Какие частоты покорятся процессорам в будущем

Современные процессоры имеют частоту в районе 3000МГц и это не спроста! И если 10 лет назат производители Intel и AMD брали один рубеж частоты за другим, то за последние, мм, 5-7 лет никаких подвижет в этом плане не было. Почему?

Мы не будем тут рассматривать какие-то супер квантовые процессоры будущего. Поговорим о ближайших перспективах кремниевых процессоров.

Освоили 28нм и вот-вот освоят 22нм. Отлично!  Потом будет еще 16 и 11нм и так далее, ведь закон Мура по-прежнему сохраняется. Ну а частоты процессоров вырастут?

НЕТ, частоты полупроводниковых процессоров расти свыше 3-х ГГц не будут.

ПОЧЕМУ ЧАСТОТЫ РАСТИ НЕ БУДУТ ?

Для этого есть комбинация двух причин: физической и экономической. Физика высоких частот утверждает, что по мере сравнения размеров самого устройства (в нашем случае – процессора) и расстояния, которое может преодолеть скорость света (максимальная скорость сигнала). При частоте 3ГГц период составляет 0,000000000330 секунды и за это время сигнал способен распросраниться на 10см.  Если размеры самогО электронного устройства больше такого расстояния, то классический закон Ома для процессов на такой частоте перестает иметь смысл. Такие процессы описываются другими (т.н. Телеграфными) уравнениями. А для того, чтобы построить стабильно работающую на высокой частоте  электрическую схему придется либо занижать частоту, либо занижать размеры самого устройства с запасом. Берется, как правило, десятикратный запас. В таком случае от 10см остается всего один.  ОДИН САНТИМЕРТ – это и есть то жизненное пространство, которое отведено для схемы любого современного CPU или GPU, работающего на гигагерцевых частотах. Как на картинке вверху – именно так и выглядит кристалл процессора если снять защитную крышку.

При этом, пользуясь запасом прочности, можно выжать лишние гигагерцы. Так все знают, что лучшие экземпляры процессоров разгоняются до частот в 5ГГц, а под жидким азотом и до 7ГГц. Но классический кристалл площадью 2 кв. см никогда не заработает на частоте 20 или 30ГГц ни при каком охлаждении по причинам, описанным выше.

ПУТИ ОБХОДА

Нарушить принцип, конечно, нельзя. Но его можно обойти. Так, например, всем известно, что графические кристаллы отличаются большими размерами. И, соответственно, меньшими частотами по сравнению с процессорами. Флагманские видеочипы могут иметь площадь и 6 кв. см и выше. Но при этом многие знают, что шейдерный домен в видеокартах Nvidia работает на более высоких частотах, которые приближаются к 2000 МГц. Как такое возможно?

К примеру видеочип GT200 отличается очень солидными габаритами. При его основной частоте работы 700МГц  шейдерные домены легко работают на 1500 и даже выше, если обеспечить хорошее охлаждение. Но ведь их то габариты значительно уступают! Соответственно, ЛОКАЛЬНО в кристалле и удается выделить область, стабильно работающую на более высоких частотах. Принцип этот не новый и использовался еще в процессорах Pentium 4, чей достаточно слабый блок плавающих операций FPU работал на удвоенной частоте, благодаря чему мог хоть что-то противопоставить более мощным процессорам того времени AMD Athlon.

ПРАВИЛЬНО ЛИ СДЕРЖИВАТЬ ЧАСТОТЫ ?

Все знают, что каждые два года выходит новый техпроцесс, позволяющий удваивать количество элементов в кристалле, а значит и усложнять схему при постоянных габаритах. Но мы то знаем, что постоянные габариты – это и постоянные частоты. Так правильно ли это? Ведь можно делать один и тот же процессор все более миниатюрным и из года в год повышать его частоту.

Нет – это не правильно. Откинув прочь маркетинг и техническую часть можно твердо утверждать, что даже с точки зрения производительности выгоднее как раз увеличивать сложность схемы. Допустим нужно получить тот же видеочип пиковой производительности относительно базового. Но ведь очевидно,  что увеличив размер кристалла вдвое мы можем вдвое проиграть в частоте, но при этом ВЧЕТВЕРО выиграем за счет повышенной сложности схемы (например 512 потоковых процессоров у видеокарты GTX 512 против 128 у 8800 GTX). И именно так и поступают производители, когда пытаются сделать топовый продукт. И именно этот подход и дал нам многоядерные, а не высокочастотные процессоры. Ведь еще в ранних 2000-х кричали, что Pentium 4 будет работать и на 10ГГц и выше (даже сама Intel кричала, вернее ее маркетологи). Но реалии заставили позорно похоронить архитектуру Netburst и вслед за AMD делать двухъядерный CPU.

ВЫВОД

В предсказуемом будущем гигагерц больше становиться не будет. Зато – они будут становиться качественнее, т.е. производительнее, что тоже радует.

Похожее: компьютер будущего



Оставить комментарий


<