Généralement, quand on parle de vitesse d'un processeur nous connaissons tous l'ampleur du mégahertz ou du gigahertz, et aujourd'hui, il est facile de voir des processeurs qui atteignent ou dépassent les 5 GHz en usine, ou des records d'overclocking qui approchent les 8 GHz dans certains cas. Cependant, vous aurez également vu des nouvelles qui parlent de processeurs qui ont atteint 500 GHz , un chiffre qui semble presque absurde mais, pour le comprendre et ne pas se tromper avec ces chiffres, il faut que vous connaissiez les concepts de Horloge et Commutation , c'est précisément ce dont nous allons parler dans cet article.
Nous sommes assez habitués à voir des records d'overclocking, qui sont battus de temps en temps par des overclockeurs professionnels qui parviennent à élever la fréquence de fonctionnement d'un processeur à des niveaux bien supérieurs à la vitesse à laquelle ils fonctionnent en usine ; cependant, ces grandeurs sont généralement de l'ordre de moins de dix gigahertz.
D'autre part, l'actualité des processeurs qui ont atteint 350 GHz à température ambiante et qui ont atteint 500 GHz grâce à la cryogénisation ont également fait surface, mais comment est-ce possible ? Pour le comprendre, il faut « s'enfoncer dans la boue » pour appréhender les notions de commutation et de pointage.
L'horloge et la commutation ne sont pas les mêmes
Quand on voit qu'un overclocker a battu un record de vitesse dans un processeur, ce qu'il a fait (expliqué de manière basique) c'est d'augmenter sa fréquence de fonctionnement, généralement en augmentant la tension.
Cela produit une génération de chaleur plus élevée et c'est pourquoi ils utilisent généralement des systèmes de refroidissement avancés, tels que l'azote liquide, évitant ainsi des problèmes avec le système. En plus de augmenter la fréquence de fonctionnement de le processeur, la fréquence du bus de base est également modifiée, donc en même temps la vitesse d'autres composants qui en dépendent, tels que RAM, par exemple, est augmenté.
Par contre, en prenant l'exemple du processeur qui fonctionne à 500 GHz (c'était une expérience IBM), un système de cryogénisation a été utilisé pour son refroidissement, mais malgré cela à température ambiante il atteignait déjà 350 GHz… on parle de 3 , 5 THz. Dans l'expérience, ils ont expliqué qu'ils utilisaient une technologie appelée SiGe BiCMOS pour leurs transistors, mais dans tous les cas, où est le hic ? Il n'y a pas vraiment de piège, mais ils renvoient à des choses différentes : dans un cas on parle de pointage , et dans un autre de de commutation .
Horloge parle de la fréquence d'horloge à laquelle le processeur fonctionne, c'est-à-dire la vitesse à laquelle ses transistors commutent ensemble. Par exemple, lorsque nous disons qu'un processeur fonctionne à 5 GHz, nous disons en fait que ses transistors sont capables de commuter (commuter entre des zéros et des uns) 5,000,000,000 XNUMX XNUMX XNUMX de fois par seconde.
D'autre part, de commutation est la vitesse à laquelle un transistor peut basculer et passer d'un état à un autre. C'est le cas de l'exemple IBM que nous vous avons donné précédemment, puisqu'il faisait référence au fait que les transistors utilisés avec la technologie BiCMOS SiGe étaient capables de commuter à une vitesse de 350 GHz à température ambiante ou 500 GHz avec refroidissement par cryogénisation ; Autrement dit, cela signifie que les transistors utilisés sont capables de changer d'état 500,000,000,000 XNUMX XNUMX XNUMX fois en une seconde.
La différence est que lorsque vous parlez de synchronisation, vous parlez de la vitesse de commutation de tous les transistors simultanément , qui est connu sous le nom de cycles d'horloge. D'autre part, lorsqu'on parle de commutation, il fait référence à la vitesse de commutation du transistors individuellement , donc une vitesse n'est pas comparable avec l'autre.
Dans un microprocesseur moderne, de nombreux transistors fonctionnent en même temps et sont connectés les uns aux autres. Ces interconnexions créent des retards et donc la fréquence d'horloge doit être limitée sinon des erreurs et une instabilité se produiront. En fait, il faut être assez prudent sur la façon dont le signal d'horloge est distribué à travers les unités fonctionnelles de la puce pour qu'il fonctionne de manière homogène, car sinon c'est lors de l'instabilité, des erreurs de calcul, du « raccrocher », etc. que l'on voit plusieurs fois lors de l'overclocking (c'est pourquoi il est considéré comme un overclocking instable).
Par conséquent, nous devons être certains « prudents » lorsque nous voyons qu'ils parlent d'un processeur qui fonctionne à une vitesse stratosphérique comme l'exemple d'IBM dont nous avons parlé, car dans ce cas, il se réfère à la vitesse de commutation mais pas même proche de la fréquence d'horloge du processeur.
La lithographie est essentielle pour déterminer la vitesse de commutation
La taille des transistors est un aspect fondamental pour déterminer leur vitesse de commutation, et pour cette raison, il est important que les fabricants mettent à jour leurs nœuds de fabrication en utilisant de nouvelles structures telles que FinFET, GAA, etc. afin de réduire la capacité de grille et ainsi améliorer le Capacité de commutation.
En principe, le temps de retard dépend de plusieurs facteurs tels que la capacité de grille ou la tension et le courant utilisés, mais cela dépend aussi des dimensions physiques du transistor puisque la vitesse de commutation dépend aussi de la largeur, de la longueur et de l'épaisseur de la porte logique. Si ces facteurs sont réduits à passer d'une lithographie à une autre (en comprenant qu'elle se déplace vers des transistors plus petits), la vitesse de commutation pourrait être augmentée en même temps.
En d'autres termes et expliqué simplement, plus la lithographie du nœud de fabrication dans lequel les transistors sont fabriqués est petite, plus la vitesse de commutation peut potentiellement être élevée, ce qui à son tour peut permettre (mais pas nécessairement) une fréquence de fonctionnement (clocking) plus élevée du processeur.
Comme vous pouvez le voir, tous les paramètres influencent et sont liés les uns aux autres lors de la détermination de la vitesse, des performances et de la puissance d'une puce, mais la lithographie physique et le nœud de fabrication qui détermine la taille des transistors est l'un des plus importants. pour ça.
