Kürzlich habe ich gehört, dass AMD die neue Vishera-Serie von FX-Prozessoren mit 5 GHz herausgebracht hat. Meine Frage ist, ob es eine Obergrenze für die Taktrate eines Prozessors gibt. Das heißt, können wir die Taktrate für immer erhöhen? Welche elektrischen Probleme werden wir bei höheren Taktraten haben?
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Torsten Hĕrculĕ Cärlemän
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Antworten:
EDIT : Diese Frage führte zu langen Diskussionen. Es ist wichtig zu verstehen, dass die Tatsache, dass die CPU-Geschwindigkeit in den letzten Jahren nicht gestiegen ist, mit kommerziellen Aspekten zusammenhängt und nicht direkt mit technischen oder physischen Problemen. Sie können diesen Link auf die höchsten Frequenzen überprüfen, die mit vorhandenen CPUs durch Übertakten und Unterkühlung erreicht werden.
Von der Erfindung des ersten PCs bis in die frühen 2000er Jahre war der Hauptparameter jeder CPU ihre Frequenz (maximale Betriebsfrequenz). Die Hersteller versuchten, neue Technologien zu entwickeln, die höhere Frequenzen ermöglichen, und Chipdesigner arbeiteten sehr hart daran, Mikroarchitekturen zu entwickeln, die es dem Chip ermöglichen, auf einer höheren Frequenz zu laufen.
Als die Chips jedoch kleiner und schneller wurden, trat das Problem der Wärmeableitung auf - als die gesamte durch das Schalten von Transistoren erzeugte Wärmemenge nicht abgeführt werden konnte, wurden die Chips beschädigt. Die Ingenieure begannen, Kühlkörper an Prozessoren und dann an Lüfter anzuschließen, kamen jedoch zu dem Schluss, dass der Ansatz, die Frequenz der CPU zu erhöhen, hinsichtlich der zusätzlichen Leistung pro zusätzlichen Kosten nicht mehr praktikabel ist.
Mit anderen Worten: Die CPU-Frequenzen können erhöht werden, aber dies macht CPUs (in der Tat nicht die CPUs, sondern die Kühlmechanismen) zu teuer. Verbraucher werden keine teuren Computer kaufen, wenn es eine Alternative gibt .
Im Allgemeinen ermöglichen aktuelle technologische Prozesse einen Betrieb mit sehr hohen Frequenzen (weit über ~ 3 GHz, die Intel normalerweise verwendet, und selbst AMDs 5 GHz sind nicht die Obergrenze). Die assoziativen Kosten für Kühlvorrichtungen, die bei diesen hohen Frequenzen erforderlich sind, sind jedoch zu hoch.
Ich möchte dies betonen: Es gibt keinen physikalischen Effekt, der die Entwicklung von 8-10-GHz-Prozessoren mit der aktuellen Technologie verhindert . Sie müssen jedoch einen sehr teuren Kühlmechanismus bereitstellen, um ein Ausbrennen eines solchen Prozessors zu verhindern.
Darüber hinaus arbeiten Prozessoren normalerweise im "Burst" - sie haben sehr lange Leerlaufzeiten, gefolgt von kurzen, aber sehr intensiven (und daher energieintensiven) Zeiträumen. Ingenieure könnten einen 10-GHz-Prozessor bauen, der für kurze Zeit mit den höchsten Frequenzen arbeitet (und keine zusätzliche Kühlung erforderlich ist, da die Zeiträume kurz sind), aber dieser Ansatz wurde auch als wertlos abgelehnt (hohe Investitionen in die Entwicklung im Vergleich zu fragwürdigen Gewinnen) ). Nach zukünftigen Verbesserungen der Mikroarchitektur kann dieser Ansatz jedoch überdacht werden. Ich bin davon überzeugt, dass dieser 5-GHz-AMD-Prozessor nicht ständig mit 5 GHz arbeitet, sondern seinen internen Takt bei kurzen Bursts auf ein Maximum erhöht.
PHYSIKALISCHES GRENZWERT: Es gibt eine physikalische Grenze für eine maximal erreichbare Taktrate für jede Prozesstechnologie (die von der minimalen Funktionsgröße der Technologie abhängt). Ich denke jedoch, dass der letzte Intel-Prozessor, der wirklich an diese Grenze gebracht wurde, Pentium 4 war. Dies bedeutet Wenn sich heute die Technologie weiterentwickelt und die minimale Feature-Größe reduziert wird (mittlerweile gemäß Moores Gesetz), besteht der einzige Vorteil dieser Reduzierung darin, dass Sie mehr Logik in denselben Bereich einpassen können (Ingenieure bringen die CPU-Frequenz nicht mehr an ihre Grenzen der Technologie).
Übrigens kann die oben genannte Grenze nicht für immer erhöht werden. Lesen Sie mehr über Moores Gesetz und die Probleme, die mit dem weiteren Gerät verbunden sind.
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Es gibt physikalische Grenzen.
Die Prozessorfrequenz ist begrenzt durch:
Angenommen, Sie haben einen Multiplikator und ein Register auf der CPU. Einige Eingangsvariablen werden multipliziert und dann im Register gespeichert.
Das elektrische Signal benötigt Zeit, um sich durch die Signalleitungen und Transistoren zu bewegen.
Wenn Sie die Taktrate zu stark erhöhen, ist die Multiplikation beim Einsetzen des nächsten Zyklus noch nicht beendet. Vielleicht möchten Sie das Ergebnis der Multiplikation in der nächsten Anweisung verwenden!
Wenn die CPU also kleiner ist, können Sie eine höhere Frequenz darauf legen.
Siehe auch: Ausbreitungsverzögerung Verbindungsengpass
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