Chip binning: qué es y por qué se hace

Actualizado a: 19 de enero de 2024

Tal vez hayas leído o escuchado alguna vez el concepto binning de productos, y quizás no sepas lo que es. Es un tipo de categorización o agrupamiento de productos terminados en función de sus características. Se puede aplicar a multitud de campos, como la minería de materiales, la recolección agrícola, o la fabricación. De esta forma, se pueden agrupar según las calidades que tengan y modificar sus precios en el mercado.

Esto permite a nivel económico un mejor aprovechamiento de los recursos y una mayor variedad de mercado, e incluso se reducen los desperdicios. Y, como debes saber, también se aplica en el ámbito de los semiconductores, para los chips como CPU, GPU, SDRAM, Flash NAND, etc. Por eso en este tutorial te explicaremos todo lo que debes saber sobre este tema.

De hecho, aunque aún no lo sabes, cuando compras un chip es un poco como una «lotería de silicio», nunca sabes cuál es el que te va a tocar…

¿Qué es el binning?

El binning es un proceso de clasificación en el que los chips de un wafer, que son iguales, se catalogan según sus cualidades, generalmente por partes funcionales o por frecuencia de reloj a la que se mantienen estables. Ten en cuenta que aunque los cientos de chips que se fabrican en una oblea se hacen por igual, durante los procesos de fabricación pueden darse algunos defectos que hace que no sean exactamente idénticos.

Todos los chips de esa oblea se hacen para funcionar al máximo rendimiento o con las máximas prestaciones. Sin embargo, como ya he comentado, el proceso de fabricación nunca es perfecto, especialmente dada la increíble precisión necesaria para producir chips. Pero, aunque no puedan rendir al máximo o tener todas las prestaciones que se busca, se puede hacer trabajar en condiciones inferiores.

Como he dicho, esto es aplicable también a otros chips como GPUs, chips de memoria, etc., y no solo lo hace Intel, sino que también lo hacen el resto de fabricantes. Sin embargo, en este ejemplo he cogido a Intel para explicar el binning…

Te lo explico mejor con un ejemplo. Imagina que Intel va a fabricar su Core i9-10900K, el cual tiene 10 núcleos, 20 threads, 3.7 Ghz de frecuencia de reloj, y 4.8 Ghz en modo turbo para todos los núcleos y 5.1 para el turbo de los más veloces. Además, cuenta con 20 MB de memoria caché L3 y un TDP de 125w, así como un voltaje de funcionamiento de 1.1v aproximadamente.

Pues bien, Intel no diseña varias CPUs diferentes, solo diseña la microarquitectura, en este caso la de 10ª Gen Comet Lake y fabrica cientos de obleas en la fábrica para producir solo este tipo de chip. Esto reduce mucho los costes de diseño, ya que no tendrán que dividir recursos para hacer varios chips diferentes, sino solo uno único. Además, la fabricación también se simplifica, puesto que siempre se hacen las obleas iguales, con idénticos pasos de producción.

Llegados a este punto, seguro que te estarás preguntando que entonces cómo es posible que Intel venda también Core i9 con otros SKUs, e incluso Core i7, Core i5, etc. Pues bien, aquí es donde el binning hace su magia. Pero, primero, vamos a ver la variedad de chips que Intel ofrece de esta generación en la siguiente tabla:

Hago un paréntesis para recordarte algo, y es otro término importante en la industria de los semiconductores es yield, es decir, el rendimiento por oblea es vital para lo costes de producción, más aún con el incremento de la complejidad de los chips. De esta forma, se puede hacer que el yield crezca, aprovechando más cantidad de chips. De lo contrario, se desperdiciarían muchos más, y los fabricantes los tendrían que vender a precios aún más caros.

Por ejemplo, imagina que tienes un wafer donde se fabrican 300 dies o chips de este Intel Core, y que de esos 300 algunos no sirven en absoluto, tienen defectos muy importantes que evitan que funcionen. Imaginando que de esos 300 tenemos 44 que no funcionan, esto daría como resultado que 256/300=0.85 de yield, lo que es un 85% de rendimiento. Es decir, el 85% de los chips funcionarían y se podrían vender. Los que no pasan las pruebas realizadas a nivel de wafer, dice, packaging y burn-in, son desechados. Y nos quedamos solo con los funcionales.

Ahora, volviendo al proceso del binning, hay que señalar que de todos esos 256 funcionales, no todos pueden rendir igual. En las diferentes etapas de fabricación puede haber ciertas imperfecciones en los patrones, en la concentración de impureza, en las interconexiones, en los transistores formados, que haya resíduos o suciedad en alguna de las capas, etc. En definitiva, muchas variables que hacen que todos los chips no se comporten igual en el lote.

Y gracias al binning, todos ellos se pueden aprovechar. ¿Cómo? Pues veamos nuevamente la tabla anterior de chips de Intel Commet Lake. Recapitulando, hemos dicho que todos los chips del wafer tienen como objetivo ser Intel Core i9-10900K, y que ya hemos desechado todos aquellos chips que no funcionan, quedándonos solo con los funcionales. Pero, entre ellos, no todos tendrán la misma suerte.

Una de las pruebas que se hace chip a chip es una curva de voltaje y frecuencia. Se aplica un voltaje, empezando por uno bajo e incrementándolo, y se ponen a trabajar a una frecuencia determinada para la que hayan sido diseñados. Tal vez esta oblea se haya hecho para funcionar a 5.2 Ghz, sin embargo, no todos los chips podrán funcionar a esa frecuencia. Con la frecuencia se hace lo contrario que con los voltajes, se comienza por el tope máximo y se va bajando en las pruebas.

Con ello se consigue una idea de los chips que pasan las pruebas a diferentes voltajes y frecuencias y los que son inestables y no pueden pasarlas, como se puede ver en la gráfica anterior. Y aquí es donde comienza el binning a funcionar. De todos los chips que pueden trabajar a una cierta frecuencia y voltaje, se marcarán como Intel Core i9-10900K a 3.7 Ghz, que serán los «pata negra», por decirlo de algún modo.

No siempre se alcanza la velocidad máxima para la que se diseñó, por eso deja margen para el overclocking. Por ejemplo, si hemos dicho que esta oblea podría teóricamente funcionar a 5.2 GHz, y se bajan las frecuencias hasta 3.7 Ghz por temas de estabilidad y garantizar el buen funcionamiento, si te ha tocado en la «lotería del silicio» el chip «pata negra» que puede llegar a 5.2 Ghz de forma estable, podrás acelerarlo a esa velocidad aumentando un poco el voltaje sin problemas. En cambio, si te ha tocado un chip que tiene algún tipo de tara, al realizar el OC será inestable y tendrás que volver atrás o no podrás subir tanto como a 5.2 Ghz.

Así es como el binning iría catalogando otros chips de esta oblea como Intel Core i9-10900 limitado a 2.8 y al no ser K eso quiere decir que está bloqueado contra overclocking, porque tal vez han comprobado que es inestable más allá de eso.

Ahora bien, aún no hemos resuelto el misterio de qué pasaría con otras marcas de procesadores como los Celeron, Pentium, Core i3, Core i5, o Core i7 de esa misma microarquitectura Commet Lake. Pues bien, aquí es donde el binning sigue haciendo su trabajo. Los chips en los que 2 de los núcleos no sean funcionales, se desactivan de fábrica y se les deja solo 8 activos, entonces esos se renombran o se marcan como Intel Core i7. Y dentro de los SKUs, se pueden tener diferentes frecuencias según los resultados de las curvas v/f.

Los chips que tengan 4 núcleos que no sean funcionales, se les desactivan esos cuatro y se dejan solo 6 activos, por lo que tenemos un Intel Core i5. Y así con el Intel Core i3, o con el Pentium y Celeron, que éstos dos últimos son, digamos, los chips menos agraciados…

Si te preguntas por cómo desactivan los núcleos, generalmente lo hacen físicamente, con corte de ciertas líneas por láser.

Ahora bien, no todos los productos de una misma marca se fabrican en el mismo wafer. Por ejemplo, los Intel Xeon se fabrican en otras obleas, ya que son chips diferentes. Sin embargo, dentro de estas obleas también se realiza binning, y así es como salen todas las variantes del Intel Xeon. En AMD pasaría algo parecido, mientras los Athlon, Ryzen 3, Ryzen 7 y Ryzen 9 estén fabricados con el mismo tipo de chip, no es así en los Threadripper y EPYC, que son diferentes.

Por otro lado, ahora que Intel sigue los pasos de AMD con chiplets o MCM, hay que decir que el binning también se sigue aplicando de la misma forma. Solo que en cuestión de recuento de nucleos, irían en chips separados. Por ejemplo, un AMD Ryzen 9 de 16 núcleos podría tener dos chips CCD + el IO, mientras que un Ryzen 7 tendría solo un CCD con 8 núcleos. Los CCDs con núcleos defectuosos, por ejemplo con 6 activos, serían los Ryzen 5, y así…

Creo que con este ejemplo lo has entendido bastante bien. En el caso de otros tipos de chips pasaría algo parecido. Por ejemplo, los chips de memoria RAM SDRAM, habrá algunos que puedan trabajar a más o menos frecuencia, por lo que así es como se pueden agrupar en módulos con distintas frecuencias. En el caso de una memoria flash NAND, también podemos tener distintas capacidades o prestaciones. Las GPUs lo mismo, no todas podrán trabajar a la misma frecuencia de reloj, y no todas tendrán tantos núcleos de procesamiento funcionales…

Debes saber que todos los chips de una misma generación pueden no ser iguales. Esto es lo que se conoce como Stepping. Y es que las empresas podrían introducir pequeñas mejoras conforme van aprendiendo durante la fabricación de obleas para mejorar ciertas cosas. Es decir, que un Intel Core i9-10900K del principio de su lanzamiento, podría ser ligeramente diferente a un Intel Core i9-10900K que compres pasado un tiempo…

El stepping se identifica en programas como CPU-Z o similares donde verás cosas como A1, A2, B1, B2, etc. Eso es el código del stepping. Cuando se cambia la letra, suele indicar que se han hecho modificaciones en las capas metálicas de interconexión del chip. En cambio, una modificación en el número significa otros cambios menores. Generalmente

Así es como funciona la industria de los semiconductores. Se puede decir que el «binning» es el arte de venderte aquello que de otra manera se tendría que desechar…

Cómo el binning puede afectar el overclocking

Para cualquiera que no haga overclocking en su CPU, el binning no tiene un impacto notable. Las especificaciones que ves en la caja o en la descripción del producto que compras son las que obtendrás. Sin embargo, para los que hacen overclocking, el binning sí que es importante por lo que he comentado anteriormente, con esa «lotería del silicio», ya que si no te toca un chip «pata negra», no podrás acelerarlo tanto.

Por eso las firmas han querido contentar a los amantes del OC lanzando versiones desbloqueadas que pueden llegar a mayores frecuencias de reloj sin mostrar inestabilidad. Son los marcados con una K en el caso de Intel o con una X en el caso de AMD. Sin embargo, el fabricante no especifica dentro de los modelos K o X cuáles pueden llegar a mayores frecuencias. En el pasado aparecieron algunos reclamos para overclockers como las Black Edition o similares, que eran chips seleccionados que podían alcanzar los máximos de frecuencias. Actualmente te la juegas, elijes un K o X y tienes que ir probando para ver hasta dónde puede llegar subiendo poco a poco la frecuencia…

Por otro lado, hay que decir que el binning también afecta a la cantidad de núcleos, como has podido ver en el apartado anterior, y muchos usuarios también se preguntan si al igual que la frecuencia, se puede hacer algo por resucitar esos núcleos inactivos…

¿Se pueden activar núcleos desactivados?

Bien, para responder a esta pregunta hay primero que defindir a qué tipo de núcleo nos estamos refiriendo.

Núcleos físicos

Si se trata de un núcleo físico o core, entonces la respuesta rápida es no. No puedes activar estos núcleos que están desactivados de fábrica. En el pasado era común en algunos productos hacer algunas soldaduras, mediante la configuración del firmware o BIOS/UEFI, y algunas modificaciones para poder activar nuevas características que el fabricante bloqueaba. Ahora no, puesto que se suelen cortar por láser como he dicho o se suelen anular mediante fusibles.

Desde ciertos softwares de control de AMD, Intel, etc., lo que sí se permite es habilitar o deshabilitar algunos núcleos que sí están activos de fábrica, por temas de consumo si se desea. Pero no podrás recuperar los que han sido desactivados físicamente en fábrica. Además, si han sido desactivados por el binning, es porque algo les ocurre, y tal vez incluso si pudieras activarlos no funcionarían.

Núcleos lógicos

En el caso de los núcleos lógicos, es decir, los threads o hilos, en los que se divide cada núcleo físico, en ese caso sí que se puede hacer algo, ya que en algunos BIOS/UEFI se permite habilitar o deshabilitar el multihilo (SMT en el caso de AMD o HyperThreading en el caso de Intel). Sin embargo, nuevamente tenemos que en aquellos procesadores donde el multithreading no está activo, como algunos Athlon o Celeron, no te dará esta posibilidad de activarlos.

Generalmente, si está permitido desde le firmware, entonces tan solo tendrás que acceder a tu BIOS/UEFI y luego buscar menús tipo Advanced, CPU Configuration, CPU Core Settings, Systems Configurations, etc., ya que varía en función del fabricante.

Desde allí tan solo tendrás que habilitar (Enabled) o deshabilitar (Disabled) esta tecnología SMT o HT…

Conclusión

Como ves, la industria de los semiconductores es bastante compleja. Y se usan maquinarias de fabricación y procesos muy costosos. Por eso, para que la fabricación en masa de chips sea rentable, tienen que fabricarse en el mayor número posible (todos iguales) y en procesos posteriores de pruebas, ir remarcándolos con las diferentes marcas y SKUs en los que se venderán.

Por tanto, para concluir, te resumo qué es lo que se consigue con este procedimiento de binning para que tengas el concepto aún más claro:

• La fabricación de chips no es perfecta, por lo que en una oblea pueden aparecer pequeños defectos que hagan que todos esos chips no puedan funcionar, o que los que funcionen no lo hagan de forma igual a los otros. Es decir, algunos chips, aunque se fabriquen con intención de que sean idénticos, no funcionarán igual.
• Todos los fabricantes de chips importantes, y fabless, como Intel, NVIDIA, AMD, etc., hacen este tipo de procedimientos de binning en sus productos. Solo que en el caso de ser un IDM como Intel o Samsung se hace en la propia fábrica, y en el caso de ser una fabless el binning lo realizará la foundry que se haya contratado para fabricar los chips, por ejemplo, en el caso de NVIDIA y AMD el binning lo llevará a cabo TSMC.
• Anteriormente no lo he comentado, pero en algunos casos también se pueden desactivar otras partes. Por ejemplo, en el pasado era común que los Intel Pentium con problemas en la memoria caché, que era uno de los componentes que mayor área ocupaba, se desactivase parte de ella y se vendiese como Celeron. O en algunas APUs de AMD donde la GPU integrada no es funcional, se podrían revender como una CPU desactivando la GPU. No obstante, ten en cuenta que ahora AMD ha sacado la GPU de sus chips monolíticos y la aloja dentro del chip IO.
• El binning está destinado a beneficiar a los fabricantes en primer lugar, pero también a los compradores, ya que ofrecen una mayor variedad de productos y precios para satisfacer las distintas necesidades.
• Además, también mejora el rendimiento de la oblea, o yield, ya que se pueden vender más cantidad de chips que si no se hiciese este binning y solo se vendiesen los chips 100% funcionales y con las mejores prestaciones.