den Eintritt in die 4. Generation der Computertechnik.[3] Der TMS1000 enthielt neben einem Hauptprozessor ein 1 KiB großes ROM, ein 64×4-Bit-RAM und weitere Funktionen wie Zähler und Timer sowie Schnittstellen für Eingabe und Ausgabe. Damit gehört der TMS1000 zur Familie der Mikrocontroller.

Im selben Jahr wie TI präsentierte das ebenfalls in den USA ansässige Unternehmen Intel mit dem 4004 den „Mikroprozessor“ (englisch microprocessor unit, MPU), der als erster Hauptprozessor (CPU) auf einem Chip angesehen wird, da TI den TMS1000 erst ab dem Jahr 1974 als eigenständiges Produkt vermarktete. Mit nur 4 Bit breiten Registern und einer Taktfrequenz von bis zu 740 kHz war der 4004 nicht sehr leistungsfähig. Seine im Vergleich mit den klassischen CPUs äußerst kompakte Bauform verhalf dem Mikroprozessor schließlich trotzdem zum Durchbruch. Ursprünglich war der 4004 eine Auftragsentwicklung für den japanischen Tischrechnerhersteller Busicom. Intels Mitarbeiter Ted Hoff formulierte 1969 die architektonische Idee, das Herz dieses Tischrechners in Form eines programmierbaren Bausteins zu realisieren. Im Jahr 1970 entwickelte Federico Faggin eine Schaltkreisintegration auf Grundlage von Transistoren mit einer Gate-Elektrode aus Silizium für die Umsetzung des 4004 und führte das Projekt zu seinem erfolgreichen Debüt auf dem Markt im Jahr 1971. Dass daraus die erste universell einsetzbare Einchip-CPU der Welt resultierte, war eigentlich nicht beabsichtigt. Da Busicom damals in finanziellen Schwierigkeiten steckte, bot man Intel den Rückkauf des 4004-Designs an, woraufhin Intel mit der Vermarktung des 4004 begann. Der 4004 wurde zum ersten kommerziellen Mikroprozessor der Welt.

Eine weitere bemerkenswerte Entwicklung wurde im Jahr 1998 nach der Freigabe militärischer Unterlagen bekannt. Demnach hat Garrett AiResearch (u. a. mit den Mitarbeitern Steve Geller und Ray Holt) bereits zwischen 1968 und 1970 einen Chipsatz (aus mehreren ICs bestehendes System, incl. CPU) für militärische Zwecke entwickelt.[5][6][7][8] Der als MP944 bezeichnete Chipsatz war Bestandteil des Central Air Data Computer (CADC), des Flugkontrollsystems der neuen F-14 Tomcat (US Navy).

Zunächst waren die Schaltungen recht einfach. Die Mikroelektronik brachte neben der Miniaturisierung und der Kostenersparnis weitere Vorteile wie Geschwindigkeit, geringen Stromverbrauch, Zuverlässigkeit und später auch höhere Komplexität mit sich. Das führte dazu, dass vergleichsweise billige Mikroprozessoren mit der Zeit die teuren Prozessoren der Minicomputer und teilweise sogar die Großrechner verdrängten. Gegen Ende des 20. Jahrhunderts hielt der Mikroprozessor Einzug in viele elektronische Geräte, vor allem als CPU von Personal-Computern (PCs). Auch als die Strukturgröße der Mikroprozessorchips auf einige Nanometer weiter verkleinert wurde (14 nm, Stand Januar 2015, Intel Broadwell-Architektur), blieb der Begriff Mikroprozessor bestehen.

Die Wortbreite war wegen der anfangs geringen Integrationsdichte zunächst auf 4 Bit beschränkt. Mit der Zeit wurde die Wortbreite kontinuierlich gesteigert, meistens in Verdopplungsschritten. Da die Ressourcen zu Anfang teuer waren, suchte man nach Wegen, sie optimal an die jeweiligen Erfordernisse anzupassen. Eine Episode auf dem Weg dazu waren Bit-Slice-Systeme, bei denen man mehrere Bit-Slice-Prozessoren geringer Bitbreite zu einem System der gewünschten, größeren Bitbreite zusammenschalten konnte.

Zur Realisierung eines kompletten Computers muss der Mikroprozessor um Speicher und Ein-/Ausgabe-Funktionen erweitert werden. Diese stehen in Form weiterer Chips zur Verfügung. Nur wenige Jahre nach der Einführung von Mikroprozessoren etablierte sich auch der Begriff des Mikrocontrollers, der diese Funktionen auf einem Chip vereint.

Je nach Wortbreite, Befehlstypus (CISC / RISC) und Hersteller unterteilen sich die Prozessoren in verschiedene Prozessorarchitekturen.

RISC-Prozessoren

Intel-i860-RISC-Mikroprozessor

Mitte der 1980er bis in die frühen 1990er Jahre erschienen viele RISC-Mikroprozessoren (englisch Reduced Instruction Set Computing), die anfänglich in spezialisierten Computern und UNIX-Workstations eingesetzt wurden, seither aber universell in den verschiedensten Aufgabengebieten genutzt werden; Intel-Standard-Desktop-Computer sind heute RISC-CISC-Mischformen.

Die erste kommerzielle Architektur stammte von MIPS Technologies, der R2000 (der R1000 wurde nicht verkauft). Der R3000 machte die Architektur erst richtig praktisch, der R4000 schließlich stellte die erste 64-Bit-Architektur der Welt dar. Konkurrierende Projekte brachten die IBM-Power- und Sun-SPARC-Systeme hervor. Bald hatte jeder größere Hersteller ein RISC-Design im Angebot, z. B. den AT&T CRISP, AMD Am29000, Intel i860 und Intel i960, Motorola 88000, DEC Alpha und den HP PA-RISC.

Der Wettbewerb ließ bald die meisten dieser Architekturen verschwinden, wobei IBMs POWER und der davon abgeleitete PowerPC (als die Desktop-RISC-Architektur) und Sun SPARC (nur in Suns eigenen Systemen) blieben. MIPS bietet weiterhin SGI-Systeme an, die Architektur wird aber meist als eingebettetes Design verwendet, z. B. in den Routern von Cisco.

Andere Anbieter konzentrieren sich auf Nischenmärkte, allen voran ARM Limited, welche 1989 aus Acorn ausgegliedert wurde. Acorn war ein Hersteller von RISC-Computern, der mit den auf der Arm-Architektur basierenden Modellserien Acorn Archimedes und Acorn Risc PC als einer der ersten auch auf den Heimcomputermarkt abzielte. ARM konzentriert sich jetzt aber auf Prozessoren (siehe auch ARM-Architektur) für eingebettete Systeme.

Ein Mikroprozessor ist ein Prozessor, bei dem alle Bausteine des Prozessors auf einem Mikrochip vereinigt sind. Die Mikroprozessoren werden aufgrund ihrer unterschiedlichen Anwendungsbereiche an den jeweiligen Einsatzbereich angepasst. Beispielsweise müssen Spezialversionen für Luft- und Raumfahrt besonders hohen Temperaturen und Strahlungsexposition im laufenden Betrieb fehlerfrei standhalten, während Mobilprozessoren eine hohe IPC-Rate, geringe Leckströme und einen niedrigen Energieverbrauch aufweisen müssen. Diesen Bedürfnissen wird auf verschiedene Arten und Weisen Rechnung getragen: So wird bereits mit der Auswahl des Befehlssatzes (CISC oder RISC) eine fundamentale Entwurfsentscheidung getroffen, deren Implikationen in den jeweiligen Spezialartikeln näher erläutert werden. Anschließend wird ein möglichst effizienter Mikrocode entwickelt, der optimal an Randbedingungen wie Cachegrößen, Speicherbandbreite und -latenzen sowie die internen Funktionseinheiten angepasst wird.

Der in einer Hardwarebeschreibungssprache vorliegende logische Entwurf des Mikroprozessors wird sodann an einen Hochleistungscomputer übergeben, der die Leiterbahnen „routet“, d. h., eine optimale Anordnung mit möglichst wenig Transistoren sowie minimaler Verlustleistung zu ermitteln sucht (sogenannte Technology Binding oder Technology Mapping). Da diese Routingprobleme NP-vollständig sind, werden meist nur Näherungslösungen gefunden, die sich im Detail noch erheblich verbessern lassen. Aus diesen Bahnberechnungen werden Masken erstellt, die mittels Fotolithografie zur Belichtung von Wafern eingesetzt werden, die anschließend geätzt werden. Die Fertigung eines heutigen Mikroprozessors umfasst weit über 100 Einzelschritte, in deren Verlauf bereits ein einziger Fehler den gesamten Prozessor unbrauchbar machen kann.

In der Endkontrolle werden die Prozessoren schließlich hinsichtlich ihrer Taktfestigkeit klassifiziert, wobei anhand eines für jeden Prozessortyp individuell entwickelten Testprogramms physikalische Eigenschaften wie Signalpegel bei verschiedenen Takten überprüft werden. Hierbei wird besonders auf laufzeitkritische Signalwege auf dem CPU-Die geachtet, um Speed Paths (Fehler durch Signalverzögerungen) zu verhindern.

Allgemein lässt sich feststellen, dass der Validierungsaufwand moderner Prozessoren gewaltige Ausmaße angenommen hat, und trotz aller Anstrengungen nicht alle Fehlersituationen vor der Auslieferung überprüft werden können. Der letzte in allen Funktionen (und Fehlern!) vollständig verifizierte x86-Prozessor war der 80286. Daher liefern alle Hersteller sogenannte Errata-Listen, in denen entdeckte Fehler verzeichnet werden. So musste beispielsweise Intel den berühmt-berüchtigten FDIV-Bug in frühen Pentium-CPUs eingestehen, der auf mehrere fehlende Einträge in einer internen Lookup-Tabelle der FPU zurückzuführen ist.

Im Laufe der Zeit vergrößerte sich aufgrund der immer besser werdenden Technik die Anzahl der vom Prozessor unterstützten Befehle. Heute finden sich überwiegend 32- und 64-Bit-Prozessoren, wobei die gängigsten Betriebssysteme für den Anwender maximal 64, meist aber nur 32 Bit unterstützen. Daran lässt sich schon erkennen, dass die Software im Falle der Prozessoren der Hardware hinterherhinkt. Die in den 1980er Jahren entwickelten 386er waren die ersten 32-Bit-Prozessoren der Intel 80x86-Familie.

Im Jahre 2006 wurde von der Firma ARM der erste kommerzielle ungetaktete, asynchrone Prozessor vorgestellt, der ARM996HS. Da er ohne Taktung auskommt, weist ein asynchroner Prozessor eine im Hochfrequenzbereich geringere und wesentlich weniger prägnante Abstrahlung auf und verbraucht während Prozesspausen keinen nennenswerten Strom.

Im Zuge immer höherer Integrationsdichten der Halbleiterprozesse haben die Entwickler von CPUs weitere Funktionen in die Hardware integriert. Zu den Einheiten, die früher als separate Chips angeschlossen werden mussten und im Laufe der Zeit in die CPU selbst integriert werden konnten, zählen:

• die Memory Management Unit zur Speicherverwaltung;
• der numerische Coprozessor für schnellere Rechenoperationen mit Gleitkommazahlen;
• Vektorarithmetikeinheiten, insbesondere für schnelle Grafikbearbeitung – bei Intel unter den Namen MMX, SSE und Nachfolger, beim PowerPC als AltiVec bezeichnet;
• Cache-Speicher, zuerst nur der Level 1, heute zusätzlich Level 2 und auch schon Level 3;
• manchmal der Chipsatz (oder Teile davon) zur Ansteuerung des Arbeitsspeichers;
• manchmal ein Grafikchip zur Anzeigesteuerung;
• bis zu 100 Prozessorkerne auf einem Chip (Mehrkernprozessor, Terascale-Prozessor).[12]

Mikrocontroller hingegen haben häufig nur wenige Register und einen eingeschränkten Befehlssatz, bei dem Addition und Subtraktion oft schon die komplexesten Operationen sind. Für einfache Anwendungen, wie die Steuerung einer einfachen Maschine, reicht diese Funktionalität jedoch aus, zumal sich höhere Funktionen durch wenige Basisoperationen implementieren lassen, beispielsweise Multiplikation durch Verschieben und Addieren (siehe Russische Bauernmultiplikation). Dafür integrieren Mikrocontroller vielfältige für Steuerungs- und Kommunikationszwecke erforderliche Peripheriefunktionen, Programm-, Daten- und Arbeitsspeicher mit auf dem Chip.

Im Zusammenhang mit den steigenden Stromkosten wird der Energieverbrauch von Mikroprozessoren zu einem immer wichtigeren Leistungsmerkmal. Dies gilt vor allem für Großrechnern, Rechenzentren und Serverfarmen sowie bei mobilen Geräten wie Smartphones oder Tabletcomputern. Auch außerhalb von Rechenzentren bieten stromsparende Prozessoren Vorteile. Da die Kühler weniger zu tun haben, werden die Rechner auch leiser. Mitunter können die Computer sogar passiv gekühlt werden. Und im Sommer stellt die von einem PC produzierte Wärme in einem Raum ohne Klimaanlage eine Beeinträchtigung für die dort anwesenden Personen dar.

Früher wurden neue Fertigungstechniken (v. a. Strukturverkleinerungen) vor allem zur Steigerung der Frequenz verwendet; mittlerweile werden sie teilweise eingesetzt, um den bisher stetig steigenden Stromverbrauch wieder zu reduzieren:

• Statt immer höherer Taktraten für einen einzigen Rechenkern werden nun bei niedrigerer Frequenz mehrere Rechenkerne in einem Prozessor untergebracht.
• Optimierte Fertigung reduziert Leckströme.

Aktuelle Mehrkernprozessoren können in ihrem Leistungsbedarf je nach Modell zwischen 45 und 140 Watt liegen (TDP). Es werden auch zunehmend Energiesparfähigkeiten eingebaut, um nicht benötigte Komponenten zeitweise langsamer takten zu können oder ganz abzuschalten. Bzgl. des Gesamt-Stromverbrauchs wird i. A. das Race-to-Idle-Prinzip angewandt. Moderne Prozessoren kennen mitunter sogar einen „Turbo-Modus“, um vorhandene Kühlungsreserven voll auszuschöpfen.

Der Stromverbrauch von Prozessoren ist mit weiteren Folgekosten belastet: Der verbrauchte Strom wird in Wärme umgewandelt, diese muss durch den Lüfter aus dem Rechner abtransportiert werden. Höherer Verbrauch erfordert stärkere Lüfter, die ebenfalls mehr Strom verbrauchen. Ist der Aufstellungsort des Rechners selbst ein klimatisierter Raum, wird auch die Klimaanlage dadurch zusätzlich belastet. Dabei kann man abhängig von der Leistungszahl des Kühlgerätes mit ca. 25–40 % Zusatzverbrauch rechnen, d. h. ein 300-W-PC belastet die Klimaanlage mit 75–120 W höherem Leistungsbedarf. Auch das Netzteil des Rechners muss eventuell größer ausfallen. Ist der Rechner an eine USV angeschlossen, so hat diese abhängig von ihrem Wirkungsgrad ebenfalls einen höheren Eigenverbrauch. Bei vielen Rechnern an einem Ort können auch zusätzliche Investitionskosten für größere Klimaanlagen und größere USV-Anlagen anfallen. Server laufen meist 24 Stunden am Tag, sieben Tage die Woche, also insgesamt 8760 Stunden im Jahr. Um die Energiebilanz von EDV-Systemen zu verbessern, werden unterschiedliche Lösungswege verfolgt. Es wird angestrebt, die Effektivität der Kühlung zu erhöhen (Beispiel: Air Guide), als auch die abgegebene Wärme zu nutzen (Beispiel: Aquasar).

Moderne CPUs werden – je nach Auslastung – während des Betriebs sehr heiß. Je nach Modell und Hersteller werden pro Quadratzentimeter Verlustleistungen von bis zu 125 Watt erreicht (aktuelle Quadcores). Zum Vergleich: Die 18-cm-Kochplatte eines üblichen Elektroherds erreicht gerade einmal 7–10 W/cm².

CPUs dürfen aber, wie alle Halbleiter, bestimmte Betriebstemperaturen nicht überschreiten, da das zunächst zu Fehlfunktionen („Abstürze“), in extremen Fällen zur Zerstörung des Chips führt (wird bei neueren Prozessoren durch Überhitzungsschutz verhindert). Übliche Grenztemperaturen für den Betrieb liegen zwischen 60 und 90 °C. Temperaturen über etwa 125 bis 135 °C führen zu irreversiblen Schäden. Prozessoren müssen also zwingend gekühlt werden, wobei ein gewisser Sicherheitsabstand zu den vom Hersteller angegebenen Höchstwerten erstrebenswert ist.

Der gängigste Weg, die Kühlung der CPU sicherzustellen, ist die Montage eines Kühlkörpers mit Lüfter. Der verrippte Kühlkörper aus Aluminium oder Kupfer (teilweise kombiniert) vergrößert die Fläche, die zur Wärmeabgabe beiträgt, um ein Vielfaches, der Lüfter soll für einen zügigen Abtransport der Verlustwärme sorgen. Die Bemessung der Kühlung erfolgt häufig nicht nach der theoretisch maximal möglichen Verlustleistung, sondern aus Kostengründen nach der Thermal Design Power (TDP), die deutlich niedriger liegt.

Zwischen Prozessor und Kühlkörper wird Wärmeleitpaste oder ein Wärmeleitpad eingesetzt. Durch Unebenheiten und Rauheit verbleiben zwischen Chip und Kühlkörper Lufteinschlüsse, die den Wärmetransport behindern, die Pasten oder Pads verdrängen diese Luft und verbessern den Wärmeübergang erheblich.

Als Lüfter für den CPU-Kühler werden fast ausschließlich Axiallüfter mit Durchmessern zwischen 40 und 140 mm eingesetzt. Insbesondere kleine Exemplare erreichen Drehzahlen von bis zu 6500/min und können dabei eine erhebliche Geräuschkulisse erzeugen. Die Lüfter werden heute an die Hauptplatine angeschlossen, so dass die Drehzahl überwacht und bei vielen modernen Hauptplatinen auch elektronisch geregelt werden kann.

Als Alternativen zur Luftkühlung gibt es noch die Wasserkühlung für leistungsstarke oder relativ leise Rechner, bei der Wasser inner- oder außerhalb des Rechners in einem Radiator (teilweise auch ohne Lüfter) gekühlt wird und dann mit Hilfe einer Pumpe durch das Gehäuse und an zu kühlenden Objekte wie CPU, manchmal auch zusätzlich an RAM, Chipsatz, Grafikprozessor etc. geleitet wird. Insgesamt ist eine Wasserkühlung aufwändiger, teurer und zumeist wartungsintensiver als eine Luftkühlung. Als erster Computerhersteller verbaute Apple in ihren Power Mac G5 Topmodellen eine standardisierte Wasserkühlung. Zuvor wurden Wasserkühlungen meist nur von Bastlern mit übertakteten Prozessoren in Eigeneinbau verwendet.

Im Industriebereich wird auch Flüssigstickstoffkühlung eingesetzt, die allerdings extrem aufwändig ist. Um flüssig zu sein, muss der Stickstoff auf −196 °C gekühlt werden, was große Kühlaggregate erfordert. Wegen der sehr niedrigen Temperatur im Rechner müssen Hauptplatine und andere Objekte wieder von der Rückseite erwärmt werden, damit sie ordnungsgemäß funktionieren. Diese Technik ist sehr schwierig realisierbar, die Betriebs- und Instandhaltungskosten sind meist höher, als mehrere einzelne Prozessoren parallel zu betreiben. Allgemein gilt es als nicht sinnvoll, eine CPU auf weniger als +10 °C herunterzukühlen, da sonst die Kosten zu hoch werden. Auch haben alle elektronischen Bauteile eine Mindestbetriebstemperatur und an zu stark gekühlten Bauteilen kann sich Kondenswasser niederschlagen, was unbedingt vermieden werden muss.

Flüssigstickstoffkühlung ist jedoch als kurzfristige Lösung zur Aufstellung von neuen Taktfrequenz- und Benchmarkrekorden sinnvoll. Dafür sind auch keine Kühlaggregate notwendig, der Stickstoff wird einfach aus der Flasche nachgefüllt und verdampft. In diesem Fall entfällt auch die Erwärmung der Rückseite, weil die Komponenten während der kurzen für einen Rekordversuch nötigen Zeit meistens auch ohne derartige Maßnahmen funktionsfähig bleiben.

Prozessorkühler für Sockel 775 (Intel Pentium D) mit Heatpipe im Vergleich zu einem Kühler für den Sockel 7 (Intel Pentium 1 MMX)

Einzelne Hersteller verwenden auch Kompressionskältemaschinen. Diese funktionieren ähnlich wie ein Kühlschrank: Ein Kühlmittel wird stark unter Druck gesetzt und die dabei entstehende Wärme abgeführt, beim Ausgleich auf Normaldruck kühlt es weiter ab und kühlt so auch seine Umgebung, sprich Prozessor oder andere Geräte. Diese Lösung wird vor allem bei übertakteten Workstations verwendet, hat aber den Nachteil, auch die Geräuschkulisse eines Kühlschranks zu erzeugen.

Eine weitere Möglichkeit zur Zwangskühlung der CPU bietet das Peltier-Element. Auch hier ist die Gefahr der Bildung von Kondenswasser gegeben. Zudem erzeugt ein Peltier-Element wegen des geringen Wirkungsgrades mindestens noch einmal die gleiche Verlustleistung wie der Prozessor selbst, die zusätzlich abgeführt werden muss. Die „warme“ Seite muss also auch hier per Wasserkühlung oder Kühlkörper mit Lüfter gekühlt werden.

Auch durch den Einsatz einer Ölkühlung kann Wärme abgeführt werden, im PC-Bereich wird dies allerdings bisher nur im experimentellen Umfeld durchgeführt. Für eine Ölkühlung werden meistens keine speziellen Lüfter oder Kühleinrichten an der CPU installiert, sondern einfach das gesamte Motherboard mit installiertem Lüfter in eine Wanne voll Öl getaucht. Hierzu bietet sich nicht leitfähiges, reinstes Mineralöl an.

Die ersten von einem Hersteller produzierten CPUs werden, ähnlich einem Prototyp, als „Engineering Sample“ oder „Confidential CPU“ an ausgewählte Firmen oder Tester verteilt. Es handelt sich grundsätzlich um voll funktionsfähige Prozessoren, die dem späteren Endprodukt meist in nichts nachstehen. Solche CPUs sind üblicherweise im Handel nicht erhältlich. Erkennbar sind solche CPU-Versionen am Kürzel „ES“ oder dem Aufdruck „Confidential“.
Zudem wurden, zumindest in der Vergangenheit von Intel, Prozessoren und ganze Chip-Sätze in „University-Kits“ abgegeben. Die dort enthaltenen Chips hatten den Aufdruck „CS“ und waren in der Regel am Keramikgehäuse beschädigt, vielfach war der Aufdruck schlecht (verrutscht, verschmiert, dubliert).
Zu beachten ist, dass die Buchstabenkombination ES oder CS nicht immer Engineering oder Customer Sample bedeuten muss, oftmals ist es auch der Batch-Code oder eine Revisionsbezeichnung.

• 
  Intel Mobile Pentium 4 mit dem Aufdruck Confidential
• 
  Intel Pentium MMX 166 MHz mit dem Aufdruck ES (sSpec: Q019)
• 
  AMD Turion 64 X2 mit dem Aufdruck AMD ENG SAMPLE
• 
  AMD Mobile Athlon XP mit dem Aufdruck Engineering Sample
• 
  IDT WinChip (Marketing Sample)

• Liste von Mikroprozessoren

• Thomas Flik: Mikroprozessortechnik und Rechnerstrukturen. Springer-Verlag, Berlin / Heidelberg 2004, ISBN 3-540-22270-7.
• Michael S. Malone: Der Mikroprozessor. Eine ungewöhnliche Biographie. Springer-Verlag, Berlin / Heidelberg 1995, ISBN 3-540-60514-2.
• Thomas Beierlein, Olaf Hagenbruch: Taschenbuch Mikroprozessortechnik. 3. Auflage. Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, Leipzig 2004, ISBN 3-446-22072-0.
• Klaus Wüst: Mikroprozessortechnik: Grundlagen, Architekturen und Programmierung von Mikroprozessoren, Mikrocontrollern und Signalprozessoren. Vieweg und Teubner, 2008, ISBN 978-3-8348-0461-7.
• Dieter Wecker: Prozessorentwurf. 2. Auflage. De Gruyter Oldenbourg-Verlag, 2015, ISBN 978-3-11-040296-4.

• Die Megamacht der Mikrochips. Regie: Nicolas Vescovacci, Produktion BABEL PRESS, ARTE F, Frankreich, 52 Minuten, 2023

Wiktionary: Mikroprozessor – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Commons: Mikroprozessoren – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• 25 Microchips that shook the world. Institute of Electrical and Electronics Engineers (englisch) – über die Geschichte der Mikroprozessoren
• Visualisierung verschiedener Adressierungsarten (Adobe Flash)
• Virtuelles Museum für CPU-Bilder (englisch)

1. Konrad Zuse: Der Computer – Mein Lebenswerk. 5., unveränd. Auflage. Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg 2010, ISBN 978-3-642-12095-4, S. 55 (100 Jahre Zuse).
2. Friedrich Naumann: Vom Abakus zum Internet. E-Sights Publishing, 2015, ISBN 978-3-945189-42-9, S. 134.
3. Gerd Küveler, Dietrich Schwoch: Informatik für Ingenieure und Naturwissenschaftler 1. Vieweg+Teubner, Wiesbaden 2009, ISBN 978-3-8348-0460-0, S. 4.
4. Wilfried de Beauclair: Rechnen mit Maschinen. Eine Bildgeschichte der Rechentechnik. 2. Auflage. Springer, Berlin Heidelberg New York 2005, ISBN 3-540-24179-5, S. 111–113.
5. Manuel Jiménez: Introduction to Embedded Systems. Springer Science & Business Media, 2013, ISBN 978-1-4614-3143-5, S. 3 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
6. Ray M. Holt: World’s First Microprocessor Chip Set. Ray M. Holt website, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 25. Juli 2010; abgerufen am 25. Juli 2010.
7. World’s First Microprocessor. In: firstmicroprocessor.com. 21. April 1998, abgerufen am 9. August 2015.
8. Jivan S. Parab, Vinod G. Shelake, Rajanish K. Kamat, Gourish M. Naik: Exploring C for Microcontrollers: A Hands on Approach. Springer, 2007, ISBN 978-1-4020-6067-0, S. 4 (ee.sharif.edu [PDF]). ee.sharif.edu (Memento des Originals vom 20. Juli 2011 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/ee.sharif.edu
9. Hollis Blanchard: PowerPC assembly – Introduction to assembly on the PowerPC. In: IBM Developer – Linux. 30. Juni 2002, abgerufen am 7. Oktober 2022 (englisch): „The PowerPC Architecture Specification, released in 1993, is a 64-bit specification with a 32-bit subset.“
10. Lennart Sorensen: Re: Performance difference 32 bit/64bit userland. (E-Mail) In: Debian Mailing Lists. 7. Februar 2017, abgerufen am 7. Oktober 2022 (englisch): „x86 is different. AMD did a nice job fixing a lot of mistakes in x86 as part of designing the 64 bit version of x86. The big changes are to double the number of registers, since the x86 has always been terribly register starved. This alone accounts for most of the performance improvements you see on 64 bit x86. … Most architectures other than x86 loose a bit of speed in 64 bit mode compared to 32 bit mode unless they make other architectural improvements at the same time (as x86 did).“
11. Christoph Biedl: Performance difference 32 bit/64bit userland. (E-Mail) In: linux.debian.ports.powerpc. Google Groups, 17. Februar 2017, abgerufen am 7. Oktober 2022 (englisch): „… two hosts with identical hardware (LPARs on IBM POWER): [1] powerpc (64 bit kernel, 32 bit userland) [2] ppc64 (64 bit kernel, 64 bit userland) … Now the surprise: Using the 32 bit userland, CPU bound operations like gzip or xz are significantly faster (5 to 10 percent).“
12. From a Few Cores to Many: A Tera-scale Computing Research Overview. (PDF) IBM, 2006, abgerufen am 17. August 2013.