Максимальная тактовая частота микропроцессоров


9

Недавно я слышал, что AMD выпустила новую серию процессоров FX Vishera с частотой 5 ГГц. У меня вопрос, есть ли верхняя граница тактовой частоты процессора? То есть мы можем продолжать увеличивать тактовую частоту навсегда? С какими электрическими проблемами мы столкнемся при более высоких частотах?


Как вы думаете, почему это будет что-то еще, кроме 5 ГГц?
— Джиппи

@jippie, я не понимаю.
— Торстен Херкулу Серлеман

Вы имеете в виду в целом или для этого конкретного примера? Вы можете уточнить свой вопрос.
— Джиппи

@jippie привел это в качестве примера. У меня был вопрос, будем ли мы продолжать увеличивать тактовую частоту. Я отредактировал свой пост.
— Торстен Харкулю Карлеман

Ответы:


10

РЕДАКТИРОВАТЬ : Этот вопрос привел к длительным дискуссиям. Крайне важно понимать, что тот факт, что скорости процессоров в последние годы не увеличивались, связан с коммерческими аспектами, а не с какими-либо техническими или физическими проблемами. Вы можете проверить эту ссылку на максимальные частоты, достигнутые с существующими процессорами при разгоне и переохлаждении.

С момента изобретения первого ПК и до начала 2000-х годов основным параметром каждого процессора была его частота (максимальная частота работы). Производители пытались придумать новые технологии, которые позволят получить более высокие частоты, а разработчики чипов очень усердно работали над созданием микроархитектур, которые позволят чипу работать на более высокой частоте.

Однако, поскольку микросхемы стали меньше и быстрее, возникла проблема рассеивания тепла - когда все количество тепла, генерируемого переключающими транзисторами, не могло рассеиваться, микросхемы были повреждены. Инженеры начали прикреплять радиаторы к процессорам, а затем к вентиляторам, но в конце концов пришли к выводу, что подход к увеличению частоты процессора более не практичен с точки зрения увеличения производительности на добавленную стоимость.

Другими словами: частоты процессоров могут быть увеличены, но это делает процессоры (фактически, не процессоры, а механизмы охлаждения) слишком дорогими. Потребители не будут покупать дорогие компьютеры, если есть альтернатива .

В целом, текущие технологические процессы позволяют работать на очень высокой частоте (намного выше ~ 3 ГГц, которую обычно использует Intel, и даже 5 ГГц у AMD - это не потолок). Однако ассоциативная стоимость охлаждающих устройств, которые требуются на этих высоких частотах, слишком высока.

Я хотел бы подчеркнуть это: нет физического эффекта, который мешает развитию процессоров 8-10 ГГц с современной технологией . Однако вам нужно будет предоставить очень дорогой механизм охлаждения, чтобы предотвратить сгорание такого процессора.

Более того, процессоры обычно работают в режиме «взрыва» - у них очень длинные периоды простоя, за которыми следуют короткие, но очень интенсивные (и, следовательно, высокие энергозатраты) периоды. Инженеры могли бы создать процессор с частотой 10 ГГц, который работает на самых высоких частотах в течение коротких периодов времени (и дополнительное охлаждение не требуется, поскольку периоды короткие), но этот подход также был отвергнут как бесполезный (большие инвестиции в разработку по сравнению с сомнительными преимуществами ). Однако после будущих улучшений микроархитектуры этот подход может быть пересмотрен. Я полагаю, что этот процессор AMD с частотой 5 ГГц не работает постоянно на частоте 5 ГГц, но во время коротких вспышек максимально увеличивает свои внутренние тактовые частоты.

ФИЗИЧЕСКИЙ ЛИМИТ: есть физический предел максимальной достижимой тактовой частоты для каждой технологии процесса (который зависит от минимального размера технологии), однако я думаю, что последний процессор Intel, который был действительно выдвинут на этот предел, был Pentium 4. Это означает, что что сегодня, когда технология развивается и минимальный размер функции уменьшается (в то же время в соответствии с законом Мура), единственным преимуществом этого сокращения является то, что вы можете встраивать больше логики в одну и ту же область (инженеры больше не доводят частоту ЦП до пределов технологии).

Кстати, вышеуказанный лимит не может увеличиваться вечно. Читайте о законе Мура и проблемах, связанных с его дальнейшим применением.


Итак, вы говорите, что в соответствии с законом Мура, поскольку количество компонентов будет увеличиваться, у нас скоро не хватит места для эффективно работающего процессора?
— Торстен Харкулю Карлеман

@AnuragPallaprolu, я не знаю, что вы подразумеваете под "скоро закончится место". Мы уже перешли точку, когда увеличение частоты (что возможно) не является коммерчески выгодным. Однако я не верю, что проблема рассеивания тепла в будущем приведет к снижению рабочих частот - в то время как количество транзисторов увеличивается, активная мощность, рассеиваемая каждым транзистором, уменьшается. Мы можем обсудить последствия резкого увеличения мощности утечки, но это не тема этого вопроса.
— Василий

Не повлияют ли другие компоненты на более высокие частоты? Они тоже должны синхронизироваться, верно?
— Торстен Харкулю Карлеман

Не обязательно. Современные процессоры используют много часов (внутренне). Некоторые быстрее, некоторые медленнее. Существуют надежные решения для проблем синхронизации (обычно известные как проблемы пересечения часовых доменов).
— Василий

@AnuragPallaprolu, я отредактировал свой ответ. Это самый полный ответ, который я могу дать. Я даже нашел что-то новое для себя - есть мировые рекорды, отслеживаемые по частотам процессоров. Вы можете видеть, что даже процессоры, не предназначенные для работы на 8 ГГц, могут достигать этих частот.
— Василий

0

Есть физические ограничения.

Частота процессора ограничена:

  • скорость электрического тока (например, в меди)
  • Скорость переключения транзисторов
  • размер процессора

Допустим, у вас есть множитель и регистр на процессоре. Некоторые входные переменные умножаются и затем сохраняются в регистре.

Электрическому сигналу требуется время для прохождения через сигнальные линии и транзисторы.

Если вы слишком сильно увеличите тактовую частоту, умножение не закончится, когда начнется следующий цикл. И вы можете захотеть использовать результат умножения в следующей инструкции!

Так что, если процессор меньше, вы можете увеличить частоту.

См. Также: задержка распространения, узкое место соединения

Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.