Was bedeutet das Wort ' sterben ' im Prozessordesign?

Beste Antwort

Alle Mikroprozessoren sind Schaltungen, die auf eine Platte aus Halbleitermaterial (typischerweise Silizium) geätzt sind. Das ist der Würfel.

Die meisten Leute assoziieren den Begriff „CPU“ mit so etwas:

image: https://www.pcgamesn.com/intel/comet-lake-release-date-performance-specs-price

Aber das ist keine CPU, zumindest nicht wirklich. Was Sie hier sehen, ist das gesamte CPU-Paket, das eine integrierte Schaltung enthält, die mit einem organischen Substrat verbunden ist, und einen Metall-Heatspreader, um das Ganze abzurunden.

Wenn Sie diesen Heatspreader jedoch entfernen (don t, es sei denn, Sie wissen, was Sie tun, finden Sie Folgendes:

Bild von Gamers Nexus.

Dieses rechteckige, silberne Ding auf dem grünen Substrat ist der eigentliche CPU-Chip: Es ist ein Stück Silizium, das fast alles enthält, was die CPU zum „Ticken“ bringt. Alle Kerne und der Cache befinden sich dort.

Der Prozessorchip wird während der Herstellung aus einem Siliziumwafer geschnitten und dann auf dem Substrat angebracht.

Antwort

Das ist eine ausgezeichnete Frage, und ich habe mich auch einmal gefragt. Leider funktioniert es nicht, weil:

1. Das Hauptproblem bei der Beschleunigung von CPUs ist die Energie, die sie verbrauchen, und die Wärme, die sie verbrauchen wird als Nebenprodukt generiert. Um höhere Taktraten zu erreichen, wären mehr als 125 Watt erforderlich, was zu viel Wärme (unabhängig von der Chipgröße) führen würde, was uns direkt zur unpraktischen Kühlung zurückbringt. Der größere Chip würde tatsächlich zu komplexeren Kühlgeräten führen, da wir jetzt sicherstellen müssen, dass die Temperatur über dem Chip größtenteils ähnlich ist, da sonst eine ungleichmäßige Ausdehnung und Kontraktion des Chips zu gebrochenen Transistoren und / oder Mikrorissen in der CPU führen würde.
2. Für alle praktischen Zwecke werden elektrische Signale mit Lichtgeschwindigkeit übertragen. Wenn ein Prozessor mit 3 GHz getaktet wird, bedeutet dies 3 Milliarden Taktzyklen pro Sekunde, wobei jeder Taktzyklus 0,33 Nanosekunden dauert. Das Licht bewegt sich in einer Nanosekunde etwa 30 cm, so dass die Größe der Schaltkreise bei solchen Taktraten besser viel weniger als (mindestens 1/30 von) 30 cm beträgt. Ihre maximale Schaltungsgröße beträgt also 1 cm. Die aktuellen CPU-Kerne sind weniger als 1 cm groß, also sind wir vollkommen in Ordnung. Wenn wir die Größe des Chips erhöhen und damit die Größe des Kerns erhöhen würden, würden Sie in die unkonventionelle Situation geraten, in der Teile Ihres CPU-Kerns den nächsten Befehl ausführen, während andere Teile beim Ausführen des letzten Befehls immer noch stecken bleiben Ich benötige einige ziemlich komplexe Schaltkreise, um dieses Problem zu mindern, und diese Schaltkreise werden neben der Erhöhung der Komplexität auch Wärme erzeugen, wodurch sich das im letzten Punkt erwähnte Problem verschärft.
3. Mehrere Unternehmen versuchen, eine asynchrone CPU (auch genannt) zu perfektionieren Taktloses CPU-Design: Soweit mir bekannt ist, stammt das jüngste erfolgreiche Beispiel aus dem Jahr 2014, als IBM einen von SyNAPSE entwickelten Chip ankündigte, der asynchron läuft und eine der höchsten Transistorzahlen aller jemals produzierten Chips aufweist. Der IBM-Chip verbraucht bei Mustererkennungs-Benchmarks um Größenordnungen weniger Strom als herkömmliche Computersysteme.
4. Bitte beachten Sie, dass es seit den 1950er Jahren verschiedene Implementierungen von asynchronen CPUs gibt, die Technologie jedoch noch nicht ausgereift und produktiv ist Die Kosten sind um Größenordnungen höher als die Produktionskosten für synchrone CPUs.
5. Es gibt auch das Problem von Kanteneffekten, da es aufgrund des Herstellungsprozesses winzige Unterschiede zwischen den Transistoren in der Mitte und den Transistoren in Richtung der Kanten gibt und eine größere Chipgröße würde dieses Problem verstärken, was die Ausbeute drastisch verringern würde.

Ich habe dies ursprünglich als Kommentar zu Ali Kazmis Antwort auf Könnten wir einen 1-THZ-Prozessor erreichen, gepostet. und wenn ja, gibt es eine Begrenzung der Taktrate?

Nachtrag:

Die höchste Anzahl von Kernen in Eine Produktions-CPU auf einem einzelnen Chip ist meines Wissens 24. Der fragliche Prozessor ist der Intel Xeon E7–8890 V4 ( Intel® Xeon® Prozessor E7-8890 v4 ):

• Es ist hyperthreaded Das bedeutet, dass der Prozessor über 48 Threads verfügt.
• Er verfügt über einen 60-MB-Cache und unterstützt bis zu 3,07 TB RAM.
• Da es sich um einen Serverprozessor handelt, können mehrere Prozessoren an denselben angeschlossen werden Motherboard (in diesem Fall ist die magische Zahl 8, was insgesamt 192 Kerne und 384 Threads ergibt).
• Der Prozessor verfügt über eine TDP von 165 W, sodass für eine ordnungsgemäße Funktion spezielle Kühlgeräte erforderlich sind.
• Die Chipgröße beträgt 456,12 mm ² .
• Der Prozessor kostet ~ $ 7200.

Vergleichen Sie dies nun mit einem Core i7–6950X ( Intel® Core ™ i7-6950X Processor Extreme Edition ), der ebenfalls kein Problem ist und ist Ein extrem leistungsstarker Prozessor für sich, der jedoch nur 10 Kerne hat.

• Es ist ein Hyperthread, also 20 Threads.
• Es verfügt über einen 25-MB-Cache und unterstützt bis zu 128 GB RAM.
• Es handelt sich um einen Desktop-Prozessor Schließen Sie nur einen einzelnen Prozessor an ein Motherboard an.
• Der Prozessor hat eine TDP von 91 W.
• Der Prozessor kostet 1649,99 USD.
• Die Chipgröße beträgt 246,3 mm ² .

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Wie Sie sehen können, ist die Matrizengröße des Das Xeon E7-8890 v4 ist viel größer als das i7-6950 und verfügt über 14 weitere Kerne und 28 weitere Threads. Das Problem ist jedoch der Preis, nicht dass viele Leute bereit sind, ~ 7200 US-Dollar für einen Prozessor zu zahlen. Ich bin ein Hardcore-Power-User und habe mich seit langem nicht mehr durch den Prozessor eingeschränkt gefühlt. Daher sehe ich mich nicht wirklich so viel für einen Prozessor bezahlt (es sei denn, ich bin wieder 16 Jahre alt und habe mir mehr überlegt Ein leistungsstarker Computer gab mir prahlerische Rechte (von denen ich dachte, dass sie mir helfen würden, die Damen zu beeindrucken, ja, etwas davon, jung und naiv zu sein ;-)).

In diesem Fall bin ich mir ziemlich sicher, dass Intel keine Preissenkungen vornimmt da die Erträge bei diesen Größen schrecklich sein werden. Soweit mir bekannt ist, wird der gesamte Chip gleichzeitig hergestellt / gedruckt (und dies schließt alle Kerne ein, über die der Prozessor verfügt), sodass wir auf das Problem von Kanteneffekten stoßen, bei denen Transistoren an den Kanten anfällig für Fehler sind.