Pościg do 1GHz był tylko początkiem gigahertzowej wojny między Intelem a AMD, i zanim to nastąpiło, procesory podwoiły, potroiły, a nawet poczwórnie zwiększyły swoją częstotliwość. Wydawało się, że jesteśmy skazani na używanie procesorów 10 GHz, więc dlaczego jeszcze tego nie robimy?
Jak można sobie wyobrazić, problemem jest ciepło. Wyższe częstotliwości generują więcej ciepła, dlatego też profesjonalni overclockerzy używają ciekłego azotu, gdy próbują podnieść taktowanie na nowe wyżyny. Oczywiście, używanie LN2 nie jest praktyczne.
W poście na blogu Intel Developer Zone, Intel’s Victoria Zhislina dostaje się do technicznej natury projektowania procesorów i dlaczego częstotliwości nie są już popychane coraz wyżej jak kiedyś.
„Główne ograniczenie znajduje się na poziomie przenośnika, który jest integralną częścią struktury superskalarnej. Funkcjonalnie, każde wykonanie instrukcji procesora jest podzielone na kilka kroków… Kroki te następują po sobie sekwencyjnie, a każdy z nich jest wykonywany na osobnym urządzeniu obliczeniowym” – wyjaśnia Zhislina.
Powyższy diagram nakreśla uproszczoną serię kroków, przerwaną przez ticki zegara. Na początku drugiego okresu tik (t2), pierwszy krok został zakończony i drugi krok może rozpocząć się na drugim urządzeniu.
„Co to ma wspólnego z częstotliwością? Faktycznie, różne etapy mogą różnić się czasem wykonania. W tym samym czasie różne kroki tej samej instrukcji są wykonywane podczas różnych tików zegara. Długość taktów zegara (i częstotliwość również) procesora powinna pasować do najdłuższego kroku” – mówi Zhislina.
Tutaj jest inny diagram, który to pokazuje:
W przypadku tej konfiguracji nie ma żadnej korzyści z ustawienia długości taktu zegara krótszej niż najdłuższy krok – jest to technicznie możliwe, ale nie spowoduje żadnego przyspieszenia procesora.
„Załóżmy, że najdłuższy krok wymaga 500 ps (pikosekund) do wykonania. Jest to długość taktu zegara, gdy częstotliwość komputera wynosi 2GHz. Następnie ustawiamy tik zegara dwa razy krótszy, który wynosiłby 250 ps, a wszystko oprócz częstotliwości pozostaje bez zmian. Teraz to, co zostało określone jako najdłuższy krok, jest wykonywane podczas dwóch tików zegara, co razem zajmuje również 500 ps. Nic nie zyskujemy dokonując tej zmiany, natomiast projektowanie takiej zmiany staje się znacznie bardziej skomplikowane i zwiększa się emisja ciepła” – wyjaśnia Zhislina.
Szybsza częstotliwość przyspieszy początkowe wykonanie. Jednak spowoduje to opóźnienia w dalszej części linii, więc tak naprawdę nic się nie zyskuje. Według Zhislina, jedynym sposobem na zwiększenie częstotliwości jest skrócenie najdłuższego kroku.
Niestety, obecnie nie ma wielu sposobów, aby to zrobić. Jednym ze sposobów jest opracowanie bardziej zaawansowanego procesu technologicznego, który zmniejszy fizyczny rozmiar komponentów. To czyni procesor szybszym, ponieważ impulsy elektryczne pokonują mniejsze odległości, a także dlatego, że skróceniu uległyby czasy przełączania tranzystorów.
„Mówiąc wprost, wszystko przyspiesza równomiernie. Wszystkie kroki są skracane równomiernie, w tym najdłuższy, a częstotliwość może być zwiększona w wyniku tego. Brzmi to dość prosto, ale droga w dół skali nanometrów jest bardzo skomplikowana. Zwiększona częstotliwość zależy w dużej mierze od aktualnego poziomu technologii, a postęp nie może wyjść poza te fizyczne ograniczenia” – mówi Zhislina.
Nawet w związku z tym podejmowane są nieustanne wysiłki, aby osiągnąć właśnie to, a w rezultacie widzimy stopniowy wzrost częstotliwości rdzeni procesorów.
Jest jeszcze wiele do przetrawienia. Jeśli macie trochę wolnego czasu, wpadnijcie na bloga i poczytajcie.
Ostatnie wiadomości
.