Az 1 GHz-ig tartó verseny csak a kezdete volt az Intel és az AMD közötti gigahertzes háborúnak, és nem sokkal később a processzorok frekvenciája megduplázódott, megháromszorozódott, sőt megnégyszereződött. Úgy tűnt, hogy mostanra már 10 GHz-es processzorokat kellett volna használnunk, miért nem tesszük ezt?
Amint azt elképzelhetjük, a hő problémát jelent. A magasabb frekvenciák több hőt termelnek, ezért láthatjuk, hogy a profi túlhajtók folyékony nitrogént használnak, amikor megpróbálják az órajeleket új magasságokba emelni. Természetesen az LN2 használata nem praktikus.
Az Intel Developer Zone blogbejegyzésében Victoria Zhislina, az Intel munkatársa belemegy a CPU-tervezés technikai természetébe és abba, hogy miért nem lehet már egyre magasabb frekvenciákat elérni, mint korábban.
“A fő korlát a szállítószinten található, amely a szuperskaláris struktúra szerves része. Funkcionálisan a processzor minden egyes utasításvégrehajtása több lépésre oszlik… Ezek a lépések szekvenciálisan követik egymást, és mindegyik külön számítási eszközön kerül végrehajtásra” – magyarázza Zhislina.”
A fenti ábra egy leegyszerűsített lépéssort vázol fel, amelyet óraketyegések szakítanak meg. A második tick periódus (t2) kezdetére az első lépés befejeződött, és a második eszközön megkezdődhet a második lépés.
“Mi köze ennek a frekvenciához? Valójában a különböző lépések végrehajtási ideje eltérő lehet. Ugyanakkor ugyanazon utasítás különböző lépései különböző órajelek alatt kerülnek végrehajtásra. A processzor órajelhosszának (és a frekvenciának is) a leghosszabb lépéshez kell illeszkednie” – mondja Zhislina.”
Itt egy másik diagram, amely ezt mutatja:
Ezzel a beállítással nincs előnye annak, ha az órajel hosszát a leghosszabb lépésnél rövidebbre állítjuk – technikailag lehetséges, de nem eredményez semmiféle processzorgyorsulást.
“Tegyük fel, hogy a leghosszabb lépés 500 ps (pikoszekundum) végrehajtási időt igényel. Ez az órajel hossza, ha a számítógép frekvenciája 2 GHz. Ezután beállítunk egy kétszer rövidebb órajelet, ami 250 ps lenne, és a frekvencián kívül minden marad a régiben. Most azt, amit a leghosszabb lépésként azonosítottunk, két óratempó alatt hajtjuk végre, ami együttesen szintén 500 ps-t vesz igénybe. Ezzel a változtatással semmit sem nyerünk, miközben egy ilyen változtatás megtervezése sokkal bonyolultabbá válik, és nő a hőkibocsátás” – magyarázza Zhislina.
A gyorsabb frekvencia felgyorsítja a kezdeti végrehajtást. Ez azonban a későbbiekben késedelmeket okoz, így nem igazán nyerünk semmit. Zhislina szerint a frekvencia növelésének egyetlen módja a leghosszabb lépés lerövidítése.
Szerencsére erre jelenleg nem sok lehetőség van. Az egyik mód egy fejlettebb technológiai eljárás kifejlesztése, amely csökkenti az alkatrészek fizikai méretét. Ez gyorsabbá teszi a processzort, mivel az elektromos impulzusok rövidebb utat tesznek meg, és azért is, mert csökkenne a tranzisztorok kapcsolási ideje.”
“Egyszerűen fogalmazva, minden egyenletesen gyorsul. Minden lépés egyenletesen lerövidül, beleértve a leghosszabbat is, és ennek következtében a frekvencia növelhető. Ez elég egyszerűen hangzik, de a nanométeres skálán lefelé nagyon bonyolult az út. A megnövelt frekvencia erősen függ a technológia aktuális szintjétől, és a fejlődés nem léphet túl ezeken a fizikai korlátokon.” – mondja Zhislina.
Még így is folyamatos erőfeszítések történnek éppen ennek elérésére, és ennek eredményeképpen a processzormagok frekvenciájának fokozatos növekedését látjuk.
Ezzel még bőven van mit megemészteni. Ha van egy kis szabadideje, látogasson el a blogra, és olvassa el.
Újabb hírek