Warum sind CPUs nicht größer? [geschlossen]

CPUs sind relativ klein, und die Ingenieure sind ständig bemüht, sie zu verkleinern und mehr Transistoren auf derselben Oberfläche zu erhalten.

Warum sind CPUs nicht größer? Wenn ein ca. 260 mm ² Chip 758 Millionen Transistoren aufnehmen kann (AMD Phenom II x4 955). Dann sollte ein 520mm ² die doppelte Anzahl von Transistoren und technisch die doppelte Taktrate oder Kerne aufnehmen können. Warum wird das nicht gemacht?

Grundsätzlich haben Sie Recht: Eine zunehmende Parallelisierung ist kurzfristig nicht nur machbar, sondern auch der einzige Weg. Tatsächlich schlagen Sie Multi-Cores sowie Caches, Pipelining und Hyper-Threading genau vor: Geschwindigkeitsgewinn durch erhöhte Nutzung der Chipfläche. Natürlich kollidieren schrumpfende Geometrien nicht mit der zunehmenden Auslastung der Düsenfläche. Die Ausbeute ist jedoch ein großer begrenzender Faktor.

Die Ausbeute wächst umgekehrt proportional zur Chipgröße: Große Chips "fangen" eher Waferfehler ab. Wenn ein Waferfehler einen Würfel trifft, können Sie ihn wegwerfen. Die Ausbeute beeinflusst offensichtlich die Kosten. Es gibt also eine optimale Werkzeuggröße in Bezug auf Kosten und Gewinn pro Werkzeug.

Die einzige Möglichkeit, bedeutend größere Chips herzustellen, besteht darin, fehlertolerante und redundante Strukturen zu integrieren. Dies ist, was Intel in seinem Terra-Scale-Projekt versucht (UPDATE: und was bereits in alltäglichen Produkten praktiziert wird, wie Dan betont).

Es gibt eine Menge technischer Bedenken (Weglängen werden zu lang und Sie verlieren an Effizienz, elektrische Störungen verursachen Rauschen), aber der Hauptgrund ist einfach, dass viele Transistoren zu heiß wären, um ausreichend zu kühlen . Das ist der ganze Grund, warum sie so sehr darauf bedacht sind, die Stanzform zu verkleinern - dies ermöglicht Leistungssteigerungen bei gleichen thermischen Werten.

Einige der hier gegebenen Antworten sind gute Antworten. Es gibt technische Probleme bei der Vergrößerung der CPU und es wird viel mehr Hitze entstehen, mit der man umgehen muss. Sie alle sind jedoch mit hinreichenden Anreizen überwindbar.

Ich möchte hinzufügen, was meiner Meinung nach ein zentrales Thema ist: Wirtschaft . CPUs ist in Wafern hergestellt , wie dies mit einer großen Anzahl von CPUs pro Wafer. Die tatsächlichen Herstellungskosten betragen pro Wafer. Wenn Sie also die Fläche einer CPU verdoppeln, können Sie nur halb so viele auf einen Wafer setzen, sodass sich der Preis pro CPU verdoppelt. Auch kommt nicht immer der gesamte Wafer perfekt heraus, es kann zu Fehlern kommen. Wenn Sie also die Fläche verdoppeln, verdoppelt sich die Wahrscheinlichkeit eines Defekts in einer bestimmten CPU.

Aus wirtschaftlicher Sicht liegt der Grund, warum immer kleinere Dinge hergestellt werden, darin, eine bessere Leistung / mm² zu erzielen, was der entscheidende Faktor für das Preis-Leistungs-Verhältnis ist.

TL; DR: Zusätzlich zu den anderen genannten Gründen verdoppelt die Verdoppelung der CPU-Fläche die Kosten um mehr als das Doppelte.

Das Hinzufügen von mehr Transistoren zu einem Prozessor beschleunigt ihn nicht automatisch.

Erhöhte Pfadlänge == langsamere Taktrate.
Das Hinzufügen weiterer Transistoren erhöht die Pfadlänge. Jede Erhöhung muss wertvoll genutzt werden, da dies zu einer Erhöhung der Kosten, der Wärme und der Energie führt, jedoch zu einer Verringerung der Leistung.

Sie können natürlich immer mehr Kerne hinzufügen. Warum machen sie das nicht? Nun, das tun sie.

Ihre allgemeine Annahme ist falsch. Eine CPU mit einem doppelt großen Die bedeutet nicht, dass sie mit doppelter Geschwindigkeit arbeiten kann. Dies würde nur mehr Speicherplatz für das Hinzufügen von mehr Kernen (siehe einige Intel Manycore-Chips mit 32 oder 64 Kernen) oder größeren Caches hinzufügen. Die meiste aktuelle Software kann jedoch nicht mehr als 2 Kerne verwenden.

Daher erhöht die vergrößerte Matrizengröße den Preis massiv, ohne dass ein Gewinn derselben Höhe erzielt wird. Dies ist einer der (vereinfachten) Gründe, warum CPUs so sind, wie sie sind.

In der Elektronik muss KLEINER = SCHNELLER 3 GHz viel kleiner als 20 MHz sein. Je größer die Verbindungen, desto größer der ESR und desto langsamer die Geschwindigkeit.

Durch Verdoppeln der Anzahl der Transistoren wird die Taktrate nicht verdoppelt.

Die Kosten für die Herstellung der rohen Wafer sind ein Faktor. Einkristallines Silizium ist nicht frei und der Raffinierungsprozess ist etwas teuer. Wenn Sie also mehr von Ihrem Rohmaterial verwenden, steigen die Kosten.

Große Lebewesen , künstlich oder nicht, wie Dinosaurier, sind Verlierer. Das Verhältnis Fläche / Volumen ist nicht fair für ihr Überleben: Zu viele Einschränkungen in Bezug auf Energie - jede Form - treten ein und aus.

Stellen Sie sich eine CPU als ein Netzwerk von verbundenen Knoten (Transistoren) vor. Um mehr Funktionen bereitzustellen, werden die Anzahl der Knoten und die Pfade zwischen ihnen bis zu einem gewissen Grad erhöht, diese Erhöhung ist jedoch linear. Eine Generation einer CPU kann also eine Million Knoten haben, die nächste 1,5 Millionen. Mit der Miniaturisierung der Schaltung wird die Anzahl der Knoten und Pfade auf eine kleinere Grundfläche komprimiert. Die aktuellen Herstellungsprozesse sind bis zu 30 Nanometer.

Angenommen, Sie benötigen fünf Einheiten pro Knoten und fünf Einheiten Abstand zwischen zwei Knoten. Ende an Ende können Sie in einer geraden Linie einen Bus mit 22222 Knoten auf 1 cm Abstand erstellen. Sie können eine Matrix aus 493 Millionen Knoten in einem quadratischen CM erstellen. Das Design der Schaltung enthält die Logik der CPU. Das Verdoppeln des Raums erhöht nicht die Geschwindigkeit, es würde der Schaltung lediglich ermöglichen, mehr logische Operatoren zu haben. Oder im Fall von Mehrkern-CPUs, damit die Schaltung mehr Arbeiten parallel ausführen kann. Eine Vergrößerung der Grundfläche würde die Taktrate tatsächlich verringern, da die Elektronen längere Strecken durch die Schaltung zurücklegen müssten.