La carrera hacia los 1 GHz fue sólo el comienzo de una guerra de gigahercios entre Intel y AMD, y en poco tiempo los procesadores duplicaron, triplicaron e incluso cuadruplicaron su frecuencia. Parecía que estábamos destinados a utilizar procesadores de 10GHz, así que ¿por qué no lo hacemos?
Como se puede imaginar, el calor es un problema. Las frecuencias más rápidas generan más calor, por lo que los overclockers profesionales utilizan nitrógeno líquido cuando intentan alcanzar nuevas velocidades de reloj. Por supuesto, el uso de LN2 no es práctico.
En una entrada de blog en la Zona de Desarrolladores de Intel, Victoria Zhislina, de Intel, se adentra en la naturaleza técnica del diseño de las CPU y en por qué las frecuencias ya no son cada vez más altas como antes.
«La principal limitación se encuentra en el nivel del transportador, que es parte integral de la estructura superescalar. Funcionalmente, cada ejecución de la instrucción de un procesador se divide en varios pasos… Estos pasos se suceden secuencialmente y cada uno se ejecuta en un dispositivo informático distinto», explica Zhislina.
El diagrama anterior esboza una serie simplificada de pasos, divididos por ticks de reloj. Al comienzo del segundo período de tic (t2), la primera etapa ha finalizado y la segunda puede comenzar en el segundo dispositivo.
«¿Qué tiene que ver esto con la frecuencia? En realidad, las diferentes etapas pueden variar en el tiempo de ejecución. Al mismo tiempo, diferentes etapas de la misma instrucción se ejecutan durante diferentes ticks de reloj. La longitud del tic del reloj (y la frecuencia también) del procesador debe ajustarse al paso más largo», dice Zhislina.
Aquí hay otro diagrama que muestra esto:
Con esta configuración, no hay ninguna ventaja en establecer la longitud de tic del reloj más corta que el paso más largo; es técnicamente posible hacerlo, pero no dará lugar a ninguna aceleración del procesador.
«Supongamos que el paso más largo requiere 500 ps (picosegundo) para su ejecución. Esta es la longitud del tick del reloj cuando la frecuencia del ordenador es de 2GHz. Entonces, establecemos un tick de reloj dos veces más corto, que sería de 250 ps, y todo menos la frecuencia permanece igual. Ahora, lo que se identificó como el paso más largo se ejecuta durante dos ticks de reloj, que juntos toman 500 ps también. No se gana nada con este cambio, ya que su diseño se vuelve mucho más complicado y aumenta la emisión de calor», explica Zhislina.
Una frecuencia más rápida acelerará la ejecución inicial. Sin embargo, esto provocará retrasos más adelante, por lo que realmente no se gana nada. Según Zhislina, la única forma de aumentar la frecuencia es acortar el paso más largo.
Desgraciadamente, ahora mismo no hay muchas formas de hacerlo. Una forma es desarrollar un proceso tecnológico más avanzado que reduzca el tamaño físico de los componentes. Eso hace que el procesador sea más rápido, ya que los impulsos eléctricos recorren distancias más cortas, y también porque habría una reducción en los tiempos de conmutación de los transistores.
«Simplemente, todo se acelera de manera uniforme. Todos los pasos se acortan uniformemente, incluido el más largo, y la frecuencia puede aumentar como resultado. Parece bastante simple, pero el camino hacia la escala nanométrica es muy complicado. El aumento de la frecuencia depende en gran medida del nivel actual de la tecnología y los avances no pueden ir más allá de estas limitaciones físicas», afirma Zhislina.
Aún así, se realizan esfuerzos constantes para conseguir esto mismo, y como resultado vemos un aumento gradual de las frecuencias de los núcleos de las CPU.
Hay mucho más que digerir. Si tienes algo de tiempo libre, pásate por el blog y léelo.