Racet till 1 GHz var bara början på ett gigahertz-krig mellan Intel och AMD, och inom kort hade processorer fördubblats, tredubblats och till och med fyrdubblats i frekvens. Det verkade som om vi var förutbestämda att använda 10 GHz-processorer vid det här laget, så varför gör vi inte det?
Som du kanske kan föreställa dig är värme ett problem. Högre frekvenser genererar mer värme, vilket är anledningen till att du ser professionella överklockare som använder flytande kväve när de försöker driva klockfrekvenser till nya höjder. Naturligtvis är det inte praktiskt möjligt att använda LN2.
I ett blogginlägg på Intels Developer Zone går Intels Victoria Zhislina in på den tekniska karaktären av CPU-design och varför frekvenser inte längre pressas allt högre som de en gång i tiden gjorde.
”Den huvudsakliga begränsningen finns i transportörnivån, som är en integrerad del av superskalär struktur. Funktionellt sett är varje utförande av en processors instruktion uppdelad i flera steg…. Dessa steg följer varandra sekventiellt och varje steg utförs på en separat beräkningsenhet”, förklarar Zhislina.
Det ovanstående diagrammet visar en förenklad serie steg, uppdelade i klockticks. I början av den andra tickperioden (t2) har det första steget avslutats och det andra steget kan börja på den andra enheten.
”Vad har detta med frekvens att göra? Egentligen kan olika steg variera i utförandestopptid. Samtidigt utförs olika steg av samma instruktion under olika klockticks. Klockticklängden (och frekvensen också) hos processorn bör passa det längsta steget”, säger Zhislina.
Här är ett annat diagram som visar detta:
Med den här inställningen finns det ingen fördel med att ställa in klocktickslängden kortare än det längsta steget – det är tekniskt möjligt att göra det, men det kommer inte att resultera i någon processoracceleration.
”Anta att det längsta steget kräver 500 ps (picosekunder) för att utföras. Detta är klockans ticklängd när datorns frekvens är 2 GHz. Sedan ställer vi in en klocktick som är två gånger kortare, vilket skulle vara 250 ps, och allt utom frekvensen förblir oförändrat. Nu utförs det som identifierades som det längsta steget under två klockticks, som tillsammans tar 500 ps också. Ingenting är vunnet genom att göra den här ändringen samtidigt som det blir mycket mer komplicerat att utforma en sådan ändring och värmeavgivningen ökar”, förklarar Zhislina.
En snabbare frekvens kommer att påskynda den första utförandet. Detta kommer dock att leda till förseningar längre fram i tiden, så ingenting är egentligen vunnet. Enligt Zhislina är det enda sättet att höja frekvensen att förkorta det längsta steget.
Tyvärr finns det inte många sätt att göra det just nu. Ett sätt är att utveckla en mer avancerad teknisk process som minskar komponenternas fysiska storlek. Det gör processorn snabbare eftersom de elektriska impulserna färdas kortare sträckor, och även eftersom transistorernas omkopplingstider skulle minska.
”Enkelt uttryckt går allting snabbare på ett jämnt sätt. Alla steg förkortas enhetligt, även det längsta, och frekvensen kan ökas som ett resultat av detta. Det låter ganska enkelt, men vägen ner på nanometerskala är mycket komplicerad. Ökade frekvenser är starkt beroende av den nuvarande tekniknivån och framstegen kan inte röra sig bortom dessa fysiska begränsningar”, säger Zhislina.
Till trots detta görs ständiga ansträngningar för att uppnå just detta, och som ett resultat ser vi en gradvis ökning av kärnprocessorernas frekvenser.
Det finns mycket mer att smälta. Om du har tid över kan du besöka bloggen och läsa den.
Renoverade nyheter
.