Récemment, j'ai entendu dire qu'AMD a publié la nouvelle série de processeurs FX Vishera qui fonctionnent à 5 GHz. Ma question est de savoir s'il existe une limite supérieure de la fréquence d'horloge d'un processeur? Autrement dit, pouvons-nous continuer d'augmenter la fréquence d'horloge pour toujours? Quels problèmes électriques rencontrerons-nous à des fréquences d'horloge plus élevées?
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Torsten Hĕrculĕ Cärlemän
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Réponses:
EDIT : Cette question a conduit à de longues discussions. Il est essentiel de comprendre que le fait que les vitesses des processeurs n'ont pas augmenté au cours des dernières années est lié à des aspects commerciaux et non directement lié à un problème technique ou physique. Vous pouvez vérifier ce lien pour les fréquences les plus élevées atteintes avec les processeurs existants par overclocking et surfusion.
Depuis l'invention du premier PC et jusqu'au début des années 2000, le paramètre principal de chaque CPU était sa fréquence (fréquence maximale de fonctionnement). Les fabricants ont essayé de proposer de nouvelles technologies qui permettront des fréquences plus élevées, et les concepteurs de puces ont travaillé très dur pour développer des micro-architectures qui permettront à la puce de fonctionner sur une fréquence plus élevée.
Cependant, à mesure que les puces devenaient plus petites et plus rapides, le problème de la dissipation thermique s'est posé - lorsque toute la quantité de chaleur générée par les transistors de commutation n'a pas pu être dissipée, les puces ont été endommagées. Les ingénieurs ont commencé à attacher des dissipateurs thermiques aux processeurs, puis aux ventilateurs, mais ils ont finalement conclu que l'approche consistant à augmenter la fréquence du processeur n'était plus pratique en termes de performances supplémentaires par coût supplémentaire.
En d'autres termes: les fréquences des CPU peuvent être augmentées, mais cela rend les CPU (en fait, pas les CPU mais les mécanismes de refroidissement) trop chers. Les consommateurs n'achèteront pas d'ordinateurs coûteux s'il existe une alternative .
En général, les processus technologiques actuels permettent un fonctionnement à très haute fréquence (bien au-dessus de ~ 3GHz que Intel utilise habituellement, et même le 5GHz d'AMD n'est pas le plafond). Cependant, le coût associatif des dispositifs de refroidissement nécessaires à ces hautes fréquences est trop élevé.
Je voudrais souligner ceci: il n'y a aucun effet physique qui empêche le développement de processeurs 8-10GHz avec la technologie actuelle . Cependant, vous devrez fournir un mécanisme de refroidissement très coûteux afin d'empêcher un tel processeur de brûler.
De plus, les processeurs fonctionnent généralement en "rafale" - ils ont de très longues périodes d'inactivité, suivies de périodes courtes mais très intensives (et donc très consommatrices d'énergie). Les ingénieurs pourraient construire un processeur à 10 GHz qui fonctionne aux fréquences les plus élevées pendant de courtes périodes (et aucun refroidissement supplémentaire n'est nécessaire car les périodes sont courtes), mais cette approche a également été rejetée car sans valeur (investissements élevés dans le développement par rapport à des gains douteux ). Cependant, suite à de futures améliorations micro-architecturales, cette approche pourrait être reconsidérée. Je pense que ce processeur AMD à 5 GHz ne fonctionne pas constamment à 5 GHz, mais augmente son horloge interne au maximum lors de courtes rafales.
LIMITE PHYSIQUE: Il y a une limite physique à une fréquence d'horloge maximale réalisable pour chaque technologie de processus (qui dépend de la taille minimale des fonctionnalités de la technologie), mais je pense que le dernier processeur Intel qui a été vraiment poussé à cette limite était le Pentium 4. Cela signifie qu'aujourd'hui, lorsque la technologie progresse et que la taille minimale des fonctionnalités est réduite (en attendant, conformément à la loi de Moore), le seul avantage de cette réduction est que vous pouvez intégrer plus de logique dans la même zone (les ingénieurs ne poussent plus la fréquence des processeurs aux limites) de la technologie).
BTW, la limite ci-dessus ne peut pas augmenter indéfiniment. Découvrez la loi de Moore et les problèmes associés à son nouvel appareil.
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Il y a des limites physiques.
La fréquence du processeur est limitée par:
Disons que vous avez un multiplicateur et un registre sur le CPU. Certaines variables d'entrée sont multipliées puis stockées dans le registre.
Le signal électrique a besoin de temps pour traverser les lignes de signaux et les transistors.
Si vous augmentez trop la fréquence d'horloge, la multiplication n'est pas terminée lorsque le cycle suivant s'installe. Et vous voudrez peut-être utiliser le résultat de la multiplication dans l'instruction suivante!
Donc, si le CPU est plus petit, vous pouvez y mettre une fréquence plus élevée.
Voir également: Retard de propagation Goulot d'étranglement d'interconnexion
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