Задать вопрос
@ehevnlem
Программирую с 1975, в интернете с 1993.

Почему не делают процессоры с тактовой частотой десятки ГГц?

Процессоры имеют тактовую частоту около 5ггц. Уже есть транзисторы с частотой десятки ГГц. Почему не делают процессоры с такой частотой?
  • Вопрос задан
  • 23544 просмотра
Подписаться Простой 2 комментария
Решения вопроса 1
VoidVolker
@VoidVolker
Dark side eye. А у нас печеньки! А у вас?
Физика и материалы. На уровне транзистора частота - это то, как быстро транзистор может переключаться из одного состояния в другое. Это требует затрат времени и энергии. Чем быстрее транзистор переключается - тем больше частота. Чтобы быстрее переключить транзистор можно приложить больше энергии, а больше энергии - больше тепловыделение из-за сопротивления. А чем больше температура - тем больше сопротивление и нагрев ещё выше. Вместе с ростом температуры меняются и свойства транзисторов, и то, как они работают. Плюс каждое переключение тоже требует затрат энергии и тоже увеличивает тепловыделение. Плюс ещё и надо всю эту энергию подвести к каждому транзистору - это тоже требует линий, по которым течёт ток и, которые тоже выделяют тепло. Ещё есть, например, такие факторы, как скорость света и синхронизация сигналов в разных частях микросхемы - из-за чего приходится замедлять и удлинять некоторые линии связи между транзисторами, чтобы в нужном месте сигнал пришёл в нужное временное окно. А в современных процессорах миллиарды транзисторов. И каждый из них должен работать в чётко в нужное время. Не забываем, про то, что даже два одинаковых транзистора могут чуток отличаться характеристиками. А из-за уменьшения техпроцессов ещё надо учитывать различные квантовые и пограничные эффекты. И такого рода факторов - огромное количество. Поэтому и разрабатывают постоянно новые виды транзисторов, новые материалы, новые средства производства и прочее.

На самом деле рост частоты процессоров есть - четверть века назад процессоры на полтора-два гигагерца были нормой. Сейчас уже норма - 4-5 гигагерц. Так что прирост частоты есть - просто очень медленный. На самом деле есть транзисторы и даже процессоры (конечно, очень простые и ограниченные) на терагерцы - это очень узкоспециализированные устройства. Например, такие работают в детекторах ускорителей частиц - ATLAS и CMS в большом адронном коллайдере. Они охлаждаются жидким гелием и работают при температуре чуть выше абсолютного нуля. Там вообще очень сложная многоступенчатая система из нескольких вычислительных систем, которые фильтруют первичные потоки данных объёмом в террабиты/с. Или, ещё например терагерцовые сканеры на десятки и сотни терагерц.

Ну и добавлю возможно не всем очевидную вещь: резкие технологические скачки не выгодны большому бизнесу - выгоднее доить потребителей и медленно наращивать ТТХ.
Ответ написан
Пригласить эксперта
Ответы на вопрос 7
15432
@15432
Системный программист ^_^
Ограничения текущей кремниевой технологии. Для повышения частот нужно переходить на другие материалы, это уже прорабатывается и рассматривается. Пока что выгоднее фигачить больше ядер, чем увеличивать гигагерцы.
Ответ написан
hint000
@hint000
у админа три руки
Скорость распространения сигнала конечная. При частоте 5 ГГц половина длины волны в кремнии составляет около 7 мм.
Допустим, в одной точке кристалла происходит переключение из 0 в 1, а на следующем такте из 1 в 0; допустим, этот сигнал идёт по извилистым путям длиной 7 мм, хотя точка назначения всего в 1 мм или в 2 мм от исходной точки, и когда до конечной точки только доходит 1, исходная точка уже успела перейти в 0. Уже бардак какой-то, в таких условиях невозможно нормально работать. Приходится высчитывать микронные дистанции и решать головоломку со взаимным расположением блоков процессора даже при нынешних частотах. При десятках миллиардов транзисторов это сумасшедшая задача. Чтобы повысить частоту и сохранить синхронную работу всех частей процессора, нужно уменьшать расстояния, пробегаемые электронами, уменьшать размеры транзисторов. С этим трудности.

А вторая проблема - чем больше частота, тем больше потребление и нагрев.
Ответ написан
opium
@opium
Просто люблю качественно работать
Не учи в школах математику физику химию и другие науки все в жизни тебе будет казаться магией
Ответ написан
@elderl
Потому что повышение тактовой частоты не так эффективно, как изменение архитектуры. Увеличение числа ядер, расширение специализированных команд и пр.
Ответ написан
Комментировать
@Balling
На самом деле делают. Например, на Pentium операция сложения занимает 0.20 латентности. То есть сумматор работает на частоте x2 от частоты CPU, 2 сумматора.

Также современные CPU типо 15 поколения Arrow Lake могут складывать числа (если они не выходят из 10 битного буфера) с нулевой латентностью. Кроме того Arrow Lake может делать до 3-ех умножений за цикл, если операций умножения достаточно много в коде.

Кроме того, VISa framework это отладочный интерфейс Intel. И он работает с 10 пикосекундным разрешением, то есть технически 100 GHz.
Ответ написан
Комментировать
@misha8585
Основные причины, по которым тактовая частота процессоров не достигает десятков ГГц:
* Тепловыделение: С ростом частоты экспоненциально растет выделение тепла (P \propto f, где P - мощность/тепло, f - частота). Отвод такого количества тепла от кристалла становится крайне сложной и дорогой задачей. Превышение предела приводит к перегреву и деградации чипа.
* Энергопотребление: Высокая частота требует больше энергии для переключения транзисторов, что неприемлемо для большинства устройств (особенно мобильных) и увеличивает эксплуатационные расходы (электричество, охлаждение).
* Физические ограничения скорости сигнала: Скорость распространения электрического сигнала в проводниках конечна (~0.5-0.7 скорости света). На сверхвысоких частотах время, необходимое сигналу для прохождения даже коротких расстояний внутри чипа, становится сравнимо с длительностью такта, что вызывает проблемы синхронизации и ограничивает размер и сложность чипа.
* Токи утечки: С уменьшением размеров транзисторов (техпроцесса) растут токи утечки, которые также вносят вклад в нагрев и энергопотребление, особенно на высоких частотах.
Вместо наращивания частоты производители сосредоточились на:
* Многоядерности: Увеличение числа ядер позволяет выполнять больше задач параллельно.
* Улучшении архитектуры: Повышение эффективности каждого такта (IPC - instructions per clock), оптимизация кэшей, предсказания ветвлений и т.д.
Ответ написан
Комментировать
@ehevnlem Автор вопроса
Программирую с 1975, в интернете с 1993.
Спасибо, узнал много нового. Практически меня интересует терему т скоростной процессор для ии. Там простые алгоритмы
Ответ написан
Комментировать
Ваш ответ на вопрос

Войдите, чтобы написать ответ

Похожие вопросы