Hat die CPU-Geschwindigkeit bereits gegen Moores Gesetz verstoßen?

Ich erinnere mich, dass ich 1995 einen Computer mit einer CPU-Geschwindigkeit von 75 MHz hatte.

Dann ein paar Jahre später, um 1997, mit einem, der 211 MHz betrug.

Dann, einige Jahre später, um das Jahr 2000 herum, mit einer Frequenz von 1,8 GHz, dann um das Jahr 2003 mit einer Frequenz von etwa 3 GHz.

Jetzt, fast 8 Jahre später, sind sie immer noch mit 3 GHz ausgelastet. Liegt das an Moores Gesetz?

Denken Sie zunächst daran, dass Moores Gesetz kein Gesetz ist, sondern nur eine Beobachtung. Und das hat nichts mit Geschwindigkeit zu tun, auch nicht direkt.

Ursprünglich war es nur eine Beobachtung, dass sich die Komponentendichte in jedem [Zeitraum] verdoppelt, das hat nichts mit Geschwindigkeit zu tun.
Als Nebeneffekt wurden die Dinge sowohl schneller (mehr Dinge auf demselben Chip, Entfernungen sind kürzer) als auch billiger (weniger Chips erforderlich, mehr Chips pro Siliziumwafer).

Es gibt jedoch Grenzen. Wenn das Chip-Design dem Moore-Gesetz folgt und die Komponenten kleiner werden, entstehen neue Effekte. Wenn Komponenten kleiner werden, nehmen sie im Verhältnis zu ihrer Größe mehr Fläche ein, und der Strom fließt heraus, sodass Sie mehr Strom in den Chip pumpen müssen. Schließlich verlieren Sie genug Saft, um den Chip heiß zu machen und mehr Strom zu verschwenden, als Sie verwenden können.

Obwohl ich mir nicht sicher bin, ist dies wahrscheinlich das aktuelle Tempolimit, da die Komponenten so klein sind, dass es schwieriger ist, sie elektronisch stabil zu machen. Es gibt neue Materialien, die diesbezüglich Abhilfe schaffen, aber bis wild neues Material (Diamanten, Graphen) auftaucht, nähern wir uns den rohen MHz-Geschwindigkeitsbegrenzungen.

Das heißt, CPU MHz ist keine Computergeschwindigkeit, genau wie Pferdestärken keine Geschwindigkeit für ein Auto sind. Es gibt viele Möglichkeiten, Dinge ohne eine schnellere obere MHz-Zahl schneller zu machen.

LATE EDIT

Moores Gesetz bezog sich immer auf einen Prozess, bei dem Sie die Dichte von Chips in regelmäßigen Abständen verdoppeln können. Jetzt scheint es, dass der Sub-20-nm-Prozess blockiert sein könnte. Der neue Speicher wird im selben Prozess wie der alte Speicher versendet . Ja, dies ist ein einzelner Punkt, aber möglicherweise ein Vorbote der Zukunft.

EINE ANDERE SPÄTE BEARBEITUNG Ein Ars Technica-Artikel, der fast für tot erklärt wurde . Hat Spaß gemacht, dich seit 50 Jahren zu haben.

Moores Gesetz beschreibt einen langfristigen Trend in der Geschichte der Computerhardware. Die Anzahl der Transistoren, die kostengünstig auf einer integrierten Schaltung platziert werden können, hat sich ungefähr alle zwei Jahre verdoppelt. Es geht nicht um Taktfrequenz.

Auch die Taktrate einer CPU ist kein verlässlicher Indikator für ihre Rechenleistung .

Je schneller der Takt ist, desto größer müssen die Spannungsabfälle sein, um ein kohärentes Signal zu erzeugen. Je größer die Spannung ist, umso mehr Leistung wird benötigt. Je mehr Leistung benötigt wird, desto mehr Wärme gibt Ihr Chip ab. Dadurch werden die Chips schneller abgebaut und verlangsamt.

Ab einem bestimmten Punkt lohnt es sich einfach nicht mehr, die Taktrate zu erhöhen, da die erhöhte Temperatur mehr wäre als das Hinzufügen eines weiteren Kerns. Aus diesem Grund nimmt die Anzahl der Kerne zu.

Durch Hinzufügen weiterer Kerne steigt die Wärme linear an. Dh es gibt ein konstantes Verhältnis zwischen Taktrate und Leistungsaufnahme. Durch die Beschleunigung der Kerne besteht eine quadratische Beziehung zwischen Wärme und Taktzyklen. Wenn die beiden Verhältnisse gleich sind, ist es Zeit, einen weiteren Kern zu erhalten.

Dies ist unabhängig von Moores Gesetz, aber da es um die Anzahl der Taktzyklen und nicht um die Anzahl der Transistoren geht, scheint diese Erklärung zutreffender zu sein. Es sollte beachtet werden, dass das Moore-Gesetz jedoch seine eigenen Einschränkungen enthält.

EDIT: Mehr Transistoren bedeuten mehr Arbeit pro Taktzyklus. Dies ist eine sehr wichtige Messgröße, die manchmal übersehen wird (es ist möglich, dass eine 2-GHz-CPU eine 3-GHz-CPU übertrifft), und dies ist heute ein wichtiger Innovationsbereich. Obwohl die Taktraten konstant waren, wurden die Prozessoren in dem Sinne schneller, dass sie mehr Arbeit pro Zeiteinheit leisten können.

EDIT 2: Hier ist ein interessanter Link, der weitere Informationen zu verwandten Themen enthält. Möglicherweise finden Sie dies hilfreich.

EDIT 3: Unabhängig von der Anzahl der gesamten Taktzyklen (Anzahl der Kerne * Taktzyklen pro Kern) ist das Problem der Parallelität. Wenn ein Programm seine Anweisungen nicht parallelisieren kann, bedeutet die Tatsache, dass Sie mehr Kerne haben, nichts. Es kann jeweils nur einer verwendet werden. Dies war früher ein viel größeres Problem als heute. Die meisten Sprachen unterstützen heutzutage die Parallelität weitaus mehr als früher, und es gibt einige Sprachen (hauptsächlich funktionale Programmiersprachen), die sie zu einem Kernbestandteil der Sprache gemacht haben (siehe Erlang , Ada und Go als Beispiele).

Nach Moores Gesetz würde sich die Anzahl der Transistoren alle 18 Monate verdoppeln. In der Vergangenheit bedeutete dies, dass sich die Taktraten verdoppeln konnten. Als wir ungefähr 3 GHz erreichten, stellten die Hardware-Hersteller fest, dass sie gegen Lichtgeschwindigkeitsbeschränkungen ankamen.

Erinnern Sie sich, wie die Lichtgeschwindigkeit 299.792.458 Meter / Sekunde beträgt? Das bedeutet, dass bei einer 3-GHz-Maschine das Licht in jedem Taktzyklus etwa einen Drittel eines Meters zurücklegt. Das ist Licht, das durch die Luft wandert. Berücksichtigen Sie, dass Elektrizität langsamer ist und dass Gates und Transistoren sogar langsamer sind und Sie in so viel Zeit nicht viel erledigen können. Infolgedessen sanken die Taktraten ein wenig, und stattdessen wurde die Hardware auf mehrere Kerne verlagert.

Herb Sutter sprach darüber in seinem Artikel "Free Lunch is Over" von 2005:

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

Chips auf Siliziumbasis haben eine allgemeine Taktgrenze von etwa 5 GHz, bevor sie buchstäblich zu schmelzen beginnen. Es gab Forschungen zur Verwendung von Galliumarsenid (GaAs), das es Chips ermöglichen würde, höhere Taktraten zu erzielen, wie im Bereich von Hunderten von GHz, aber ich bin nicht sicher, wie weit das gekommen ist.

Aber Moores Gesetz hat mit Transistoren auf einem Chip zu tun, nicht mit der Leistung oder der Taktrate. Und in dieser Hinsicht kann man sagen, dass wir immer noch mit Moores Gesetz Schritt halten, indem wir uns in mehrere Prozessorkerne auf demselben Chip verzweigen.

Laut dem Wikipedia-Artikel über Moores Gesetz soll es bis 2015 so bleiben.

Wenn Sie eine andere Art und Weise kennen möchten, in der wir schnellere Prozessoren bei gleichen Taktraten haben können, hat dies auch mit der Anzahl der Anweisungen zu tun, die pro Takt ausgeführt werden können. Diese Zahl hat im Laufe der Jahre stetig zugenommen.

Die Zeitleiste der Befehle pro Sekunde ist ein gutes Diagramm für die Anzahl der Befehle pro Taktzyklus.

Ich bin kein EE- oder Physikexperte, aber seit 1981 kaufe ich ungefähr alle drei bis vier Jahre Computer (1981 kaufte ich meinen ersten, einen Sinclair ZX81 und drei Jahre später einen Commadore 64, eigentlich Spielzeug, und dann meinen ersten IBM Ich habe also 30 Jahre "Felddaten" zu diesem Thema.

Sogar mit meinem ersten IBM-Klon aus dem Jahr 1987 als Ausgangspunkt (mit 640 KB RAM und 32 MB Festplatte) multipliziere ich heute alle 18 Monate alles mit zwei und erhalte 10 GB RAM und eine 1-TB-Festplatte. VERDAMMT NAH !!!! Nur ein bisschen zu viel RAM und ein bisschen weniger HD als das, was heute auf meinem Schreibtisch steht.

Angesichts der Tatsache, dass dieses "Gesetz" offensichtlich als allgemeine Erwartung des exponentiellen Wachstums der Computerkraft in die Zukunft gedacht war, war ich ehrlich gesagt schockiert, wie genau es über im Wesentlichen drei Jahrzehnte war. Wenn nur die "zivile Raumfahrt", "Personal Robots" und "Hover Cars" ein ähnliches exponentielles Wachstum gesehen hätten. Das Mitleid.

Aber aus der Sicht eines strengen Benutzers scheint Moores Gesetz FÜR JETZT Bestand zu haben.

Moderator verdichtet mehrere Antworten:

Obwohl Moores Gesetz ausdrücklich die Anzahl der Transistoren in einem Mikrochip regelt, ist dies in einer viel größeren Welt von Technologien, die sich exponentiell weiterentwickeln, nur EIN einziger Maßstab.

Sich auf Taktraten einzulassen, geht daneben. Man muss sich nur die PassMark-CPU-Benchmarks ansehen: http://www.cpubenchmark.net/high_end_cpus.html , um zu sehen, dass Computer von Tag zu Tag SEHR leistungsstärker werden.

Die Anzahl der Transistoren auf einem Chip ist lediglich eine Komponente zur Verbesserung der heutigen Computerleistung.

Obwohl ich weder Moore bin noch ihn kenne, schätze ich, dass sein Gesetz im weiteren Sinne ein Versuch war, den exponentiellen Anstieg der Rechenleistung vorherzusagen. Er wählte "Anzahl der Transistoren auf einem Chip" als BETON und als wichtigsten, QUANTIFIZIERBAREN Maßstab im Gegensatz zu der viel "mehrdeutigeren und schwer zu beweisenden" Behauptung, dass sich "die Computerleistung alle paar Jahre verdoppeln wird". Um seine Theorie zu beweisen, wurde eindeutig etwas benötigt, das leicht zu messen war, als Maßstab. Aber ich werde hier etwas unternehmen und vorschlagen, dass er einen größeren Trend voraussagt, der sich mit JEDEM Aspekt von Computern befasst.

Wir können Prozessoren mit Silizium immer noch schneller machen (aber nicht zu viel schneller), aber zu diesem Zeitpunkt ist es billiger / effizienter, nur Prozessoren (oder deren Kerne) kleiner zu machen und mehr davon auf einen Die zu stopfen. Neuere Materialien wie Graphen blasen Silizium in Bezug auf die Transistorschaltgeschwindigkeit aus dem Wasser , aber wir müssen den Herstellungsprozess noch beherrschen. Seien Sie geduldig, mehr Geschwindigkeit wird wahrscheinlich früher als später kommen.