ความถี่สัญญาณนาฬิกาสูงสุดของไมโครโปรเซสเซอร์


9

เมื่อเร็ว ๆ นี้ฉันได้ยินมาว่า AMD ได้เปิดตัวชุด Vishera ใหม่ของโปรเซสเซอร์ FX ซึ่งทำงานที่ 5 GHZ คำถามของฉันคือไม่ว่าจะมีอัตรานาฬิกาบนของโปรเซสเซอร์หรือไม่ นั่นคือสิ่งที่เราสามารถเพิ่มอัตรานาฬิกาได้เรื่อย ๆ หรือไม่? ปัญหาไฟฟ้าใดบ้างที่เราจะต้องเผชิญในอัตรานาฬิกาที่สูงขึ้น


ทำไมคุณคิดว่ามันจะเป็นอย่างอื่นมากกว่า 5 GHz
jippie

@ jippie ฉันไม่เข้าใจ
Torsten HĕrculĕCärlemän

คุณหมายถึงโดยทั่วไปหรือตัวอย่างเฉพาะนี้ คุณอาจต้องการชี้แจงคำถามของคุณ
jippie

@ jippie ให้เป็นตัวอย่าง คำถามของฉันคือว่าเรายังคงเพิ่มอัตรานาฬิกา ฉันแก้ไขโพสต์ของฉันแล้ว
Torsten HĕrculĕCärlemän

คำตอบ:


10

แก้ไข : คำถามนี้นำไปสู่การอภิปรายที่ยาวนาน เป็นสิ่งสำคัญที่ต้องเข้าใจว่าข้อเท็จจริงที่ว่าความเร็วของซีพียูไม่ได้เพิ่มขึ้นในช่วงปีที่ผ่านมานั้นเกี่ยวข้องกับประเด็นเชิงพาณิชย์และไม่เกี่ยวข้องโดยตรงกับปัญหาทางวิศวกรรมหรือทางกายภาพ คุณสามารถตรวจสอบลิงค์นี้เพื่อหาความถี่สูงสุดที่ทำได้ด้วย CPU ที่มีอยู่โดยการโอเวอร์คล็อกและ supercooling

จากการประดิษฐ์ของพีซีเครื่องแรกและจนถึงต้นปี 2000 พารามิเตอร์หลักของ CPU แต่ละตัวคือความถี่ (ความถี่สูงสุดของการทำงาน) ผู้ผลิตพยายามหาเทคโนโลยีใหม่ที่จะช่วยให้ความถี่สูงขึ้นและนักออกแบบชิปทำงานอย่างหนักในการพัฒนาสถาปัตยกรรมไมโครซึ่งจะช่วยให้ชิปทำงานบนความถี่สูงขึ้น

อย่างไรก็ตามเมื่อชิปมีขนาดเล็กลงและเร็วขึ้นปัญหาการกระจายความร้อนเกิดขึ้น - เมื่อความร้อนทั้งหมดที่เกิดจากการสลับทรานซิสเตอร์ไม่สามารถกระจายไปได้ชิปก็จะเสียหาย วิศวกรเริ่มที่จะติดแผ่นระบายความร้อนกับตัวประมวลผลจากนั้นแฟน ๆ แต่ในที่สุดพวกเขาก็สรุปได้ว่าวิธีการเพิ่มความถี่ของ CPU นั้นไม่สามารถใช้งานได้จริงในแง่ของประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นต่อค่าใช้จ่ายที่เพิ่มขึ้น

กล่าวอีกนัยหนึ่ง: ความถี่ซีพียูสามารถเพิ่มขึ้นได้ แต่สิ่งนี้ทำให้ซีพียู (อันที่จริงไม่ใช่ซีพียู แต่กลไกการระบายความร้อน) มีราคาแพงเกินไป ผู้บริโภคจะไม่ซื้อคอมพิวเตอร์ราคาแพงหากมีทางเลือก

โดยทั่วไปกระบวนการทางเทคโนโลยีในปัจจุบันอนุญาตให้ใช้งานความถี่สูงได้ (ทางด้านบน ~ 3GHz ซึ่ง Intel มักใช้และแม้ 5GHz ของ AMD จะไม่ใช่เพดาน) อย่างไรก็ตามต้นทุนการเชื่อมโยงของอุปกรณ์ทำความเย็นที่ต้องการความถี่สูงเหล่านี้สูงเกินไป

ผมอยากจะเน้นนี้: ไม่มีผลทางกายภาพซึ่งจะช่วยป้องกันการพัฒนาของตัวประมวลผล 8-10GHz กับเทคโนโลยีในปัจจุบัน อย่างไรก็ตามคุณจะต้องจัดเตรียมกลไกการทำความเย็นที่มีราคาแพงมากเพื่อป้องกันโปรเซสเซอร์ดังกล่าวไม่ให้เกิดการไหม้

นอกจากนี้โปรเซสเซอร์มักจะทำงานใน "ระเบิด" - พวกเขามีช่วงเวลาที่ไม่ได้ใช้งานนานมากตามด้วยระยะเวลาสั้น ๆ แต่เข้มข้นมาก (และดังนั้นจึงใช้พลังงานสูง) ช่วงเวลา วิศวกรสามารถสร้างโปรเซสเซอร์ 10GHz ซึ่งทำงานที่ความถี่สูงสุดในช่วงเวลาสั้น ๆ (และไม่ต้องการการระบายความร้อนเพิ่มเติมเนื่องจากช่วงเวลาสั้น ๆ ) แต่วิธีการนี้ก็ลดลงเช่นเดียวกับไร้ค่า (การลงทุนสูงในการพัฒนาเทียบกับกำไรที่น่าสงสัย ) อย่างไรก็ตามหลังจากการปรับปรุงสถาปัตยกรรมไมโครในอนาคตวิธีการนี้อาจได้รับการพิจารณาใหม่ ฉันเชื่อว่าโปรเซสเซอร์ 5GHz AMD นี้ไม่ทำงานอย่างต่อเนื่องที่ 5GHz แต่เพิ่มนาฬิกาภายในเป็นสูงสุดในช่วงระยะสั้น

ข้อ จำกัด ทางกายภาพ: มีข้อ จำกัด ทางกายภาพสำหรับอัตรานาฬิกาที่ทำได้สูงสุดสำหรับเทคโนโลยีกระบวนการแต่ละอัน (ซึ่งขึ้นอยู่กับขนาดคุณลักษณะขั้นต่ำของเทคโนโลยี) อย่างไรก็ตามฉันคิดว่าโปรเซสเซอร์ล่าสุดของ Intel ซึ่งถูกผลักดันจนถึงขีด จำกัด นี้คือ Pentium 4 ซึ่งหมายความว่า วันนี้เมื่อความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและขนาดคุณสมบัติที่น้อยที่สุดลดลง (ในขณะเดียวกันตามกฎหมายของ Moore) ประโยชน์เพียงอย่างเดียวของการลดนี้คือคุณสามารถใส่ตรรกะให้มากขึ้นในพื้นที่เดียวกัน (วิศวกรไม่ดันความถี่ของ CPU อีกต่อไปจนถึงขีด จำกัด ) ของเทคโนโลยี)

BTW ข้อ จำกัด ข้างต้นไม่สามารถเพิ่มได้ตลอดไป อ่านเกี่ยวกับกฎของมัวร์และปัญหาที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์เพิ่มเติม


ดังนั้นคุณบอกว่าตามกฎของมัวร์เนื่องจากจำนวนชิ้นส่วนจะเพิ่มขึ้นเราจะหมดพื้นที่สำหรับตัวประมวลผลที่เย็นและทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ?
Torsten HĕrculĕCärlemän

@AnuragPallaprolu ฉันไม่รู้ว่าคุณหมายถึงอะไรโดย "จะหมดพื้นที่ในไม่ช้า" เราได้ข้ามจุดที่การเพิ่มความถี่ (ซึ่งเป็นไปได้) ไปแล้วซึ่งไม่เป็นประโยชน์ในเชิงพาณิชย์ อย่างไรก็ตามฉันไม่เชื่อว่าปัญหาการกระจายความร้อนจะลดความถี่ในการใช้งานในอนาคต - ในขณะที่จำนวนทรานซิสเตอร์กำลังเพิ่มขึ้นพลังงานที่ใช้งานจะลดลงโดยทรานซิสเตอร์แต่ละตัวจะลดลง เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับความหมายของพลังการรั่วไหลที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว แต่ไม่ใช่หัวข้อของคำถามนี้
Vasiliy

ส่วนประกอบอื่น ๆ จะไม่ได้รับผลกระทบจากความถี่ที่สูงขึ้นหรือไม่ ควรตั้งเวลาเพื่อซิงโครไนซ์ด้วยหรือไม่
Torsten HĕrculĕCärlemän

ไม่จำเป็น. ซีพียูสมัยใหม่ใช้นาฬิกาจำนวนมาก (ภายใน) บางคนเร็วขึ้นบางคนช้า มีวิธีแก้ไขปัญหาที่มั่นคงสำหรับปัญหาการซิงโครไนซ์ (หรือที่รู้จักกันทั่วไปว่าเป็นปัญหาการข้ามโดเมน)
Vasiliy

@AnuragPallaprolu ฉันแก้ไขคำตอบของฉัน มันเป็นคำตอบที่สมบูรณ์แบบที่สุดที่ฉันสามารถให้ได้ ฉันยังพบสิ่งใหม่สำหรับตัวเอง - มีการบันทึกสถิติโลกที่ตรวจสอบความถี่ของ CPU คุณสามารถเห็นได้ว่าแม้โปรเซสเซอร์ที่ไม่ได้ออกแบบมาให้ทำงานที่ 8GHz สามารถเข้าถึงความถี่เหล่านี้ได้
Vasiliy

0

มีข้อ จำกัด ทางกายภาพ

ความถี่โปรเซสเซอร์ถูก จำกัด โดย:

  • ความเร็วของกระแสไฟฟ้า (เช่นเป็นทองแดง)
  • ความเร็วการสลับของทรานซิสเตอร์
  • ขนาดของโปรเซสเซอร์

สมมติว่าคุณมีตัวคูณและลงทะเบียนบน CPU ตัวแปรอินพุตบางตัวถูกคูณและเก็บไว้ในรีจิสเตอร์

สัญญาณไฟฟ้าต้องใช้เวลาในการเดินทางผ่านเส้นสัญญาณและทรานซิสเตอร์

หากคุณเพิ่มอัตรานาฬิกามากเกินไปการคูณจะไม่เสร็จสิ้นเมื่อรอบถัดไปมีการตั้งค่าและคุณอาจต้องการใช้ผลลัพธ์ของการคูณในคำสั่งถัดไป!

ดังนั้นหาก CPU มีขนาดเล็กลงคุณสามารถเพิ่มความถี่สูงขึ้นได้

ดูเพิ่มเติมที่: การแพร่กระจายล่าช้า คอขวดการเชื่อมต่อ

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.