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.