Почему процессоры не больше? [закрыто]

21

Процессоры относительно невелики, и инженеры постоянно стараются сделать их меньше и получить больше транзисторов на одной поверхности.

Почему процессоры не больше? Если приблизительно 260 мм 2 умирает, может вместить 758 миллионов транзисторов (AMD Phenom II x4 955). Тогда 520 мм 2 должен выдерживать удвоенное количество транзисторов и технически удваивать тактовую частоту или ядра. Почему это не сделано?

Саймон Вербеке
источник
4
Я не знаю всех деталей, но в основном, чем ближе транзисторы и т. Д. Вместе на чипе, тем он эффективнее. Так что четырехкратное увеличение площади замедлит чип.
ChrisF
1
Кроме того, особенно учитывая текущее состояние приложений, современные ЦП тратят очень много времени, ничего не делая. Они крутят пальцы, а мы, пользователи, выясняем, что мы хотим сделать.
Surfasb
1
@ChrisF Вы путаете влияние сжатия матрицы (увеличение скорости в результате уменьшения емкости) с уменьшенным числом транзисторов. Задайте себе вопрос: будет ли отдельное ядро ​​на двухъядерном процессоре работать быстрее, чем на четырехъядерном?
artistoex
2
Это будет сделано - посмотрим на новую платформу LGA2011 Intel.
Прорыв
3
Я не согласен с закрытыми голосами. Существуют четкие причины того, почему делать более крупные фишки не имеет смысла, как показывают лучшие ответы. Так что это не самоуверенный вопрос (например, «Является ли Android лучше, чем IOS»). Меня тоже заинтересовал этот вопрос!
Дэвид Миани

Ответы:

18

В целом, вы правы: в краткосрочной перспективе увеличение параллелизма не только жизнеспособно, но и является единственным выходом. На самом деле, многоядерные процессоры, а также кэши, конвейерная обработка и гиперпоточность - это именно то, что вы предлагаете: увеличение скорости за счет увеличения использования микросхем. Конечно, геометрия сжатия не вступает в противоречие с увеличением площади использования матрицы. Тем не менее, урожайность является большим ограничивающим фактором.

Выход штампов увеличивается обратно пропорционально размеру кристаллов: большие штампы с большей вероятностью «ловят» ошибки пластин. Если ошибка матрицы попадает в кристалл, вы можете выбросить ее. Урожай явно влияет на стоимость. Таким образом, существует оптимальный размер кристалла с точки зрения затрат и прибыли на кристалл.

Единственный способ произвести значительно большие матрицы - это объединить отказоустойчивые и избыточные структуры. Это то, что Intel пытается сделать в своем проекте Terra-Scale (ОБНОВЛЕНИЕ: и то, что уже практикуется в повседневных продуктах, как указывает Дэн).

artistoex
источник
8
В современных сложных процессорных / графических процессорах дефекты матрицы часто просто подаются в биннинг. Графические процессоры среднего / верхнего уровня обычно имеют полную матрицу и один или два, у которых отключено несколько подкомпонентов, чтобы получить больше очков / возможностей из-за меньшего количества микросхем. То же самое делается с процессорами. Трехъядерные чипы AMD представляют собой четырехъядерные процессоры с отключенной матрицей, а все чипы LGA2011 составляют 8 основных компонентов. Полные штампы используются только как Xeons. 4/6 core i7-2011 - это 8 основных штампов с отключенными деталями. Если ошибки попадают в правильные места, они считаются более дешевыми деталями. Для более модульных коэффициентов ошибок графических процессоров установите нижнюю корзину.
Дэн Нили
@DanN Спасибо, я добавил это к своему ответу
artistoex
23

Есть много технических проблем (длина пути становится слишком большой, и вы теряете эффективность, электрические помехи вызывают шум), но основная причина заключается просто в том, что многие транзисторы будут слишком горячими для адекватного охлаждения . Вот почему они так стремятся уменьшить размер матрицы - это позволяет увеличить производительность при тех же тепловых уровнях.

Shinrai
источник
Я должен добавить, что я имею в виду, конечно, в контексте стандартного настольного компьютера / ноутбука.
Shinrai
1
Длина пути не обязательно увеличивается, это локальная вещь: размещение двух ядер на чипе не увеличит длину пути внутри ядра, не так ли? Тепловыделение также будет распространяться на большую площадь, так что это тоже не такая большая проблема.
artistoex
1
Да, есть много нюансов, но я не чувствовал, что это оправдано. (Я также не обязательно имею ввиду в контексте БОЛЬШЕ ядер, так как вопрос был не совсем
ясен по
Дело в том, что многоядерные процессоры - это именно то, что предложил OP - увеличение скорости за счет увеличения использования микросхем.
artistoex
3
Как вы думаете, гиперпоточность - это «большие, более быстрые ядра»? Гиперпоточность основывается на логике и не имеет никакого отношения к размеру ... То есть, если на текущем ядре имеется избыток, он его использует. IE: если ваш модуль MMX и FPU используются на заданном ядре, вы все равно можете предварительно вычислять целочисленные вычисления.
Supercereal
15

Некоторые из приведенных здесь ответов являются хорошими ответами. Существуют технические проблемы с увеличением размера процессора, и это приведет к гораздо большему нагреву. Однако все они преодолимы при достаточно сильных стимулах.

Я хотел бы добавить то, что я считаю главной проблемой: экономика . Процессоры сделаны в таких пластинах , с большим количеством процессоров на пластину. Реальная стоимость изготовления зависит от платы, поэтому, если вы удвоите площадь ЦП, вы сможете разместить на пластине только половину, так что цена за ЦП удваивается. Кроме того, не вся пластина всегда получается идеальной, могут быть ошибки. Таким образом, удвоение площади удваивает вероятность дефекта в любом конкретном процессоре.

Поэтому с экономической точки зрения причина, по которой они всегда делают вещи меньше, состоит в том, чтобы получить лучшую производительность / мм ^ 2, которая является определяющим фактором в соотношении цена / производительность.

TL; DR: В дополнение к другим упомянутым причинам удвоение площади ЦП более чем удваивает стоимость.

Мистер альфа
источник
Это главная причина. В главе 1 учебника по архитектуре компьютеров от Hennessy и Pattersons описан процесс изготовления, а соображения, связанные с управлением процессором, умирают как можно меньше.
Стив Блэквелл
3

Добавление большего количества транзисторов к процессору не делает его быстрее.

Увеличенная длина пути == более низкая тактовая частота.
Добавление большего количества транзисторов увеличит длину пути. Любое увеличение должно быть использовано ценно, иначе оно приведет к увеличению затрат, тепла, энергии, но уменьшит производительность.

Конечно, вы всегда можете добавить больше ядер. Почему они этого не делают? Ну, они делают.

user606723
источник
Я действительно не считаю это не по теме здесь (хотя это также будет и по теме).
Shinrai
Да я согласен. Я просто думаю, что там будет лучше ответить. Я удалил линию.
user606723 30.11.11
2

Ваше общее предположение неверно. Процессор с кристаллом двойного размера не означает, что он может работать с двойной скоростью. Это только добавило бы больше места для добавления большего количества ядер (см. Некоторые многоядерные чипы Intel с 32 или 64 ядрами) или больших кешей. Но большая часть современного программного обеспечения не может использовать более 2 ядер.

Следовательно, увеличенный размер кристалла значительно увеличивает цену без увеличения его высоты. Это одна из (упрощенных) причин, по которым процессоры такие, какие они есть.

Роберт
источник
Это не совсем так - с большим количеством транзисторов вы можете уменьшить глубину распространения, чтобы инструкции выполняли меньше тактов. Вы правы, что это никак не связано с тактовой частотой.
BlueRaja - Дэнни Пфлюгофт
1

В электронике SMALLER = FASTER 3GHz должно быть намного меньше, чем 20MHz. Чем больше межсоединений, тем выше ESR и медленнее скорость.

Удвоение количества транзисторов не удваивает тактовую частоту.

Fiasco Labs
источник
Увеличение тактовой частоты - это только один подход к увеличению скорости. Двойные транзисторы это еще один. Кроме того, сокращение межсоединений не противоречит увеличению площади матрицы.
artistoex
3
@artistoex, но просто удвоение транзисторов также не делает его быстрее. Он должен быть спроектирован таким образом, чтобы использовать преимущества этих транзисторов. Больше транзисторов (с тем же мм) обычно означает более низкие тактовые частоты.
user606723 30.11.11
1

Стоимость производства сырых вафель является фактором. Монокристаллический кремний не свободен , а процесс рафинирования несколько дорог. Поэтому использование большего количества вашего сырья увеличивает стоимость.

на паровой тяге
источник
0

Большие живые существа, искусственные или нет, как динозавры, являются неудачниками. Соотношение площадь / объем несправедливо для их выживания: слишком много ограничений по энергии - каждая форма - внутри и снаружи.

Massimo
источник
0

Думайте о ЦП как о сети связанных узлов (транзисторов). Чтобы обеспечить больше возможностей, количество узлов и путей между ними увеличивается до некоторой степени, но это увеличение является линейным. Таким образом, одно поколение ЦП может иметь миллион узлов, а следующее - 1,5 миллиона. С миниатюризацией схемы число узлов и путей сокращается в меньшую площадь. Текущие процессы изготовления до 30 нанометров.

Допустим, вам нужно пять единиц на узел и пять единиц расстояния между двумя узлами. Сквозная линия, по прямой линии вы можете создать шину из 22222 узлов в 1 СМ пространства. Вы можете сделать матрицу из 493 миллионов узлов в квадратном CM. Конструкция схемы - это то, что содержит логику процессора. Удвоение пространства - это не то, что увеличивает скорость, это просто позволило бы схеме иметь больше логических операторов. Или в случае многоядерных процессоров, чтобы схема могла обрабатывать больше работы параллельно. Увеличение занимаемой площади фактически уменьшит тактовую частоту, потому что электронам придется преодолевать большие расстояния в цепи.

Майкл Браун
источник