Tại sao CPU không lớn hơn? [đóng cửa]

CPU tương đối nhỏ, và các kỹ sư luôn cố gắng làm cho chúng nhỏ hơn và có được nhiều bóng bán dẫn hơn trong cùng một bề mặt.

Tại sao CPU không lớn hơn? Nếu một cái chết khoảng 260mm ² có thể chứa 758 triệu bóng bán dẫn (AMD Phenom II x4 955). Sau đó, một chiếc 520mm ² có thể chứa gấp đôi lượng bóng bán dẫn và về mặt kỹ thuật gấp đôi tốc độ xung nhịp hoặc lõi. Tại sao điều này không được thực hiện?

Nói chung là bạn đúng: Trong ngắn hạn, tăng song song không chỉ khả thi mà là cách duy nhất để đi. Trong thực tế, đa lõi, cũng như bộ nhớ cache, đường ống và siêu phân luồng là chính xác những gì bạn đề xuất: tăng tốc độ thông qua việc sử dụng diện tích chip tăng. Tất nhiên, hình học thu nhỏ không va chạm với việc sử dụng diện tích chết ngày càng tăng. Tuy nhiên, năng suất chết là một yếu tố hạn chế lớn.

Năng suất chết tăng theo tỷ lệ nghịch với kích thước chết: chết lớn đơn giản là dễ "bắt" các lỗi wafer hơn. Nếu một lỗi wafer đánh chết, bạn có thể ném nó đi. Năng suất chết rõ ràng ảnh hưởng đến chi phí chết. Vì vậy, có một kích thước chết tối ưu về chi phí so với lợi nhuận trên mỗi lần chết.

Cách duy nhất để tạo ra các khuôn lớn hơn đáng kể là tích hợp các cấu trúc chống lỗi và dự phòng. Đây là những gì Intel cố gắng thực hiện trong dự án quy mô Terra của họ (CẬP NHẬT: và những gì đã được thực hiện trong các sản phẩm hàng ngày như Dan chỉ ra).

Có rất nhiều mối quan tâm về kỹ thuật (độ dài đường dẫn quá dài và bạn mất hiệu quả, nhiễu điện gây ra tiếng ồn), nhưng lý do chính đơn giản là nhiều bóng bán dẫn sẽ quá nóng để làm mát đầy đủ . Đó là toàn bộ lý do họ rất muốn giảm kích thước khuôn - nó cho phép tăng hiệu suất ở cùng mức nhiệt.

Một số câu trả lời được đưa ra ở đây là câu trả lời tốt. Có vấn đề kỹ thuật trong việc tăng kích thước của CPU và nó sẽ dẫn đến nhiều nhiệt hơn để giải quyết. Tuy nhiên, tất cả trong số họ đều có thể vượt qua được khuyến khích đủ mạnh.

Tôi muốn thêm những gì tôi tin là một vấn đề trung tâm: kinh tế . CPU được tạo ra trong các tấm wafer như thế này , với số lượng lớn CPU trên mỗi wafer. Chi phí sản xuất thực tế là trên mỗi wafer, vì vậy nếu bạn tăng gấp đôi diện tích của CPU, bạn chỉ có thể chứa một nửa số lượng trên một wafer, do đó giá mỗi CPU tăng gấp đôi. Ngoài ra, không phải tất cả các wafer luôn luôn xuất hiện hoàn hảo, có thể có lỗi. Vì vậy, nhân đôi diện tích sẽ nhân đôi khả năng bị lỗi trong bất kỳ CPU cụ thể nào.

Do đó, từ quan điểm kinh tế, lý do họ luôn làm cho mọi thứ nhỏ hơn là để có hiệu suất tốt hơn / mm ^ 2, đó là yếu tố quyết định giá / hiệu suất.

TL; DR: Ngoài các lý do khác được đề cập, nhân đôi diện tích của CPU nhiều hơn gấp đôi chi phí.

Thêm nhiều bóng bán dẫn vào bộ xử lý không tự động làm cho nó nhanh hơn.

Độ dài đường dẫn tăng == tốc độ xung nhịp chậm hơn.
Thêm nhiều bóng bán dẫn sẽ tăng chiều dài đường dẫn. Bất kỳ sự gia tăng nào cũng phải được sử dụng có giá trị hoặc nó sẽ gây ra sự gia tăng về chi phí, sức nóng, năng lượng, nhưng giảm hiệu suất.

Tất nhiên bạn luôn có thể thêm nhiều lõi. Tại sao họ không làm điều này? Vâng, họ làm.

Giả định chung của bạn là sai. Một CPU có khuôn kích thước gấp đôi không có nghĩa là nó có thể hoạt động với tốc độ gấp đôi. Điều này sẽ chỉ thêm nhiều không gian hơn để thêm nhiều lõi hơn (xem một số chip Intelcore có 32 hoặc 64 lõi) hoặc bộ nhớ cache lớn hơn. Nhưng hầu hết các phần mềm hiện tại không thể sử dụng nhiều hơn 2 lõi.

Do đó, kích thước khuôn tăng làm tăng giá ồ ạt mà không tăng cùng chiều cao. Đây là một trong những lý do (đơn giản hóa) CPU là như vậy.

Trong Điện tử SMALLER = FASTER 3GHz cần nhỏ hơn nhiều so với 20 MHz Kết nối càng lớn, ESR càng lớn và tốc độ càng chậm.

Nhân đôi số lượng bóng bán dẫn không tăng gấp đôi tốc độ xung nhịp.

Chi phí sản xuất tấm wafer thô là một yếu tố. Silic đơn tinh thể không miễn phí , và quá trình tinh chế có phần tốn kém. Vì vậy, sử dụng nhiều nguyên liệu thô của bạn làm tăng chi phí.

Những sinh vật to lớn , nhân tạo hay không, như khủng long, là những kẻ lỏng lẻo. Diện tích / thể tích tỷ lệ không công bằng cho sự sống còn của họ: quá nhiều ràng buộc về năng lượng - mọi hình thức - trong và ngoài.

Hãy nghĩ về CPU như một mạng gồm các nút được kết nối (bóng bán dẫn). Để cung cấp nhiều khả năng hơn, số lượng nút và đường dẫn giữa chúng tăng lên một mức, nhưng mức tăng đó là tuyến tính. Vì vậy, một thế hệ CPU có thể có một triệu nút, thế hệ tiếp theo có thể có 1,5 triệu. Với việc thu nhỏ mạch, số lượng nút và đường dẫn được ngưng tụ thành một dấu chân nhỏ hơn. Các quy trình chế tạo hiện tại xuống đến 30 nanomet.

Giả sử bạn cần năm đơn vị cho mỗi nút và khoảng cách năm đơn vị giữa hai nút. Từ đầu đến cuối, theo một đường thẳng, bạn có thể tạo một bus gồm 2222 nút trong 1 CM không gian. Bạn có thể tạo một ma trận gồm 493 triệu nút trong một CM vuông. Thiết kế của mạch là những gì chứa logic của CPU. Nhân đôi không gian không phải là thứ làm tăng tốc độ, nó chỉ cho phép mạch có nhiều toán tử logic hơn. Hoặc trong trường hợp CPU đa lõi cho phép mạch xử lý nhiều công việc song song hơn. Việc tăng dấu chân thực sự sẽ làm giảm tốc độ xung nhịp vì các electron sẽ phải di chuyển quãng đường dài hơn qua mạch.