La corsa a 1GHz fu solo l’inizio di una guerra a gigahertz tra Intel e AMD, e in poco tempo i processori avevano raddoppiato, triplicato e persino quadruplicato la frequenza. Sembrava che fossimo destinati ad usare processori a 10GHz ormai, quindi perché non lo siamo?
Come potete immaginare, il calore è un problema. Frequenze più alte generano più calore, ed è per questo che si vedono overclocker professionisti che usano azoto liquido quando tentano di spingere i clockspeeds a nuove altezze. Naturalmente, usare l’LN2 non è pratico.
In un post sul blog della Developer Zone di Intel, Victoria Zhislina entra nella natura tecnica della progettazione della CPU e del perché le frequenze non vengono più spinte sempre più in alto come una volta.
“La limitazione principale si trova nel livello di trasporto, che è parte integrante della struttura superscalare. Funzionalmente, ogni esecuzione dell’istruzione di un processore è divisa in diversi passi… Questi passi si susseguono in modo sequenziale, e ognuno viene eseguito su un dispositivo di calcolo separato”, spiega Zhislina.
Il diagramma qui sopra delinea una serie semplificata di passi, suddivisi in base ai tick dell’orologio. All’inizio del secondo periodo di tick (t2), il primo passo è stato completato e il secondo passo può iniziare sul secondo dispositivo.
“Cosa ha a che fare questo con la frequenza? In realtà, diverse fasi possono variare nel tempo di esecuzione. Allo stesso tempo, diversi passi della stessa istruzione sono eseguiti durante diversi tick di clock. La lunghezza del clock tick (e anche la frequenza) del processore dovrebbe adattarsi al passo più lungo”, dice Zhislina.
Ecco un altro diagramma che mostra questo:
Con questa configurazione, non c’è alcun vantaggio nell’impostare la lunghezza del tick di clock più breve del passo più lungo – è tecnicamente possibile farlo, ma non risulterà in alcuna accelerazione del processore.
“Supponiamo che il passo più lungo richieda 500 ps (picosecondi) per l’esecuzione. Questa è la lunghezza del tick di clock quando la frequenza del computer è 2GHz. Poi, impostiamo un tick di clock due volte più corto, che sarebbe 250 ps, e tutto tranne la frequenza rimane lo stesso. Ora, quello che è stato identificato come il passo più lungo viene eseguito durante due tick di clock, che insieme richiedono 500 ps. Non si guadagna nulla facendo questo cambiamento, mentre progettare un tale cambiamento diventa molto più complicato e l’emissione di calore aumenta”, spiega Zhislina.
Una frequenza più veloce accelererà l’esecuzione iniziale. Tuttavia, questo causerà ritardi più avanti sulla linea, quindi non si guadagna davvero nulla. Secondo Zhislina, l’unico modo per aumentare la frequenza è accorciare il passo più lungo.
Purtroppo, non ci sono molti modi per farlo al momento. Un modo è sviluppare un processo tecnologico più avanzato che riduca la dimensione fisica dei componenti. Questo rende il processore più veloce perché gli impulsi elettrici percorrono distanze minori, e anche perché ci sarebbe una riduzione dei tempi di commutazione dei transistor.
“In poche parole, tutto accelera in modo uniforme. Tutti i passi si accorciano uniformemente, compreso il più lungo, e la frequenza può essere aumentata di conseguenza. Sembra abbastanza semplice, ma il percorso sulla scala nanometrica è molto complicato. L’aumento della frequenza dipende fortemente dal livello attuale della tecnologia e i progressi non possono andare oltre queste limitazioni fisiche”, dice Zhislina.
Anche così, ci sono sforzi costanti per ottenere proprio questo, e come risultato vediamo un graduale aumento delle frequenze delle CPU core.
C’è molto altro da digerire. Se hai un po’ di tempo libero, vai sul blog e dai una letta.