Yleensä, kun puhumme prosessorin nopeus me kaikki tiedämme megahertsien tai gigahertsien suuruuden, ja nykyään on helppo nähdä prosessorit, jotka saavuttavat tai ylittävät 5 GHz tehtaalta, tai ylikellotallenteet, jotka lähestyvät 8 GHz taajuuksia. Olet kuitenkin nähnyt myös uutisia, joissa puhutaan saavutetuista prosessoreista 500 GHz , hahmo, joka näyttää melkein absurdilta, mutta sen ymmärtämiseksi ja välttämiseksi näillä luvuilla, sinun on tiedettävä kellotus ja Vaihtaminen , josta aiomme puhua tässä artikkelissa.
Olemme tottuneet näkemään ylikellotietueita, joita ammattilaiset ylikellottaja rikkovat niin usein, että he onnistuvat nostamaan prosessorin toimintataajuuden tasolle, joka on paljon korkeampi kuin nopeus, jolla ne toimivat tehtaalta; nämä suuruudet ovat kuitenkin yleensä alle kymmenen gigahertsin luokkaa.
Toisaalta uutiset prosessoreista, jotka ovat saavuttaneet 350 GHz huoneenlämmössä ja jotka ovat saavuttaneet 500 GHz kryogenisoinnin kautta, ovat myös nousseet esiin, mutta miten tämä on mahdollista? Sen ymmärtämiseksi on välttämätöntä "mennä alas mutaan" ymmärtääksesi kytkennän ja kellon käsitteet.
Kellot ja kytkentä eivät ole samat
Kun näemme, että ylikellottaja on rikkonut nopeuden ennätyksen prosessorissa, sen tekemä (selitetty perustavalla tavalla) on lisätä toimintataajuuttaan yleensä lisäämällä jännitettä.
Tämä tuottaa enemmän lämpöä ja siksi he käyttävät yleensä edistyneitä jäähdytysjärjestelmiä, kuten nestemäistä typpeä, välttäen siten järjestelmän ongelmia. Lisäksi - lisätä toimintataajuutta prosessorissa, myös perusväylän taajuutta muutetaan, joten samalla muiden siitä riippuvien komponenttien, kuten RAMesimerkiksi kasvaa.
Toisaalta, kun otetaan huomioon prosessori, joka toimii 500 GHz: llä (se oli IBM-kokeilu), sen jäähdyttämiseen käytettiin kryogeenisysteemiä, mutta siitä huolimatta huoneenlämpötilassa se oli jo 350 GHz ... puhumme 3 , 5 THz. Kokeessa he selittivät käyttäneensä tekniikkaa nimeltä BiCMOS SiGe heidän transistoreilleen, mutta missä tapauksessa joka tapauksessa on salpa? Ansaa ei todellakaan ole, mutta ne viittaavat eri asioihin: yhdessä tapauksessa puhumme kellotus ja toisessa kytkentä .
kellotus puhuu kellotaajuudesta, jolla prosessori toimii, eli nopeudesta, jolla sen transistorit kytkeytyvät yhteen. Esimerkiksi kun sanomme prosessorin toimivan 5 GHz: llä, sanomme itse asiassa, että sen transistorit pystyvät vaihtamaan (vaihtamaan nollien ja nollien välillä) 5,000,000,000 XNUMX XNUMX XNUMX kertaa sekunnissa.
Toisaalta, kytkentä on nopeus, jolla transistori voi vaihtaa ja siirtyä tilasta toiseen. Tämä on IBM: n esimerkki, jonka olemme antaneet sinulle aiemmin, koska he viittasivat siihen tosiseikkaan, että BiCMOS SiGe -teknologian kanssa käytetyt transistorit pystyivät vaihtamaan 350 GHz: n nopeudella huoneenlämpötilassa tai 500 GHz: n jäähdytyksellä kryogeenisoimalla; Toisin sanoen tämä tarkoittaa, että käytetyt transistorit pystyvät muuttamaan tilaa 500,000,000,000 XNUMX XNUMX XNUMX kertaa yhdessä sekunnissa.
Erona on, että puhuessasi kellotuksesta, puhut kaikkien nopeuksien kytkentänopeudesta transistorit samanaikaisesti , joka tunnetaan kellosykleinä. Toisaalta, kun puhutaan kytkennästä, se viittaa kytkimen nopeuteen transistorit erikseen , joten yhtä nopeutta ei voida verrata toiseen.
Nykyaikaisessa mikroprosessorissa on useita transistoreita, jotka toimivat samanaikaisesti toisiinsa kytkettynä. Nämä yhteenliitännät aiheuttavat viiveitä, ja siksi kellotaajuutta on rajoitettava tai muuten tapahtuu virheitä ja epävakautta. Itse asiassa sinun on oltava varovainen siitä, kuinka kellosignaali jakautuu sirun toiminnallisten yksiköiden kautta, jotta se toimii homogeenisesti, koska muuten näemme epävakauden, laskuvirheiden, "ripustamisen" jne. monta kertaa ylikellotettaessa (minkä vuoksi sitä pidetään epävakaana ylikellotuksena).
Siksi meidän on oltava tiettyjä "varovaisia", kun näemme, että he puhuvat prosessorista, joka toimii stratosfäärin nopeudella, kuten IBM: n esimerkissä, josta olemme puhuneet, koska tässä tapauksessa se viittaa kytkentänopeuteen, mutta ei edes lähellä prosessoria prosessorin kellotaajuus.
Litografia on kriittinen määritettäessä kytkentänopeutta
Transistoreiden koko on olennainen näkökohta määritettäessä niiden kytkentänopeutta, ja tästä syystä on tärkeää, että valmistajat päivittävät tuotantosolmunsa uusilla rakenteilla, kuten FinFET, GAA jne., Portin kapasitanssin vähentämiseksi ja siten parantaakseen kytkentäkapasiteetti.
Periaatteessa viiveaika riippuu useista tekijöistä, kuten portin kapasitanssi tai käytetty jännite ja virta, mutta se riippuu myös transistorin fyysisistä mitoista, koska kytkentänopeus riippuu myös logiikkaportin leveydestä, pituudesta ja paksuudesta. Jos nämä tekijät pelkistetään siirtymisestä litografista toiseen (ymmärtäen, että se on siirtymässä pienempiin transistoreihin), kytkentänopeutta voidaan lisätä samanaikaisesti.
Toisin sanoen ja yksinkertaisesti selitettynä, mitä pienempi litografia valmistussolmusta, johon transistorit tehdään, sitä suurempi kytkentänopeus voi olla, mikä puolestaan voi sallia (vaikkakaan ei välttämättä) laitteen korkeamman toimintataajuuden (kellon). prosessori.
Kuten näette, kaikki parametrit vaikuttavat ja liittyvät toisiinsa määritettäessä sirun nopeutta, suorituskykyä ja tehoa, mutta fyysinen litografia ja valmistussolmu, joka määrittää transistorien koon, on yksi tärkeimmistä. sitä varten.
