Mengapa CPU tidak lebih besar? [Tutup]

CPU relatif kecil, dan para insinyur terus berusaha membuatnya lebih kecil dan mendapatkan lebih banyak transistor di permukaan yang sama.

Mengapa CPU tidak lebih besar? Jika sekitar 260mm ² mati dapat menampung 758 juta transistor (AMD Phenom II x4 955). Maka 520mm ² harus mampu menampung dua kali lipat jumlah transistor dan secara teknis menggandakan kecepatan clock atau core. Mengapa ini tidak dilakukan?

Secara umum Anda benar: Dalam jangka pendek, peningkatan paralelisasi tidak hanya bisa dilakukan tetapi satu - satunya cara untuk maju. Faktanya, multi-core, serta cache, pipelining dan hyper-threading adalah apa yang Anda usulkan: peningkatan kecepatan melalui peningkatan penggunaan area chip. Tentu saja, susut geometri tidak bertabrakan dengan meningkatnya penggunaan area die. Namun, hasil die adalah faktor pembatas yang besar.

Hasil die tumbuh dalam proporsi terbalik dengan ukuran die: die besar hanya lebih mungkin untuk "menangkap" kesalahan wafer. Jika kesalahan wafer mengenai dadu, Anda bisa membuangnya. Hasil die jelas mempengaruhi biaya die. Jadi ada ukuran die yang optimal dalam hal biaya vs keuntungan per mati.

Satu-satunya cara untuk menghasilkan cetakan yang lebih besar secara signifikan adalah dengan mengintegrasikan struktur yang toleran terhadap kesalahan dan redundan. Inilah yang coba dilakukan Intel dalam proyek Terra-Scale mereka (UPDATE: dan apa yang sudah dipraktikkan dalam produk setiap hari seperti yang ditunjukkan Dan).

Ada banyak masalah teknis (panjang jalur menjadi terlalu panjang dan Anda kehilangan efisiensi, gangguan listrik menyebabkan kebisingan), tetapi alasan utamanya adalah karena banyak transistor terlalu panas untuk cukup dingin . Itulah alasan utama mereka sangat ingin mengurangi ukuran die - ini memungkinkan peningkatan kinerja pada tingkat termal yang sama.

Beberapa jawaban yang diberikan di sini adalah jawaban yang baik. Ada masalah teknis dalam meningkatkan ukuran CPU dan itu akan menyebabkan lebih banyak panas untuk dihadapi. Namun semuanya dapat diatasi dengan insentif yang cukup kuat.

Saya ingin menambahkan apa yang saya yakini sebagai isu sentral: ekonomi . CPU dibuat dalam wafer seperti ini , dengan sejumlah besar CPU per wafer. Biaya pembuatan sebenarnya adalah per wafer, jadi jika Anda menggandakan luas CPU Anda hanya bisa muat setengahnya pada wafer, sehingga harga per-CPU berlipat ganda. Juga, tidak semua wafer selalu keluar sempurna, mungkin ada kesalahan. Jadi menggandakan area menggandakan peluang cacat pada CPU tertentu.

Oleh karena itu dari sudut pandang ekonomi alasan mereka selalu membuat hal-hal lebih kecil adalah untuk mendapatkan kinerja yang lebih baik / mm ^ 2, yang merupakan faktor penentu dalam harga / kinerja.

TL; DR: Selain alasan lain yang disebutkan, menggandakan area CPU lebih dari dua kali lipat biaya.

Menambahkan lebih banyak transistor ke prosesor tidak secara otomatis membuatnya lebih cepat.

Panjang jalur meningkat == laju jam lebih lambat.
Menambahkan lebih banyak transistor akan menambah panjang jalur. Setiap peningkatan harus digunakan bernilai atau akan menyebabkan peningkatan biaya, panas, energi, tetapi penurunan kinerja.

Tentu saja Anda selalu dapat menambahkan lebih banyak inti. Mengapa mereka tidak melakukan ini? Ya, benar.

Asumsi umum Anda salah. CPU dengan die berukuran ganda tidak berarti dapat beroperasi dengan kecepatan ganda. Ini hanya akan menambah lebih banyak ruang untuk menambahkan lebih banyak inti (lihat beberapa chip banyak core Intel dengan 32 atau 64 core) atau cache yang lebih besar. Tetapi sebagian besar perangkat lunak saat ini tidak dapat menggunakan lebih dari 2 core.

Oleh karena itu ukuran die yang meningkat meningkatkan harga secara besar-besaran tanpa mendapatkan ketinggian yang sama. Ini salah satu alasan mengapa CPU disederhanakan.

Dalam Elektronik SMALLER = LEBIH CEPAT 3GHz harus jauh lebih kecil dari 20MHz Semakin besar interkoneksi, semakin besar ESR dan semakin lambat kecepatannya.

Menggandakan jumlah transistor tidak menggandakan kecepatan clock.

Biaya memproduksi wafer mentah adalah faktornya. Silikon monocrystalline tidak gratis , dan proses pemurnian agak mahal. Jadi menggunakan lebih banyak bahan baku meningkatkan biaya.

Makhluk hidup besar , buatan atau tidak, seperti dinosaurus, lebih longgar. Area rasio / volume tidak adil untuk kelangsungan hidup mereka: terlalu banyak kendala tentang energi - setiap bentuk - masuk dan keluar.

Pikirkan CPU sebagai jaringan node yang terhubung (transistor). Untuk memberikan lebih banyak kemampuan, jumlah node dan jalur di antara mereka meningkat ke tingkat tertentu, tetapi peningkatan itu linear. Jadi satu generasi CPU mungkin memiliki sejuta node, generasi berikutnya mungkin 1,5 juta. Dengan miniaturisasi rangkaian, jumlah node dan jalur dikondensasi menjadi jejak yang lebih kecil. Proses fabrikasi saat ini turun hingga 30 nanometer.

Katakanlah Anda membutuhkan lima unit per node dan jarak lima unit antara dua node. Ujung ke ujung, dalam garis lurus Anda dapat membuat bus 22222 node dalam 1 CM ruang. Anda dapat membuat matriks 493 juta node dalam CM persegi. Desain sirkuit inilah yang mengandung logika CPU. Menggandakan ruang bukan apa yang meningkatkan kecepatan, itu hanya akan memungkinkan sirkuit untuk memiliki lebih banyak operator yang logis. Atau dalam hal multi-core CPU memungkinkan sirkuit untuk menangani lebih banyak pekerjaan secara paralel. Meningkatkan jejak sebenarnya akan mengurangi kecepatan clock karena elektron harus menempuh jarak yang lebih jauh melalui sirkuit.