A corrida para 1GHz foi apenas o início de uma guerra de gigahertz entre a Intel e a AMD, e em pouco tempo, os processadores tinham dobrado, triplicado e até quadruplicado em frequência. Parecia que agora estávamos destinados a usar processadores de 10GHz, então por que não estamos?
Como você pode imaginar, o calor é um problema. Frequências mais rápidas geram mais calor, e é por isso que você vê overclockers profissionais usando nitrogênio líquido ao tentar empurrar a velocidade dos relógios para novas alturas. Claro, usar LN2 não é prático.
Em um post de blog na Intel’s Developer Zone, a Victoria Zhislina da Intel entra na natureza técnica do design da CPU e porque as freqüências não estão mais sendo empurradas cada vez mais alto como eram antes.
“A principal limitação é encontrada no nível do transportador, que é integral à estrutura superescalar. Funcionalmente, cada execução de uma instrução de um processador é dividida em várias etapas… Estes passos seguem um ao outro sequencialmente, e cada um é executado em um dispositivo de computação separado”, explica Zhislina.
O diagrama acima delineia uma série simplificada de passos, quebrados por ticks de relógio. No início do segundo período de ticks (t2), o primeiro passo está concluído e o segundo passo pode começar no segundo dispositivo.
“O que isso tem a ver com frequência? Na verdade, diferentes etapas podem variar no tempo de execução. Ao mesmo tempo, diferentes passos de uma mesma instrução são executados durante diferentes tiques de relógio. O comprimento do tic tac do relógio (e a frequência também) do processador deve caber no passo mais longo”, diz Zhislina.
Aqui está outro diagrama que mostra isto:
Com esta configuração, não há nenhuma vantagem em ajustar o comprimento do tick do relógio menor do que o passo mais longo-É tecnicamente possível fazê-lo, mas não resultará em nenhuma aceleração do processador.
“Suponha que o passo mais longo requer 500 ps (picossegundo) para execução. Este é o comprimento do tick do relógio quando a frequência do computador é 2GHz. Então, ajustamos um tique de relógio duas vezes mais curto, que seria 250 ps, e tudo menos a freqüência permanece o mesmo. Agora, o que foi identificado como o passo mais longo é executado durante dois tiquetaques do relógio, que juntos levam 500 ps também. Nada se ganha ao fazer esta mudança enquanto se projeta tal mudança se torna muito mais complicado e a emissão de calor aumenta”, explica Zhislina.
Uma freqüência mais rápida acelerará a execução inicial. No entanto, isto irá causar atrasos mais adiante na linha, por isso nada é realmente ganho. De acordo com Zhislina, a única maneira de aumentar a frequência é encurtar o passo mais longo.
Felizmente, não há muitas maneiras de fazer isso agora. Uma maneira é desenvolver um processo tecnológico mais avançado que reduza o tamanho físico dos componentes. Isso torna o processador mais rápido, uma vez que os impulsos elétricos percorrem distâncias menores, e também porque haveria uma redução nos tempos de comutação do transistor.
“Simplesmente dito, tudo acelera uniformemente. Todos os passos são encurtados uniformemente, incluindo o mais longo, e a frequência pode ser aumentada como resultado. Parece bastante simples, mas o caminho para baixo na escala do nanômetro é muito complicado. O aumento da frequência depende muito do nível actual da tecnologia e os avanços não podem ultrapassar estas limitações físicas”, diz Zhislina.
Even, por isso, há esforços constantes para conseguir isto mesmo, e como resultado vemos um aumento gradual nas frequências do núcleo da CPU.
Há muito mais para digerir. Se você tiver algum tempo livre, vá ao blog e dê uma leitura.