Czy szybkość procesora już złamała prawo Moore'a?

Pamiętam, że około 1995 roku miałem komputer z prędkością procesora 75 MHz.

Następnie kilka lat później około 1997 r., Mając jeden, który wynosił 211 MHz.

Następnie kilka lat później około 2000 r. Z częstotliwością 1,8 GHz, a następnie około 2003 r. Z częstotliwością około 3 GHz.

Teraz prawie 8 lat później są one nadal maksymalne przy 3 GHz. Czy to z powodu prawa Moore'a?

Po pierwsze, pamiętaj, że prawo Moore'a nie jest prawem, to tylko obserwacja. I nie ma to nic wspólnego z prędkością, i to nie bezpośrednio.

Pierwotnie była to tylko obserwacja, że ​​gęstość komponentów prawie się podwaja w każdym [okresie], to wszystko, nie ma nic wspólnego z prędkością.
Jako efekt uboczny skutecznie sprawiał, że rzeczy były zarówno szybsze (więcej rzeczy na tym samym chipie, odległości są bliższe), jak i tańsze (potrzeba mniejszej liczby chipów, więcej chipów na płytkę krzemową).

Istnieją jednak ograniczenia. Ponieważ projektowanie układów odbywa się zgodnie z prawem Moore'a, a komponenty stają się mniejsze, pojawiają się nowe efekty. Gdy komponenty stają się mniejsze, stają się one większe w stosunku do ich wielkości, a prąd wycieka, dlatego trzeba pompować więcej prądu do układu. W końcu tracisz wystarczająco dużo soku, aby rozgrzać chip i marnować więcej prądu, niż możesz użyć.

Chociaż nie jestem pewien, jest to prawdopodobnie obecne ograniczenie prędkości, że komponenty są tak małe, że trudniej jest zapewnić stabilność elektroniczną. Są nowe materiały, które mogą temu pomóc, ale dopóki nie pojawi się jakiś szalenie nowy materiał (diamenty, grafen), zbliżymy się do surowych ograniczeń prędkości MHz.

To powiedziawszy, CPU MHz nie jest prędkością komputera, tak jak moc nie jest prędkością dla samochodu. Istnieje wiele sposobów na przyspieszenie działania bez szybszego górnego numeru MHz.

PÓŹNA EDYCJA

Prawo Moore'a zawsze odnosiło się do procesu, w którym można podwoić gęstość chipów w regularnych, powtarzających się ramach czasowych. Teraz wydaje się, że proces poniżej 20 nm może zostać zatrzymany. Nowa pamięć jest wysyłana w tym samym procesie co stara pamięć . Tak, to pojedynczy punkt, ale może być zwiastunem przyszłości.

KOLEJNA PÓŹNA EDYCJA Artykuł w Ars Technica, ale uznający go za martwy . Było fajnie mieć cię od 50 lat.

Prawo Moore'a opisuje długoterminowy trend w historii sprzętu komputerowego. Liczba tranzystorów, które można niedrogo umieścić w układzie scalonym, podwoiła się co około dwa lata. Nie chodzi o szybkość zegara.

Ponadto szybkość zegara procesora nie jest wiarygodnym wskaźnikiem jego mocy obliczeniowej .

Im większa prędkość zegara, tym większe muszą być spadki napięcia, aby uzyskać spójny sygnał. Im większe napięcie musi wzrosnąć, tym więcej mocy jest potrzebne. Im więcej mocy jest potrzebne, tym więcej ciepła wydziela Twój układ. To powoduje szybsze niszczenie żetonów i spowalnia je.

W pewnym momencie po prostu nie warto już zwiększać prędkości zegara, ponieważ podwyższona temperatura byłaby większa niż byłoby dodanie kolejnego rdzenia. Właśnie dlatego wzrosła liczba rdzeni.

Po dodaniu większej liczby rdzeni ciepło wzrasta liniowo. Tzn. Istnieje stały stosunek prędkości zegara do poboru mocy. Dzięki przyspieszeniu rdzeni istnieje kwadratowa zależność między ciepłem a cyklem zegara. Kiedy dwa współczynniki są równe, czas na kolejny rdzeń.

Jest to niezależne od prawa Moore'a, ale ponieważ pytanie dotyczy liczby cykli zegara, a nie liczby tranzystorów, wyjaśnienie to wydaje się trafniejsze. Należy zauważyć, że prawo Moore'a ma swoje własne ograniczenia.

EDYCJA: Więcej tranzystorów oznacza więcej pracy na cykl zegara. Jest to bardzo ważna cecha, która czasem zostaje przeoczona (możliwe jest, że procesor 2 GHz przewyższy procesor 3GHz) i jest to obecnie główny obszar innowacji. Tak więc, mimo że prędkości zegara były stałe, procesory są coraz szybsze w tym sensie, że mogą wykonać więcej pracy na jednostkę czasu.

EDYCJA 2: Oto interesujący link, który zawiera więcej informacji na powiązane tematy. Może ci się to przydać.

EDYCJA 3: Problem związany z równoległością nie jest związany z liczbą całkowitych cykli zegara (liczba rdzeni * cykli zegara na rdzeń). Jeśli program nie może zrównoważyć swoich instrukcji, fakt, że masz więcej rdzeni, nic nie znaczy. Może używać tylko jednego na raz. Był to o wiele większy problem niż obecnie. Obecnie większość języków obsługuje równoległość znacznie bardziej niż kiedyś, a niektóre języki (głównie funkcjonalne języki programowania) sprawiły, że stała się ona podstawową częścią języka (patrz przykłady Erlang , Ada i Go ).

Prawo Moore'a przewidywało, że liczba tranzystorów podwoi się co 18 miesięcy. W przeszłości oznaczało to, że prędkości zegara mogły się podwoić. Gdy osiągnęliśmy około 3 GHz, producenci sprzętu zdali sobie sprawę, że uderzają wbrew prędkości ograniczenia światła.

Pamiętasz, jak prędkość światła wynosi 299 792 458 metrów / sekundę? Oznacza to, że na maszynie 3 GHz światło będzie podróżowało około jednej trzeciej metra w każdym cyklu zegara. To światło podróżujące w powietrzu. Weź pod uwagę, że energia elektryczna jest wolniejsza, a bramy i tranzystory są jeszcze wolniejsze i nie można wiele zrobić w tym czasie. W rezultacie taktowanie zegara nieco spadło, a zamiast tego sprzęt przesunął się w kierunku wielu rdzeni.

Herb Sutter mówił o tym w swoim artykule z 2005 roku „Darmowy lunch się skończył”:

http://www.gotw.ca/publications/concurrency-ddj.htm

Chipy na bazie krzemu mają ogólny limit zegara około 5 GHz, zanim dosłownie zaczną się topić. Przeprowadzono badania nad zastosowaniem arsenu galu (GaAs), który pozwoliłby chipom na wyższe częstotliwości taktowania, jak w setkach GHz, ale nie jestem pewien, jak daleko to się wydarzyło.

Ale prawo Moore'a ma związek z tranzystorami na chipie, a nie z wydajnością czy szybkością zegara. Pod tym względem można powiedzieć, że nadal przestrzegamy prawa Moore'a, rozgałęziając się na wiele rdzeni przetwarzających wciąż na tym samym układzie.

Zgodnie z artykułem Wikipedii na temat prawa Moore'a oczekuje się, że potrwa do 2015 roku.

Jeśli chcesz poznać inny sposób, w jaki możemy mieć szybsze procesory przy tych samych częstotliwościach zegara, ma to również związek z liczbą instrukcji, które można wykonać na impuls zegarowy. Liczba ta stale rośnie przez lata.

Oś czasu instrukcji na sekundę jest dobrym wykresem liczby instrukcji na cykl zegara.

Nie jestem ekspertem w dziedzinie fizyki i fizyki, ale od 1981 r. Kupowałem komputery mniej więcej co trzy do czterech lat (w 1981 r. Kupiłem swój pierwszy, Sinclair ZX81, a trzy lata później Commadore 64, naprawdę zabawki, a potem mój pierwszy IBM klon w 1987), więc mam 30 lat „danych terenowych” na ten temat.

Nawet używając mojego pierwszego klonu IBM w '87 jako punktu wyjścia (który miał 640k pamięci RAM i 32 MB dysku twardego), mnożąc wszystko przez dwa co 18 miesięcy, dziś otrzymuję 10 GB pamięci RAM i dysk twardy 1 TB. CHOLERA ZAMKNIJ !!!! Tylko trochę za dużo pamięci RAM i trochę mniej HD niż to, co dziś siedzi na moim biurku.

Biorąc pod uwagę, że to „prawo” było oczywiście przewidziane jako ogólne oczekiwanie wykładniczego wzrostu mocy komputera w przyszłości, byłem szczerze zszokowany tym, jak dokładne było ono w zasadzie przez trzy dekady. Gdyby tylko „cywilne podróże kosmiczne”, „roboty osobiste” i „samochody unoszące się w powietrzu” odnotowały podobny wykładniczy wzrost. Szkoda.

Ale z ostrego punktu widzenia użytkownika, prawo Moore'a wydaje się działać NA TERAZ.

moderator skraca wiele odpowiedzi:

Chociaż prawo Moore'a wyraźnie odnosi się do liczby tranzystorów w mikroczipie, jest to JEDEN POJEDYNCZY punkt odniesienia w znacznie, znacznie większym świecie technologii rozwijających się w tempie wykładniczym.

Rozłączenie się z prędkością zegara nie ma sensu. Wystarczy spojrzeć na testy porównawcze procesorów PassMark: http://www.cpubenchmark.net/high_end_cpus.html , aby przekonać się, że komputery stają się ZNACZNIE mocniejsze Z KAŻDEGO DNIA.

Liczba tranzystorów na chipie jest po prostu jednym z elementów zwiększających dzisiejszą moc komputera.

Chociaż nie jestem Moore'iem ani go nie znam, domyślam się, że w szerszym znaczeniu jego prawo było próbą przewidzenia wykładniczego wzrostu mocy obliczeniowej. Wybrał „liczbę tranzystorów na chipie” jako BETON i najważniejsze, KWANTYFIKOWALNE kryterium, w przeciwieństwie do znacznie bardziej „dwuznacznego i trudnego do udowodnienia” twierdzenia, że ​​„moc komputera podwoi się co kilka lat”. Aby udowodnić swoją teorię, najwyraźniej potrzebne było coś, co można łatwo zmierzyć jako miernik. Ale przejdę tutaj do końca i zasugeruję, że przewiduje większy trend dotyczący KAŻDEGO aspektu komputerów.

Nadal możemy sprawić, aby procesory działały szybciej z krzemem (ale nie za dużo szybciej), ale w tym momencie taniej / wydajniej jest po prostu zmniejszać procesory (lub ich rdzenie) i umieszczać więcej z nich na matrycy. Nowsze materiały, takie jak grafen, wydmuchują krzem z wody pod względem prędkości przełączania tranzystora, ale musimy jeszcze opanować proces produkcji. Bądź cierpliwy, nadejdzie większa prędkość, prawdopodobnie wcześniej niż później.