Гонка до 1 ГГц была только началом гигагерцовой войны между Intel и AMD, и вскоре процессоры удвоились, утроились и даже увеличились в четыре раза. Казалось, нам суждено было использовать процессор с частотой 10 ГГц.
Как вы можете себе представить, тепло является проблемой. Более быстрые частоты генерируют больше тепла, поэтому вы видите, что профессиональные оверлокеры используют жидкий азот, пытаясь вытолкнуть частоту на новые высоты. Конечно, использование LN2 нецелесообразно.
В сообщении в блоге о зоне разработки Intel Виктория Жислина поясняет технический характер дизайна ЦП и почему частоты больше не толкаются все выше, как они когда-то были.
Основное ограничение встречается на уровне конвейера, который является неотъемлемой частью суперскалярной структуры. Функционально каждое выполнение инструкции процессора делится на несколько этапов ... Эти шаги последовательны, и каждый выполняется на отдельном вычислительном устройстве , - поясняет Жесилина.
На приведенной выше диаграмме представлена упрощенная серия шагов, разбитых на тактовые сигналы. К началу второго периода тика (t2) первый шаг завершен, и второй шаг может начаться на втором устройстве.
«Что это связано с частотой? На самом деле, разные этапы могут меняться во время выполнения. В то же время различные шаги одной и той же команды выполняются во время разных тактов синхронизации. Длина тактового сигнала (и частота) процессора должен соответствовать самому длинному этапу », - говорит Жислина.
С этой установкой нет никакого преимущества в том, чтобы установить тактовую частоту тактового сигнала короче, чем самый длинный шаг. Это технически возможно сделать, но не приведет к ускорению процессора.
«Предположим, что для достижения самого длинного шага требуется 500 пс (пикосекунд) для исполнения. Это тактовая частота тактового сигнала, когда частота компьютера равна 2 ГГц. Затем мы устанавливаем тактику часов в два раза короче, что составляет 250 пс, и все, кроме частоты остается тем же самым. Теперь то, что было идентифицировано как самый длинный шаг, выполняется в течение двух тактов, что вместе занимает 500 пс. Ничего не получается, делая это изменение, в то время как проектирование такого изменения становится намного сложнее, а тепловыделение увеличивается », - поясняет Жислина.
Более быстрая частота ускорит первоначальное выполнение. Однако это приведет к задержкам дальше по линии, поэтому ничего не получается. По словам Жислины, единственный способ повысить частоту - сократить самый длинный шаг.
К сожалению, сейчас не так много способов сделать это. Один из способов - разработать более продвинутый технологический процесс, который уменьшит физический размер компонентов. Это ускоряет работу процессора, поскольку электрические импульсы движутся на более короткие расстояния, а также потому, что будет уменьшено время переключения транзисторов.
«Проще говоря, все ускоряется равномерно. Все шаги сокращаются равномерно, включая самый длинный, и в результате частота может быть увеличена. Это звучит довольно просто, но путь вниз по нанометровой шкале очень сложный. на нынешнем уровне технологий и достижений не может выйти за рамки этих физических ограничений », - говорит Жислина.
Несмотря на это, предпринимаются постоянные усилия для достижения этой цели, и в результате мы наблюдаем постепенное увеличение основных частот процессора.
