Niedawno słyszałem, że AMD wypuściło nową serię procesorów FX Vishera, które działają przy 5 GHZ. Moje pytanie brzmi, czy istnieje górna granica częstotliwości taktowania procesora? Czy możemy stale zwiększać częstotliwość taktowania? Jakie problemy elektryczne napotkamy przy wyższych częstotliwościach zegara?
microprocessor
clock-speed
Torsten Hĕrculĕ Cärlemän
źródło
źródło
Odpowiedzi:
EDYCJA : To pytanie doprowadziło do długich dyskusji. Ważne jest, aby zrozumieć, że fakt, że prędkości procesorów nie rosły w ciągu ostatnich lat, jest związany z aspektami komercyjnymi i nie jest bezpośrednio związany z jakimkolwiek problemem inżynieryjnym lub fizycznym. Możesz sprawdzić to łącze pod kątem najwyższych częstotliwości osiągniętych przy użyciu istniejących procesorów przez podkręcanie i przechładzanie.
Od czasu wynalezienia pierwszego komputera i aż do początku 2000 roku głównym parametrem każdego procesora była jego częstotliwość (maksymalna częstotliwość działania). Producenci próbowali wymyślić nowe technologie, które pozwolą na wyższe częstotliwości, a projektanci układów bardzo ciężko pracowali nad opracowaniem mikrostruktur, które pozwolą układowi pracować na wyższych częstotliwościach.
Ponieważ jednak chipy stawały się coraz mniejsze i szybsze, pojawił się problem rozpraszania ciepła - gdy nie można było rozproszyć całej ilości ciepła generowanego przez przełączanie tranzystorów, chipy uległy uszkodzeniu. Inżynierowie zaczęli podłączać radiatory do procesorów, a następnie wentylatorów, ale ostatecznie doszli do wniosku, że podejście polegające na zwiększaniu częstotliwości procesora nie jest już praktyczne pod względem dodatkowej wydajności w stosunku do dodatkowego kosztu.
Innymi słowy: częstotliwości procesorów można zwiększyć, ale to powoduje, że procesory (w rzeczywistości nie procesory, ale mechanizmy chłodzenia) są zbyt drogie. Konsumenci nie kupią drogich komputerów, jeśli istnieje alternatywa .
Ogólnie rzecz biorąc, obecne procesy technologiczne pozwalają na działanie bardzo wysokich częstotliwości (znacznie powyżej ~ 3GHz, z których zwykle korzysta Intel, a nawet 5 GHz AMD nie jest pułapem). Jednak łączny koszt urządzeń chłodzących, które są wymagane przy tych wysokich częstotliwościach, jest zbyt wysoki.
Chciałbym to podkreślić: nie ma efektu fizycznego, który uniemożliwiałby rozwój procesorów 8-10 GHz z obecną technologią . Musisz jednak zapewnić bardzo drogi mechanizm chłodzenia, aby zapobiec wypaleniu się takiego procesora.
Co więcej, procesory zwykle pracują w trybie „impulsowym” - mają bardzo długie okresy bezczynności, po których następują krótkie, ale bardzo intensywne (a zatem bardzo energochłonne) okresy. Inżynierowie mogliby zbudować procesor 10 GHz, który działa na najwyższych częstotliwościach przez krótki czas (i nie jest wymagane dodatkowe chłodzenie, ponieważ okresy są krótkie), ale to podejście również zostało odrzucone jako bezwartościowe (wysokie inwestycje w rozwój w porównaniu z wątpliwymi zyskami ). Jednak po przyszłych ulepszeniach mikrotechnicznych podejście to można ponownie rozważyć. Wierzę, że ten procesor AMD 5GHz nie pracuje stale przy 5GHz, ale podnosi swój wewnętrzny zegar do maksimum podczas krótkich serii.
LIMIT FIZYCZNY: Istnieje fizyczny limit maksymalnej możliwej do osiągnięcia częstotliwości taktowania dla każdej technologii procesowej (która zależy od minimalnego rozmiaru funkcji technologii), jednak myślę, że ostatnim procesorem Intela, który został naprawdę przesunięty do tego limitu, był Pentium 4. To znaczy że dzisiaj, gdy technologia postępuje, a minimalny rozmiar funkcji jest zmniejszony (tymczasem zgodnie z prawem Moore'a), jedyną korzyścią z tego ograniczenia jest to, że można dopasować więcej logiki w tym samym obszarze (inżynierowie nie przekraczają już częstotliwości procesorów do granic możliwości technologii).
BTW, powyższy limit nie może wzrosnąć na zawsze. Przeczytaj o prawie Moore'a i problemach związanych z jego dalszym użytkowaniem.
źródło
Istnieją ograniczenia fizyczne.
Częstotliwość procesora jest ograniczona przez:
Załóżmy, że masz mnożnik i rejestr na CPU. Niektóre zmienne wejściowe są mnożone, a następnie przechowywane w rejestrze.
Sygnał elektryczny potrzebuje czasu, aby przejść przez linie sygnałowe i tranzystory.
Jeśli nadmiernie zwiększysz częstotliwość taktowania, mnożenie nie zakończy się, gdy nadejdzie następny cykl. I możesz użyć wyniku mnożenia w następnej instrukcji!
Jeśli więc procesor jest mniejszy, możesz ustawić na nim wyższą częstotliwość.
Zobacz także: Opóźnienie propagacji Wąskie gardło
źródło