1GHz への競争は Intel と AMD のギガヘルツ戦争の始まりにすぎず、いつの間にかプロセッサの周波数は 2倍、3倍、さらには 4倍になっていたのです。 もう 10GHz のプロセッサを使うことが運命づけられているように思えたのに、なぜそうならないのでしょうか。
想像できるかもしれませんが、熱が問題なのです。 より高速な周波数は、より多くの熱を発生させます。そのため、プロのオーバークロッカーは、クロック速度を新たな高みに押し上げようとするときに、液体窒素を使用するのを目にします。 もちろん、液体窒素を使用することは現実的ではありません。
Intel の開発者ゾーンでのブログ投稿で、Intel の Victoria Zhislina は、CPU 設計の技術的性質と、なぜかつてそうだったように周波数がますます高くならないかについて述べています。 機能的には、プロセッサの命令の実行はすべていくつかのステップに分割される……。 これらのステップは互いに順次続き、それぞれが別々のコンピューティング・デバイスで実行されます」と、Zhislinaは説明しています。
上の図は、クロックの刻みで分割された、簡略化された一連のステップを概説しています。 2 番目のティック期間 (t2) の開始までに、最初のステップが完了し、2 番目のデバイスで 2 番目のステップを開始できます。
「これが周波数とどう関係があるのでしょうか？ 実は、異なるステージでは実行時間が異なることがあります。 同時に、同じ命令の異なる段階は、異なるクロック チック中に実行されます。 プロセッサのクロックティック長（および周波数も）は、最も長いステップに合わせるべきです」と、Zhislina は言います。
この設定では、クロック刻み長を最長ステップより短く設定するメリットは何もありません。 これは、コンピュータの周波数が2GHzのときのクロックティック長です。 次に、2倍短いクロックティック、つまり250psを設定し、周波数以外はすべて同じにします。 今度は、最も長いステップと認識されていたものが、2回のクロックティックで実行され、それも合わせて500psかかる。 このような変更を行うことで得られるものは何もなく、そのような変更の設計ははるかに複雑になり、熱放射が増加します」と、Zhislina は説明します。
より速い周波数は、最初の実行速度を速めます。 しかし、これはさらに下流での遅延を引き起こすので、実際には何も得るものはない。 Zhislinaによれば、周波数を上げる唯一の方法は、最も長いステップを短くすることです。
残念ながら、今、それを行う方法はあまりありません。 一つの方法は、部品の物理的なサイズを小さくする、より高度な技術的プロセスを開発することです。 そうすれば、電気インパルスがより短い距離を移動するので、プロセッサがより速くなり、また、トランジスタのスイッチ時間が短縮されるからです」
「簡単に言えば、すべてが一様に速くなるのです」。 長いステップも含めてすべてのステップが一様に短くなり、その結果、周波数を高くすることができるのです。 非常にシンプルに聞こえますが、ナノメートルスケールの道のりは非常に複雑です。 周波数の向上は、現在の技術レベルに大きく依存し、進歩はこの物理的な限界を超えることはできません」とZhislinaは言います。
それでも、まさにこのことを実現しようとする努力が絶えず行われており、その結果、コアCPU周波数は徐々に向上しています。