หากความเร็วของประจุไฟฟ้าไม่เปลี่ยนแปลงคอมพิวเตอร์จะเร็วขึ้นได้อย่างไร?

ทุกคนรู้ว่าความเร็วในการคำนวณเพิ่มขึ้นอย่างมากตั้งแต่การประดิษฐ์และดูเหมือนว่าจะดำเนินต่อไป แต่มีสิ่งหนึ่งที่ทำให้ฉันงงงวย: ถ้าคุณวิ่งกระแสไฟฟ้าผ่านวัสดุวันนี้มันจะเดินทางด้วยความเร็วเท่ากับว่าคุณทำมันด้วยวัสดุเดียวกันเมื่อ 50 ปีก่อน

เมื่อทราบแล้วคอมพิวเตอร์จะกลายเป็นเร็วขึ้นได้อย่างไร พื้นที่หลักของการออกแบบตัวประมวลผลคืออะไรที่เพิ่มความเร็วอย่างไม่น่าเชื่อ?

ฉันคิดว่าอาจเป็นหนึ่งในสิ่งต่อไปนี้:

• โปรเซสเซอร์ขนาดเล็กกว่า (ระยะทางที่สั้นกว่าสำหรับการเดินทางในปัจจุบัน แต่ดูเหมือนว่าฉันจะชอบที่คุณจะสามารถทำกำไรเล็กน้อยได้ที่นี่)
• วัสดุที่ดีกว่า

ถ้าคุณวิ่งกระแสไฟฟ้าผ่านวัสดุวันนี้มันจะเดินทางด้วยความเร็วเท่ากับว่าคุณทำด้วยวัสดุเดียวกันเมื่อ 50 ปีก่อน

เมื่อทราบแล้วคอมพิวเตอร์จะกลายเป็นเร็วขึ้นได้อย่างไร พื้นที่หลักของการออกแบบตัวประมวลผลคืออะไรที่เพิ่มความเร็วอย่างไม่น่าเชื่อ?

คุณได้ข้อสรุปที่ผิดพลาดเนื่องจากสมมติฐานเริ่มต้นของคุณผิด: คุณคิดว่าความเร็วของ CPU นั้นเทียบเท่ากับความเร็วของอิเล็กตรอนใน CPU

ในความเป็นจริงซีพียูเป็นตรรกะดิจิตอลแบบซิงโครนัส ขีด จำกัด ความเร็วคือการส่งออกของสมการเชิงตรรกะจะมีเสถียรภาพภายในระยะเวลาหนึ่งนาฬิกา ด้วยตรรกะที่นำมาใช้กับทรานซิสเตอร์ขีด จำกัด ส่วนใหญ่จะเชื่อมโยงกับเวลาที่จำเป็นในการสร้างทรานซิสเตอร์ ด้วยการลดขนาดช่องของพวกเขาเราสามารถทำให้พวกเขาสลับได้เร็วขึ้น นี่คือเหตุผลหลักในการปรับปรุงความถี่สูงสุดของ CPU เป็นเวลา 50 ปี วันนี้เรายังปรับเปลี่ยนรูปร่างของทรานซิสเตอร์เพื่อเพิ่มความเร็วในการสลับ แต่เท่าที่ฉันรู้มีเพียง Intel, Global Foundries และ TSMC เท่านั้นที่สามารถสร้าง FinFETs ได้ในวันนี้

ยังมีวิธีอื่นอีกหลายวิธีในการปรับปรุงความเร็วสัญญาณนาฬิกาสูงสุดของ CPU: หากคุณแบ่งสมการตรรกะของคุณออกเป็นเล็ก ๆ หลาย ๆ ตัวคุณสามารถทำให้แต่ละขั้นตอนเร็วขึ้นและมีความเร็วสัญญาณนาฬิกาสูงขึ้น นอกจากนี้คุณยังต้องการช่วงเวลาของนาฬิกามากขึ้นเพื่อดำเนินการเดียวกัน แต่ด้วยเทคนิคการวางท่อคุณสามารถสร้างอัตราของคำสั่งต่อวินาทีตามอัตรานาฬิกาของคุณ

วันนี้ความเร็วของอิเล็กตรอนได้กลายเป็นขีด จำกัด : ที่ 10GHz สัญญาณไฟฟ้าไม่สามารถแพร่กระจายได้มากกว่า 3 ซม. นี่คือขนาดของโปรเซสเซอร์ปัจจุบันโดยประมาณ เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้คุณอาจมีหลายโดเมนซิงโครนัสอิสระในชิปของคุณลดข้อ จำกัด ในการแพร่กระจายสัญญาณ แต่นี่เป็นเพียงปัจจัยเดียวที่ จำกัด ในบรรดาความเร็วในการเปลี่ยนทรานซิสเตอร์การกระจายความร้อน EMC และอื่น ๆ (แต่ฉันไม่ได้อยู่ในอุตสาหกรรมโรงหล่อซิลิคอน)

มีตัวแปรที่ซับซ้อนมากมายที่ส่งผลกระทบต่อความเร็วของ CPU โดยรวม แต่ตัวแปรหลักคือความเร็วสัญญาณนาฬิกาซึ่งเพิ่มขึ้นในช่วงกลางยุค 2000 แล้วแบนเนื่องจากข้อ จำกัด ทางกายภาพ การใช้พลังงานต่อชิปเพิ่มขึ้นในช่วงเวลานั้นเพื่อชดเชยการสูญเสีย / การรั่วไหลของชิป ชิปซีพียูร้อนเกินไปและเทคโนโลยีการระบายความร้อนมีความสำคัญมากขึ้นและไม่สามารถใช้กำลังไฟเพิ่มขึ้นได้ (โดยไม่ต้องละลายเลย!)

Extremetech.comให้สำรวจที่ดีที่ชี้ให้เห็นว่ากฎของมัวร์เป็นความคิดที่ได้รับจริงส่วนใหญ่เป็นเชื้อเพลิงโดยDennard ปรับ หลังยุบในช่วงกลางยุค 2000 มีปัจจัยการออกแบบ / การปรับปรุงอื่น ๆ อีกมากมายที่เกี่ยวข้องกับชิป "ความเร็ว" (ที่ "ความเร็ว" ถูกวัดเป็นเวลาในการประมวลผลรหัสโดยรวมและไม่เพียง แต่ความเร็วสัญญาณนาฬิกา) ที่มีแนวโน้มที่จะปกปิดจุดผันในความสามารถของฮาร์ดแวร์เช่นแคช การคาดคะเนสาขา ฯลฯ ซึ่งถูกเพิ่มเข้ามาด้วยความกว้างของประตูที่เล็กลง ความกว้างของประตูก็มีแนวโน้มที่จะหยุดลดลงหรืออย่างน้อยก็ลดน้อยลงอย่างรวดเร็วในแต่ละรุ่น

ทำไมแนวโน้มการ จำกัด เหล่านี้จึงไม่เป็นที่รู้จักกันดี บางหน่วยงานที่มีความรู้เกี่ยวกับแนวโน้มเหล่านี้มากที่สุด "มีโอกาสสูญเสียมากที่สุด" และแท้จริงแล้วมีแนวโน้มที่จะเผยแพร่น้อยที่สุด เช่น Intel ซึ่งมีมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์จะไม่เผยแพร่ข้อมูลภายในที่เป็นกรรมสิทธิ์ซึ่งชี้ถึงข้อ จำกัด หรือลดลงในประสิทธิภาพในอนาคต

มีความเป็นไปได้ใหม่ ๆ บนขอบฟ้าซึ่งอาจนำไปสู่แนวโน้มใหม่โดยสิ้นเชิง (แต่บางอันเกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีที่แตกต่างกันเกือบทั้งหมด / เทคนิคการผลิต) รวมถึงชิปโทนิค, ชิป 3 มิติที่วางชิปในหลายชั้น, ควอนตัมคอมพิวเตอร์ ทรานซิสเตอร์ ฯลฯ

การมอบหมายให้โปรเซสเซอร์เพิ่มเติม

การพิจารณาอื่น (นอกเหนือจากคำตอบที่ยอดเยี่ยมอื่น ๆ ) คือการมอบหมายงานให้โปรเซสเซอร์อื่น ในช่วงแรกของการคำนวณมีโปรเซสเซอร์เพียงตัวเดียวเท่านั้น สำหรับกราฟิกการคำนวณนั้นถูกแชร์กับการคำนวณอื่นใน CPU เดียวกัน ตอนนี้เรามีโปรเซสเซอร์ที่แยกต่างหากสำหรับการประมวลผลกราฟิก

หลายแกน

โปรเซสเซอร์ที่ทันสมัยหลายแห่งมีแกนหลายแกนในซิลิคอนชิ้นเดียวกัน เนื่องจากพวกเขาใช้ซิลิกอนชิ้นเดียวกันร่วมกันพวกมันจึงไม่ได้รับผลกระทบมากนักจากการที่ชิปหยุดทำงานช้าลงไปยังคอร์ / โปรเซสเซอร์อื่น ตัวอย่าง: ตัวประมวลผลกราฟิก

การขยายหน่วยความจำและที่อยู่

ไมโครโพรเซสเซอร์ 8 บิตรุ่นแรกมีช่วงแอดเดรสที่เล็กกว่าโปรเซสเซอร์ 32 บิตและ 64 บิตในปัจจุบัน โปรเซสเซอร์ที่ทันสมัยมีช่วงหน่วยความจำเพิ่มขึ้นซึ่งหมายความว่าสามารถทำการคำนวณได้มากกว่าในหน่วยความจำแทนที่จะต้องเข้าถึงที่เก็บข้อมูลภายนอก

นอกจากนี้ยังใช้กับหน่วยความจำบนชิปเช่นกัน พื้นที่ที่อยู่ที่ใหญ่กว่าช่วยให้ความทรงจำที่ใหญ่กว่าอยู่ใกล้กับแกนกลางมากขึ้นในขณะที่ยังคงมีพื้นที่ที่อยู่นอกซิลิคอนขนาดใหญ่

ท่อและแคช

เมื่อหน่วยความจำเริ่มมีราคาถูกลงคอมพิวเตอร์สมัยใหม่กำลังใช้ข้อมูลและท่อส่งคำสั่งที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นรวมถึงข้อมูลและแคชคำสั่ง วิธีนี้ช่วยเพิ่มความเร็วในการประมวลผลโดยลดความต้องการดึงข้อมูลจากหน่วยความจำช้าลง (นอกซิลิคอน) ไปยังแคชภายใน โปรเซสเซอร์บางตัวมีความสามารถในการบรรจุforลูปในแคชคำสั่ง

สรุป

คอมพิวเตอร์ของวันนี้เร็วกว่ามากไม่เพียง แต่เกิดจากความก้าวหน้าของเทคโนโลยีทรานซิสเตอร์และซิลิคอน แต่ยังเกิดจากการมอบหมายงานให้กับโปรเซสเซอร์ / คอร์อื่น ๆ หน่วยความจำเร็วขึ้นและราคาถูกลงทำให้โปรเซสเซอร์มีหน่วยความจำใกล้เคียงกับ CPU มาก ที่อยู่ช่วงให้หน่วยความจำเพิ่มเติมซึ่งหมายถึงการดึงข้อมูลน้อยลงไปยังที่จัดเก็บข้อมูลภายนอก ขนาดการลงทะเบียนที่มากขึ้นทำให้สามารถดึงข้อมูลได้มากขึ้นต่อรอบ (4 ไบต์พร้อมระบบ 32 บิต, 1 ไบต์พร้อมระบบ 8 บิต) หลายคอร์อนุญาตให้มีการดำเนินการแบบขนานแทนที่จะเป็นอนุกรม

ความก้าวหน้าของความเร็วคอมพิวเตอร์เกือบทั้งหมดมาจากหนึ่งในพื้นที่ต่อไปนี้:

ทรานซิสเตอร์ขนาดเล็ก

สองสิ่งเป็นผลมาจากการทำให้ทรานซิสเตอร์มีขนาดเล็กลง:

1. พวกมันอยู่ใกล้กันมากขึ้นดังนั้นเวลาที่ใช้ในการส่งสัญญาณไฟฟ้าจากแหล่งหนึ่งไปยังปลายทางจึงน้อยกว่า ดังนั้นแม้ว่าสัญญาณไฟฟ้าไม่ได้เดินทางใด ๆ ได้เร็วขึ้นกว่า 50 ปีที่ผ่านมาพวกเขามักจะเดินทางในระยะทางที่สั้นกว่านี้
2. สามารถรวมทรานซิสเตอร์ได้มากขึ้นบนชิปซึ่งหมายความว่า "ทำงาน" ได้มากขึ้นในเวลาเดียวกัน ยิ่งมีการเพิ่มทรานซิสเตอร์มากเท่าไหร่ก็ยิ่งยากที่จะหางานที่มีประโยชน์สำหรับพวกเขาเท่านั้น แต่มีการใช้เทคนิคที่ชาญฉลาดมากมาย (ดูด้านล่าง)

"งานที่มีประโยชน์" มากขึ้นต่อการเรียนการสอน

ตัวอย่างเช่นโปรเซสเซอร์บางตัวไม่มีคำแนะนำในการคูณหรือหารจำนวนเต็ม แต่งานนี้จะต้องดำเนินการด้วยซอฟต์แวร์รูทีนช้า การเพิ่มคำแนะนำการคูณและหารช่วยเพิ่มความเร็วให้มากขึ้น การเพิ่มคำสั่งfloating-pointสามารถเพิ่มความเร็วซอฟต์แวร์ที่ต้องใช้ตัวเลข floating-point

เป็นวิธีที่สำคัญในการทำมากขึ้น "งานที่เป็นประโยชน์" ต่อการเรียนการสอนมีการเพิ่มขนาดคำ ซีพียูที่สามารถดำเนินการกับหมายเลข 32- บิตมักต้องการคำแนะนำน้อยกว่ามากในการทำงานเดียวกันกับซีพียู 16 บิตหรือ 8 บิต

โปรเซสเซอร์บางตัวรองรับคำสั่งที่ทำหลายอย่างพร้อมกันโดยเฉพาะอย่างยิ่งคำแนะนำที่ดำเนินการเดียวกันกับหลายรายการข้อมูล ( SIMD )

คำแนะนำเพิ่มเติมต่อรอบ

"วงจรสัญญาณนาฬิกา" เป็นวิธีที่โปรเซสเซอร์ดำเนินการจากสถานะปัจจุบันไปเป็นสถานะถัดไป เรียกได้ว่าเป็นหน่วยงานที่เล็กที่สุดที่โปรเซสเซอร์สามารถทำได้ในแต่ละครั้ง อย่างไรก็ตามจำนวนรอบนาฬิกาที่คำสั่งเฉพาะนั้นขึ้นอยู่กับการออกแบบของโปรเซสเซอร์

ด้วยการกำเนิดของpipelined processorมันเป็นไปได้ที่คำสั่งแยกกันสำหรับ "เหลื่อม" คือหนึ่งจะเริ่มก่อนที่ก่อนหน้านี้จะเสร็จสิ้น อย่างไรก็ตามคำสั่งบางคำสั่งอาจทำให้คำสั่งถัดไปเป็นโมฆะซึ่งจะไม่เป็นที่รู้จักจนกว่าคำสั่งต่อไปจะถูกดำเนินการบางส่วนเพื่อให้สิ่งต่าง ๆ มีความซับซ้อน (ตัวประมวลผลไปป์ไลน์มีตรรกะเพื่อให้แน่ใจว่าทุกอย่างทำงานได้ดี แต่ลักษณะของประสิทธิภาพนั้นซับซ้อนกว่า)

ตัวประมวลผล Superscalarนำสิ่งนี้ไปสู่ระดับถัดไปโดยอนุญาตให้สองคำสั่งดำเนินการในเวลาเดียวกันและการดำเนินการที่ไม่เป็นไปตามคำสั่งจะเพิ่มอีกหนึ่งขั้นตอน คุณสมบัติเหล่านี้ต้องการการวิเคราะห์กระแสการเรียนการสอนซึ่งคำสั่งใดไม่ขัดแย้งกัน

แม้ว่าจะมีเทคนิคอื่น ๆ (เช่นการทำนายสาขา , การดำเนินการเก็งกำไร ) สิ่งที่สำคัญมากก็คือภาพรวม:

• ทุกคำสั่งใช้จำนวนรอบนาฬิกาที่แน่นอนเพื่อให้สมบูรณ์ (ไม่จำเป็นต้องคงที่)
• แต่คำสั่งหลายคำสั่งสามารถดำเนินการพร้อมกันได้
• ดังนั้นจึงมี " คำแนะนำต่อรอบ " ซึ่งสามารถวัดได้> 1 สำหรับโปรเซสเซอร์ระดับสูง
• แต่มันขึ้นอยู่กับปริมาณงานเป็นอย่างมาก

รอบเพิ่มเติมต่อวินาที

กล่าวอีกนัยหนึ่งความเร็วสัญญาณนาฬิกาที่สูงขึ้น การเพิ่มความเร็วสัญญาณนาฬิกาไม่เพียงเพิ่มความร้อนเท่านั้น แต่ยังต้องใช้การออกแบบชิปที่มีระเบียบวินัยอีกด้วยเนื่องจากมีการ จำกัด เวลาในการทำให้วงจรมีเสถียรภาพ เราได้รับไมล์สะสมจำนวนมากจากช่วงนี้จนถึงปี 2000 เมื่อเรามีขีด จำกัด ในทางปฏิบัติ

ข้อมูลในสถานที่ที่เหมาะสมในเวลาที่เหมาะสม

แม้ว่าส่วนประกอบภายในซีพียูจะเข้าใกล้กันมากขึ้นเนื่องจากทรานซิสเตอร์หดตัว แต่ซีพียูและแรมก็ยังห่างกัน 5-10 ซม. หากคำสั่งต้องการบางสิ่งจาก RAM คำสั่งนั้นจะไม่ใช้เวลา 5 หรือ 6 รอบในการดำเนินการมันจะใช้เวลาประมาณ 200 นี่คือปัญหาคอขวดของvon Neumann

อาวุธหลักของเราต่อนี้เป็นแคช ข้อมูลที่เข้าถึงล่าสุดมีแนวโน้มที่จะเข้าถึงได้อีกครั้งดังนั้นจึงถูกเก็บไว้ในหน่วยความจำพิเศษ (เรียกว่าแคช) ที่อยู่ภายในชิป CPU ทำให้เข้าถึงได้เร็วขึ้นมาก

อย่างไรก็ตามเทคนิคอื่น ๆ (เช่นการวางท่อและการคาดคะเนสาขา ) ช่วยให้โปรเซสเซอร์ทำงานได้อย่างมีประโยชน์ในขณะที่รอให้ข้อมูลมาถึงและคาดการณ์ว่าจะต้องใช้ข้อมูลใดเร็ว ๆ นี้

โปรเซสเซอร์หลายตัวและ / หรือเฉพาะ

การเขียนซอฟต์แวร์สำหรับโปรเซสเซอร์เดียวง่ายกว่ามากสำหรับโปรเซสเซอร์หลายตัว อย่างไรก็ตามบางครั้งประโยชน์ด้านประสิทธิภาพ / ราคา / การใช้พลังงานทำให้คุ้มค่า

นอกจากนี้โปรเซสเซอร์บางตัวยังเหมาะสมอย่างยิ่งกับงานบางอย่าง ตัวอย่างเช่นGPUได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการคำนวณที่จำเป็นสำหรับการเรนเดอร์กราฟิก 2D และ 3D และเอฟเฟกต์

โปรเซสเซอร์แบบมัลติคอร์เป็นตัวประมวลผลหลายตัวในชิปตัวเดียว

เมื่อคอมพิวเตอร์สามารถทำการคำนวณได้มากขึ้นต่อหน่วยเวลาพวกเขาจะถูกมองว่าเป็นเร็วกว่า การคำนวณแต่ละครั้งอาจไม่เร็วขึ้นกว่า แต่มีการคำนวณเพิ่มเติม การเปรียบเทียบที่ดีคือจำนวนขั้นตอนที่นักวิ่งใช้ หากนักวิ่งทำตัวตามกฎของมัวร์นักวิ่งจะสามารถทำตามขั้นตอนได้มากถึงสองเท่าทุกสองปี ในสาระสำคัญนักวิ่งจะครอบคลุมระยะทางสองเท่าในระยะเวลาเท่ากันที่นักวิ่งทำเมื่อสองปีก่อน ระยะทางหารด้วยเวลาเท่ากับความเร็ว 2 X Distance เท่ากับ 2 X Speed

พลังการประมวลผลของคอมพิวเตอร์ / ซีพียูเป็นวิธีการที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านอย่างรวดเร็ว แต่มันสามารถเปิดและปิดได้อย่างรวดเร็ว ยิ่งคุณสามารถสลับระหว่างการไหลของกระแสและไม่ไหลได้เร็วเท่าไรข้อมูลเพิ่มเติมที่คุณสามารถประมวลผลภายในซีพียูหรือส่งลงบรรทัด

สำหรับโปรเซสเซอร์ทั่วไปที่ใช้ในพีซีการกระจายความร้อนเป็นปัจจัย จำกัด มานานกว่าทศวรรษซึ่งโปรเซสเซอร์ระบายความร้อนด้วยอากาศในพีซีนั้น จำกัด อยู่ที่ประมาณ 4 ghz การระบายความร้อนด้วยน้ำทำให้สิ่งนี้เพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 5 ghz และใช้การระบายความร้อนด้วยไนโตรเจนเพื่อผลักดันอัตรานาฬิกาเป็นประมาณ 6 ghz ถึง 6.5 ghz

อัตรานาฬิกานั้นเป็นหน้าที่ของแรงดันไฟฟ้าเมื่อเทียบกับขนาดวงจรตรรกะ (ใช้เวลานานเท่าใดในการเปลี่ยนสถานะ) แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นหรือมีขนาดเล็กลงของวงจรตรรกะอัตราที่เร็วขึ้น แต่สิ่งนี้แสดงให้เห็นถึงปัญหาการกระจายความร้อนเนื่องจากความหนาแน่นโดยทั่วไปจะเพิ่มขึ้นพร้อมกับการลดขนาดของวงจรตรรกะ ด้วยความหนาแน่นสูงจึงมีพื้นที่เหลือไม่มากสำหรับวัสดุนำความร้อนเพื่อกระจายความร้อน การลดความหนาแน่นช่วยเพิ่มค่าใช้จ่ายและยังเพิ่มความล่าช้าในการแพร่กระจายเนื่องจากวงจรที่ยาวขึ้น

ซีพียูยังไม่ได้รับที่เร็วขึ้นมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาในปัจจุบัน Intel i7 4790K (4.0 ghz, 4.4 ghz turbo) นั้นไม่เร็วกว่ารุ่นที่สองของ Intel i7 2700K (3.5 ghz, 3.9 ghz turbo), อื่น ๆ มากกว่าอัตรานาฬิกาที่เร็วขึ้น (เร็วขึ้นประมาณ 14.3%) ในทางกลับกันเนื่องจากกราฟิก 3 มิติสามารถใช้ประโยชน์จากการทำงานแบบขนานการ์ดแสดงผลได้เพิ่มประสิทธิภาพขึ้น 3 เท่าในช่วง 4 หรือ 5 ปีที่ผ่านมาบางรุ่นมีคุณสมบัติเทียบเท่า 3,000 คอร์ย่อย

แม้ว่าคำตอบที่ได้รับจะดี แต่พวกเขาทั้งหมดดูเหมือนจะซับซ้อนมาก!

คำตอบ "TLDR" อย่างรวดเร็วคือ "จำนวนประตูตรรกะ" และ "ประตูตรรกะเหล่านั้นสามารถยิงได้เร็วแค่ไหน" ลองนึกถึงประตูตรรกะเช่น 1s และ 0s นี่เป็นเพียงทรานซิสเตอร์ / หลอดสูญญากาศ / สิ่งที่เปิดหรือปิด 1 คือเปิด 0 ปิด

ไฟฟ้าไม่ได้เคลื่อนที่เร็วขึ้นหรือช้าลง แต่คุณสามารถอัดและเลขศูนย์บนชิปของคุณได้มากขึ้นเพราะตัวมันและเลขศูนย์นั้นเล็กกว่า และคุณสามารถทำให้มันพลิกเร็วขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป นั่นทำให้คำตอบง่ายขึ้นเล็กน้อยหรือไม่?

สองปัจจัยที่ใหญ่ที่สุดคือความจริงที่ว่าทรานซิสเตอร์ลดระดับลงอย่างไร้สาระดังนั้นตอนนี้เราจึงมีสมาร์ทโฟนที่มีทรานซิสเตอร์มากกว่าหนึ่งพันล้านตัวและการเปลี่ยนทรานซิสเตอร์จากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่งนั้นเร็วขึ้นมาก การสลับที่เร็วกว่าจะแปลโดยตรงเป็นความเร็วมากขึ้น จำนวนทรานซิสเตอร์ที่สูงขึ้นจะเพิ่มความเร็วโดยทางอ้อมเพราะเป็นตัวเพิ่มการปรับปรุงอื่น ๆ ที่ถูกกล่าวถึง: เรามีแคชเพราะเรามีทรานซิสเตอร์มากขึ้น เรามีการลงทะเบียนมากขึ้นเรื่อย ๆ เพราะเรามีทรานซิสเตอร์มากขึ้น เรามีคำแนะนำเวกเตอร์เพราะเรามีทรานซิสเตอร์มากขึ้น เรามีโปรเซสเซอร์ดูอัลควอดคอร์หรือสิบคอร์เพราะเรามีทรานซิสเตอร์มากกว่า

ในระดับที่เล็กกว่ามากเรามีการปรับปรุงความเร็วเนื่องจากการออกแบบที่ดีขึ้น ตัวอย่างเช่นตัวคูณไม่เพียงเร็วขึ้นเพราะเรามีทรานซิสเตอร์มากกว่า แต่เพราะเราใช้วิธีที่ดีกว่า การทำนายสาขาได้รับการปรับปรุงให้ดียิ่งกว่าการมีทรานซิสเตอร์ให้ใช้มากขึ้น แต่ทั้งหมดนี้เป็นผลเล็กน้อยเมื่อเทียบกับกำลังดุร้ายของทรานซิสเตอร์หนึ่งพันล้านตัว

(ตัวประมวลผลใน Mac เครื่องแรกนั้นเรียกว่าตัวประมวลผลโมโตโรล่า 68000 เพราะมันมีทรานซิสเตอร์ 68000 ไอแพดใหม่มีประมาณ 20,000 เท่า)

ฉันเป็นวิศวกรเครื่องกลดังนั้นฉันจึงไม่คุ้นเคยว่ามันมีผลต่อความเร็วของโปรเซสเซอร์หรือไม่ว่ามันจะกลายเป็นปัจจัย จำกัด หรือไม่ แต่ฟิสิกส์ที่อยู่เบื้องหลังนั้นมีเสียง การเหนี่ยวนำและความจุของวงจรจะมีผลต่อความรวดเร็วของสัญญาณแรงดันไฟฟ้าดิจิตอลที่สามารถขึ้น ๆ ลง ๆ ซึ่งส่งผลต่อความเร็วในการเปลี่ยน โดยหลักการแล้วสัญญาณสวิตชิ่งน่าจะเป็นคลื่นสี่เหลี่ยมที่ดี ในความเป็นจริงพวกเขาจะผิดรูปเล็กน้อยและลาดที่ขอบ สัญญาณจะต้องสูงขึ้นและสูงพอที่จะอ่านได้ก่อนรอบนาฬิกาถัดไป โดยพื้นฐานแล้วคลื่นสัญญาณจำเป็นต้องมี "จุดแบน" ที่ด้านบน หากคุณสลับเร็วเกินไปคุณจะได้รับสัญญาณคลื่นแหลมมากขึ้น ผู้ที่คุ้นเคยกับสัญญาณดิจิตอลสามารถชี้แจงหากจำเป็น แต่ความคิดที่ถูกต้อง