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?
microprocessor
clock-speed
Торстен Херкулу Карлеман
источник
источник
Ответы:
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.
источник
Есть физические ограничения.
Частота процессора ограничена:
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
источник