De ce viteza ceasului CPU nu crește

De ce viteza ceasului CPU nu crește
⏱️ 5 min read

A fost odată când viteza ceasului CPU a crescut dramatic de la an la an. În anii 90 și începutul anilor 2000, procesoarele au crescut la viteze incredibile, filmând de la cipuri Pentium de 60 MHz la procesoare la nivel de gigahertz într-un deceniu.

Acum, se pare că chiar și procesoarele high-end au încetat să-și mărească viteza de ceas. Overclockerele dedicate pot forța cel mai bun siliciu la aproximativ 9 GHz cu sistemele de răcire cu azot lichid, dar pentru majoritatea utilizatorilor, 5 GHz este o limită care nu a fost încă trecută.

Intel a planificat cândva să ajungă la un procesor de 10 GHz, dar acest lucru rămâne la fel de inaccesibil astăzi ca acum zece ani. De ce viteza ceasului procesorului a încetat să crească? Viteza de ceas a procesorului va începe să crească din nou sau timpul a trecut?

Cum Se Remediază Datele Mobile Car...
Cum Se Remediază Datele Mobile Care Nu Funcționează Pe Android

De ce viteza ceasului CPU nu crește: căldură și energie

După cum știm din Legea lui Moore, dimensiunea tranzistorului se micșorează în mod regulat. Aceasta înseamnă că mai multe tranzistoare pot fi ambalate într-un procesor. De obicei, aceasta înseamnă o putere de procesare mai mare. Există, de asemenea, un alt factor în joc, numit Dennard scalare. Acest principiu afirmă că puterea necesară pentru a rula tranzistoarele într-o anumită unitate de volum rămâne constantă chiar și pe măsură ce numărul tranzistoarelor crește.

Cu toate acestea, am început să întâlnim limitele scalării Dennard și unii sunt îngrijorați că legea lui Moore încetinește. Tranzistoarele au devenit atât de mici încât scalarea Dennard nu mai este valabilă. Tranzistoarele se micșorează, dar crește puterea necesară pentru a le rula.

viteza-ceasului-creșterea-scurgerii-puterii

Pierderile termice sunt, de asemenea, un factor major în proiectarea cipurilor. Aruncarea de miliarde de tranzistoare pe un cip și pornirea și oprirea lor de mii de ori pe secundă creează o tonă de căldură. Căldura este mortală pentru siliciu de mare precizie și viteză mare. Căldura trebuie să meargă undeva și sunt necesare soluții adecvate de răcire și modele de cipuri pentru a menține viteze de ceas rezonabile. Cu cât se adaugă mai multe tranzistoare, cu atât sistemul de răcire trebuie să fie mai robust pentru a se potrivi căldurii crescute.

Creșterea vitezei de ceas implică, de asemenea, o creștere a tensiunii, ceea ce duce la o creștere cubică a consumului de energie pentru cip. Deci, pe măsură ce viteza ceasului crește, se generează mai multă căldură, necesitând soluții de răcire mai puternice. Rularea acestor tranzistoare și creșterea vitezei de ceas necesită mai multă tensiune, ceea ce duce la un consum de energie dramatic mai mare. Deci, pe măsură ce încercăm să creștem viteza ceasului, constatăm că consumul de căldură și energie crește dramatic. În cele din urmă, cerințele de energie și producția de căldură depășesc viteza ceasului.

De ce viteza de ceas a procesorului nu crește: probleme cu tranzistorul

Designul și compoziția tranzistorului împiedică, de asemenea, viteza ușoară a ceasului pe care am văzut-o cândva. În timp ce tranzistoarele devin din ce în ce mai fiabile (mărimea procesului de micșorare a martorilor în timp), acestea nu funcționează mai rapid. De obicei, tranzistoarele au devenit mai rapide, deoarece porțile lor (partea care se mișcă ca răspuns la curent) s-au subțiat. Cu toate acestea, de la procesul Intel de 45 nm, poarta tranzistorului are o grosime de aproximativ 0,9 nm, sau aproximativ lățimea unui singur atom de siliciu. În timp ce diferite materiale cu tranzistoare pot permite o funcționare mai rapidă a porții, creșterile ușoare de viteză pe care le-am avut odată au dispărut probabil.

secțiunea transversală a tranzistorului care crește viteza de ceas

Viteza tranzistorului nu mai este singurul factor al vitezei de ceas. Astăzi, firele care conectează tranzistoarele sunt o parte importantă a ecuației. Pe măsură ce tranzistoarele se micșorează, la fel și firele care le conectează. Cu cât firele sunt mai mici, cu atât este mai mare impedanța și scade curentul. Rutare inteligentă poate ajuta la reducerea timpului de călătorie și a producției de căldură, dar o creștere dramatică a vitezei ar putea necesita o modificare a legilor fizicii.

Concluzie: Nu putem face mai bine?

Asta explică doar de ce este dificil să proiectezi cipuri mai rapide. Dar aceste probleme cu proiectarea cipurilor au fost cucerite înainte, nu? De ce nu pot fi depășiți din nou cu suficientă cercetare și dezvoltare?

Datorită limitărilor fizicii și a proiectelor actuale ale materialelor tranzistorului, creșterea vitezei de ceas nu este în prezent cea mai bună modalitate de a crește puterea de calcul. Astăzi, îmbunătățirile mai mari ale puterii provin de la design-urile de procesoare multi-core. Drept urmare, vedem cipuri precum ofertele recente ale AMD, cu un număr crescut dramatic de nuclee. Proiectarea software-ului nu a ajuns încă la această tendință, dar pare a fi direcția principală a proiectării cipurilor de astăzi.

Viteza de ceas mai mare nu înseamnă neapărat computere mai rapide și mai bune. Capacitatea computerului poate crește în continuare, chiar dacă platourile de viteză ale ceasului procesorului. Tendințele în procesarea multi-core vor oferi o putere de procesare mai mare la aceleași viteze ale titlului, mai ales că paralelizarea software-ului se îmbunătățește.

Credit de imagine: ourworldindata.org

Join our Newsletter and receive offers and updates! ✅

0 0 votes
Article Rating
Avatar of Routech

Routech

Routech is a website that provides technology news, reviews and tips. It covers a wide range of topics including smartphones, laptops, tablets, gaming, gadgets, software, internet and more. The website is updated daily with new articles and videos, and also has a forum where users can discuss technology-related topics.

You may also like...

Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x