ความเร็วของ CPU ผิดกฎของมัวร์ไปแล้วหรือไม่?

ฉันจำได้ว่าประมาณปี 1995 มีคอมพิวเตอร์ที่มีความเร็ว CPU 75 MHz

จากนั้นสองสามปีต่อมาประมาณปี 1997 มีหนึ่งที่ 211 MHz

จากนั้นไม่กี่ปีต่อมาประมาณ 2000 มีหนึ่งที่เหมือน 1.8 GHz แล้วประมาณ 2003 มีหนึ่งที่ประมาณ 3 GHz

ตอนนี้เกือบ 8 ปีต่อมาพวกเขายังคงความเร็วสูงสุดที่ 3 GHz นี่เป็นเพราะกฎของมัวร์หรือไม่?

สิ่งแรกจำไว้ว่ากฎของมัวร์ไม่ใช่กฎหมายมันเป็นเพียงการสังเกต และมันไม่จำเป็นต้องเกี่ยวข้องกับความเร็ว แต่อย่างใดโดยตรง

แต่เดิมมันเป็นเพียงการสังเกตว่าความหนาแน่นขององค์ประกอบนั้นเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าในทุก ๆ ช่วงเวลานั่นคือไม่มีอะไรเกี่ยวข้องกับความเร็ว
ในฐานะที่เป็นผลข้างเคียงมันทำให้สิ่งต่าง ๆ ทั้งสองอย่างรวดเร็วขึ้น (สิ่งต่าง ๆ บนชิปเดียวกันระยะทางใกล้กว่า) และราคาถูกกว่า (ต้องการชิปน้อยลงชิปมากขึ้นต่อซิลิคอนเวเฟอร์)

มีข้อ จำกัด อยู่บ้าง เมื่อการออกแบบชิปเป็นไปตามกฎหมายของมัวร์และส่วนประกอบมีขนาดเล็กลงเอฟเฟกต์ใหม่จะปรากฏขึ้น เมื่อส่วนประกอบมีขนาดเล็กลงพวกมันจะมีพื้นที่ผิวเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับขนาดของมันและกระแสไฟรั่วดังนั้นมันทำให้คุณต้องปั๊มไฟฟ้าเข้าไปในชิปมากขึ้น ในที่สุดคุณก็สูญเสียน้ำผลไม้มากพอที่จะทำให้ชิปร้อนและเสียพลังงานมากกว่าที่คุณสามารถใช้ได้

แม้ว่าฉันไม่แน่ใจ แต่นี่อาจเป็นขีด จำกัด ความเร็วในปัจจุบันว่าส่วนประกอบมีขนาดเล็กมากจนทำให้เสถียรภาพทางอิเล็กทรอนิกส์ มีวัสดุใหม่ที่จะช่วยสิ่งนี้ แต่จนกว่าจะมีวัสดุใหม่ปรากฎขึ้น (เพชรกราฟีน) เราจะเข้าใกล้ขีด จำกัด ความเร็ว MHz แบบดิบ

ที่กล่าวว่า CPU MHz ไม่ใช่ความเร็วคอมพิวเตอร์เหมือนแรงม้าไม่ได้มีความเร็วสำหรับรถยนต์ มีหลายวิธีที่จะทำให้สิ่งต่าง ๆ เร็วขึ้นโดยไม่ต้องมีเลข MHz อันดับต้น ๆ

แก้ไขล่าสุด

กฎของมัวร์อ้างถึงกระบวนการเสมอว่าคุณสามารถเพิ่มความหนาแน่นของชิปเป็นสองเท่าในช่วงเวลาการทำซ้ำตามปกติ ตอนนี้ดูเหมือนว่ากระบวนการย่อย 20nm อาจจนตรอก หน่วยความจำใหม่จะถูกจัดส่งในกระบวนการเดียวกันกับหน่วยความจำเก่า ใช่นี่เป็นจุดเดียว แต่มันอาจเป็นลางสังหรณ์แห่งอนาคต

อีกล่าช้าแก้ไขArs Technica บทความทั้งหมด แต่ประกาศว่าตาย สนุกกับการได้อยู่กับคุณมา 50 ปีแล้ว

กฎของมัวร์อธิบายแนวโน้มระยะยาวในประวัติศาสตร์ของฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ จำนวนทรานซิสเตอร์ที่สามารถวางในวงจรรวมราคาไม่แพงเป็นสองเท่าทุก ๆ สองปี มันไม่เกี่ยวกับความเร็วสัญญาณนาฬิกา

นอกจากนี้ยังมีความเร็วสัญญาณนาฬิกาของ CPU ไม่ได้เป็นตัวบ่งชี้ความน่าเชื่อถือของการใช้พลังงานในการประมวลผล

ยิ่งความเร็วสัญญาณนาฬิกาเร็วขึ้นเท่าใดแรงดันไฟฟ้าที่ลดลงก็จำเป็นต้องมีสัญญาณที่สอดคล้องกัน แรงดันไฟฟ้าที่มากขึ้นจะต้องเพิ่มขึ้น พลังงานที่จำเป็นมากขึ้นก็จะยิ่งทำให้ชิปของคุณร้อนขึ้น สิ่งนี้จะสลายชิปเร็วขึ้นและช้าลง

ณ จุดหนึ่งมันไม่คุ้มที่จะเพิ่มความเร็วสัญญาณนาฬิกาอีกต่อไปเนื่องจากอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจะมากกว่าที่จะเพิ่มแกนอีกแกนหนึ่ง นี่คือสาเหตุที่มีการเพิ่มจำนวนคอร์

เมื่อเพิ่มแกนเพิ่มเติมความร้อนก็จะขึ้นเป็นเส้นตรง คือมีอัตราคงที่ระหว่างความเร็วสัญญาณนาฬิกาและกำลังดึง โดยการทำให้แกนเร็วขึ้นมีความสัมพันธ์กำลังสองระหว่างความร้อนและทรงกระบอกนาฬิกา เมื่ออัตราส่วนสองเท่ากันถึงเวลาแล้วที่จะได้แกนอีกแกน

นี่เป็นอิสระจากกฎของมัวร์ แต่เนื่องจากคำถามเกี่ยวกับจำนวนรอบของนาฬิกาไม่ใช่จำนวนทรานซิสเตอร์คำอธิบายนี้จึงน่าจะเหมาะกว่า ควรสังเกตว่ากฎของมัวร์นั้นมีข้อ จำกัด ในเรื่องของตัวเอง

แก้ไข:ทรานซิสเตอร์เพิ่มเติมหมายถึงการทำงานมากขึ้นจะทำต่อรอบนาฬิกา นี่เป็นตัวชี้วัดที่สำคัญมากซึ่งบางครั้งก็ถูกมองข้าม (เป็นไปได้ที่จะมีซีพียู 2Ghz มีประสิทธิภาพสูงกว่าซีพียู 3Ghz) และนี่เป็นพื้นที่สำคัญของนวัตกรรมในปัจจุบัน ดังนั้นแม้ว่าความเร็วสัญญาณนาฬิกาจะเสถียร แต่โปรเซสเซอร์ก็เริ่มทำงานได้เร็วขึ้นในแง่ที่ว่าพวกเขาสามารถทำงานได้มากขึ้นต่อหน่วยเวลา

แก้ไข 2: นี่คือลิงค์ที่น่าสนใจที่มีข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับหัวข้อที่เกี่ยวข้อง คุณอาจพบว่ามีประโยชน์

แก้ไข 3:ไม่เกี่ยวข้องกับจำนวนรอบสัญญาณนาฬิกาทั้งหมด (จำนวนแกน * รอบสัญญาณนาฬิกาต่อแกน) เป็นปัญหาของความขนาน หากโปรแกรมไม่สามารถขนานคำสั่งได้ความจริงที่ว่าคุณมีแกนประมวลผลมากขึ้นจะไม่มีความหมายอะไรเลย สามารถใช้งานได้ครั้งละหนึ่งรายการเท่านั้น สิ่งนี้เคยเป็นปัญหาใหญ่กว่าทุกวันนี้ ภาษาส่วนใหญ่ในปัจจุบันรองรับขนานมากกว่าที่เคยมีและมีบางภาษา (ส่วนใหญ่เป็นภาษาโปรแกรมการทำงาน) ที่ทำให้มันเป็นส่วนสำคัญของภาษา (ดูตัวอย่างErlang , AdaและGo )

กฎของมัวร์ทำนายว่าจำนวนทรานซิสเตอร์จะเพิ่มเป็นสองเท่าทุก ๆ 18 เดือน ในอดีตนี่หมายความว่าความเร็วสัญญาณนาฬิกาสามารถเพิ่มเป็นสองเท่า เมื่อเรามีความเร็วประมาณ 3 กิกะเฮิร์ตซ์ผู้ผลิตฮาร์ดแวร์ตระหนักว่าพวกเขาชนกับความเร็วของข้อ จำกัด ด้านแสง

โปรดจำไว้ว่าความเร็วของแสงคือ 299,792,458 เมตร / วินาที? นั่นหมายความว่าบนเครื่องไฟ 3 กิกะเฮิร์ตซ์จะเดินทางประมาณหนึ่งในสามของหนึ่งเมตรต่อรอบนาฬิกา นั่นคือแสงเดินทางผ่านอากาศ พิจารณาว่ากระแสไฟฟ้าจะช้ากว่านั้นและประตูและทรานซิสเตอร์ก็จะช้าลงและไม่มีอะไรที่คุณสามารถทำได้ในเวลานั้น เป็นผลให้ความเร็วสัญญาณนาฬิกาลดลงเล็กน้อยและฮาร์ดแวร์จะถูกย้ายไปที่หลายแกนแทน

Herb Sutter พูดถึงสิ่งนี้ในบทความ 2005 "Free Lunch is Over"

http://www.gotw.ca/publications/concurrency-ddj.htm

ชิปที่ใช้ซิลิกอนมีขีด จำกัด สัญญาณนาฬิกาทั่วไปที่ 5 GHz หรือมากกว่านั้นก่อนที่จะเริ่มละลายอย่างแท้จริง มีการวิจัยเกี่ยวกับการใช้แกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs) ซึ่งจะทำให้ชิปมีอัตราสัญญาณนาฬิกาที่สูงขึ้นเช่นในหลายร้อย GHz แต่ฉันไม่แน่ใจว่ามันจะไปได้ไกลแค่ไหน

แต่กฎของมัวร์เกี่ยวข้องกับทรานซิสเตอร์บนชิปไม่ใช่ประสิทธิภาพหรือความเร็วสัญญาณนาฬิกา และในแง่นั้นฉันคิดว่าคุณสามารถพูดได้ว่าเรายังคงปฏิบัติตามกฎของมัวร์โดยแยกออกเป็นหลายแกนประมวลผลที่ยังคงอยู่ในชิปเดียวกัน

จากบทความของ Wikipedia เกี่ยวกับกฎของมัวร์เราคาดว่าจะรักษาจนถึงปี 2558

หากคุณต้องการทราบวิธีการอื่นในการที่เราสามารถมีตัวประมวลผลที่เร็วขึ้นที่ความเร็วสัญญาณนาฬิกาเท่ากันก็ต้องทำตามจำนวนคำสั่งที่สามารถทำได้ต่อหนึ่งพัลส์นาฬิกา จำนวนนั้นเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา

เส้นเวลาของคำแนะนำต่อวินาทีเป็นแผนภูมิที่ดีของจำนวนคำสั่งต่อรอบนาฬิกา

ฉันไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญ EE หรือ Physics แต่ฉันซื้อคอมพิวเตอร์อย่างคร่าวๆทุกสามถึงสี่ปีตั้งแต่ปี 1981 (ใน '81 ฉันซื้อครั้งแรกของฉัน Sinclair ZX81 และสามปีต่อมากับ Commadore 64 ของเล่นจริงๆแล้ว IBM แรกของฉัน โคลนในปี 1987) ดังนั้นฉันมี "ข้อมูลภาคสนาม" 30 ปีในหัวข้อนี้

แม้แต่การใช้ IBM clone แรกของฉันใน '87 เป็นจุดเริ่มต้น (ซึ่งมี RAM 640k และฮาร์ดไดรฟ์ 32MB) โดยการคูณทุกอย่างด้วยสองทุกๆ 18 เดือนฉันได้รับ RAM 10GB ในวันนี้และฮาร์ดไดรฟ์ 1TB ปิดด่า !!!! แค่ RAM น้อยเกินไปและ HD น้อยกว่าสิ่งที่อยู่บนโต๊ะของฉันในวันนี้

เมื่อพิจารณาว่า "กฎหมาย" นี้เห็นได้ชัดว่าเป็นความคาดหวังทั่วไปของการเติบโตแบบทวีคูณของพลังคอมพิวเตอร์ในอนาคตฉันรู้สึกตกใจอย่างตรงไปตรงมาเกี่ยวกับความถูกต้องของการใช้งานมานานกว่าสามทศวรรษ ถ้ามีเพียง "การเดินทางในอวกาศของพลเรือน" "หุ่นยนต์ส่วนตัว" และ "รถโฉบ" ก็เห็นการเติบโตแบบเลขชี้กำลังคล้ายกัน สงสาร

แต่จากมุมมองของผู้ใช้ที่เข้มงวดกฎของมัวร์ดูเหมือนจะดำเนินไปอย่างรวดเร็วในตอนนี้

ผู้กลั่นกรองควบแน่นหลายคำตอบ:

แม้ว่ากฎของมัวร์จะเกี่ยวข้องกับจำนวนของทรานซิสเตอร์ในไมโครชิพอย่างชัดเจน แต่นี่เป็นเพียงเกณฑ์มาตรฐานเดียวในโลกที่มีขนาดใหญ่กว่าและใหญ่กว่าของเทคโนโลยีที่ก้าวหน้าด้วยอัตราเลขยกกำลัง

หากต้องการหยุดความเร็วนาฬิกาตามที่คาดไว้ เราเพียงแค่ต้องดูที่การทดสอบ CPU ของ PassMark: http://www.cpubenchmark.net/high_end_cpus.htmlเพื่อดูว่าคอมพิวเตอร์ได้รับประสิทธิภาพที่ดีขึ้นทุกวัน

จำนวนทรานซิสเตอร์บนชิปเป็นเพียงองค์ประกอบหนึ่งในการเพิ่มพลังคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน

แม้ว่าฉันจะไม่ใช่มัวร์หรือไม่รู้จักเขา แต่ฉันก็เดาว่าในแง่ที่กว้างกว่ากฎหมายของเขาก็คือความพยายามที่จะทำนายการเพิ่มขึ้นของอำนาจการคำนวณแบบทวีคูณ เขาเลือก "จำนวนทรานซิสเตอร์บนชิป" ในฐานะ CONCRETE และสิ่งที่สำคัญที่สุดคือค่ามาตรฐานที่ตรวจจับได้ซึ่งตรงกันข้ามกับ "ความคลุมเครือและยากที่จะพิสูจน์" การยืนยันว่า "พลังคอมพิวเตอร์จะเพิ่มเป็นสองเท่าทุกสองปี" เพื่อพิสูจน์ทฤษฎีของเขาสิ่งที่ชัดเจนที่สามารถวัดได้ง่ายนั้นเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับปทัฏฐาน แต่ฉันจะออกไปที่ขาและแนะนำให้เขาทำนายแนวโน้มที่ใหญ่ขึ้นเกี่ยวกับคอมพิวเตอร์ทุกแง่มุม

เรายังสามารถทำให้โปรเซสเซอร์ทำงานได้เร็วขึ้นด้วยซิลิคอน (แต่ไม่เร็วเกินไป) แต่ ณ จุดนี้มันมีราคาถูก / มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการทำให้โปรเซสเซอร์ (หรือแกนประมวลผล) เล็กลงและมีจำนวนมากขึ้น วัสดุชนิดใหม่เช่นกราฟีนพัดซิลิคอนออกจากน้ำในแง่ของความเร็วในการเปลี่ยนทรานซิสเตอร์ แต่เรายังไม่เชี่ยวชาญในกระบวนการผลิต อดทนรอเร็วขึ้นเรื่อย ๆ อาจเร็วกว่านี้ในภายหลัง