La course au 1GHz n’était que le début d’une guerre du gigahertz entre Intel et AMD, et avant longtemps, les processeurs avaient doublé, triplé, et même quadruplé en fréquence. Il semblait que nous étions destinés à utiliser des processeurs de 10GHz maintenant, alors pourquoi ne le faisons-nous pas ?
Comme vous pouvez l’imaginer, la chaleur est un problème. Des fréquences plus rapides génèrent plus de chaleur, c’est pourquoi vous voyez des overclockers professionnels utiliser de l’azote liquide lorsqu’ils tentent de pousser les fréquences d’horloge vers de nouveaux sommets. Bien sûr, l’utilisation de l’azote liquide n’est pas pratique.
Dans un billet de blog sur la zone des développeurs d’Intel, Victoria Zhislina d’Intel entre dans la nature technique de la conception des processeurs et pourquoi les fréquences ne sont plus poussées de plus en plus haut comme autrefois.
« La principale limitation se trouve au niveau du transporteur, qui fait partie intégrante de la structure superscalaire. Fonctionnellement, chaque exécution de l’instruction d’un processeur est divisée en plusieurs étapes…. Ces étapes se suivent séquentiellement, et chacune est exécutée sur un dispositif informatique distinct », explique Zhislina.
Le schéma ci-dessus décrit une série simplifiée d’étapes, décomposées par les tics d’horloge. Au début de la deuxième période de tic (t2), la première étape est terminée et la deuxième étape peut commencer sur le deuxième dispositif.
« Qu’est-ce que cela a à voir avec la fréquence ? En fait, les différentes étapes peuvent varier en temps d’exécution. En même temps, différentes étapes de la même instruction sont exécutées pendant différents ticks d’horloge. La longueur du tic-tac d’horloge (et la fréquence également) du processeur doit correspondre à l’étape la plus longue », dit Zhislina.
Voici un autre diagramme qui montre cela:
Avec cette configuration, il n’y a aucun avantage à définir la longueur du tick d’horloge plus courte que le pas le plus long-Il est techniquement possible de le faire, mais cela n’entraînera aucune accélération du processeur.
« Supposons que le pas le plus long nécessite 500 ps (picoseconde) pour l’exécution. C’est la longueur du tick d’horloge lorsque la fréquence de l’ordinateur est de 2GHz. Ensuite, nous définissons un tic d’horloge deux fois plus court, qui serait de 250 ps, et tout sauf la fréquence reste la même. Maintenant, ce qui a été identifié comme l’étape la plus longue est exécuté pendant deux ticks d’horloge, qui ensemble prennent 500 ps également. On ne gagne rien à faire ce changement, alors que la conception d’un tel changement devient beaucoup plus compliquée et que l’émission de chaleur augmente », explique Zhislina.
Une fréquence plus rapide accélérera l’exécution initiale. Cependant, cela entraînera des retards plus loin dans la chaîne, donc rien n’est vraiment gagné. Selon Zhislina, la seule façon d’augmenter la fréquence est de raccourcir l’étape la plus longue.
Malheureusement, il n’y a pas beaucoup de moyens de le faire actuellement. Une façon est de développer un processus technologique plus avancé qui réduit la taille physique des composants. Cela rend le processeur plus rapide puisque les impulsions électriques parcourent des distances plus courtes, et aussi parce qu’il y aurait une réduction des temps de commutation des transistors.
« En clair, tout s’accélère uniformément. Toutes les étapes sont raccourcies uniformément, y compris la plus longue, et la fréquence peut être augmentée en conséquence. Cela semble assez simple, mais jusqu’à l’échelle du nanomètre, c’est très compliqué. L’augmentation de la fréquence dépend fortement du niveau actuel de la technologie et les progrès ne peuvent pas aller au-delà de ces limites physiques », dit Zhislina.
Malgré cela, il y a des efforts constants pour réaliser cette même chose, et en conséquence, nous voyons une augmentation progressive des fréquences des CPU de base.
Il y a beaucoup plus à digérer. Si vous avez un peu de temps libre, allez sur le blog et lisez-le.
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