Физика и материалы. На уровне транзистора частота - это то, как быстро транзистор может переключаться из одного состояния в другое. Это требует затрат времени. 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.
Средний
Средний