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.