![在(理论上的)4GHz 处理器中,电子在一个时钟周期内物理移动多远?](https://linux22.com/image/1226961/%E5%9C%A8%EF%BC%88%E7%90%86%E8%AE%BA%E4%B8%8A%E7%9A%84%EF%BC%894GHz%20%E5%A4%84%E7%90%86%E5%99%A8%E4%B8%AD%EF%BC%8C%E7%94%B5%E5%AD%90%E5%9C%A8%E4%B8%80%E4%B8%AA%E6%97%B6%E9%92%9F%E5%91%A8%E6%9C%9F%E5%86%85%E7%89%A9%E7%90%86%E7%A7%BB%E5%8A%A8%E5%A4%9A%E8%BF%9C%EF%BC%9F.png)
我昨晚一直在思考计算机和处理器,还有这个视频6 位数字加法机,我知道 4 GHz 似乎是当前时代量产 CPU 的实际极限。为什么会这样?我试图想象像 6 位加法机 * 11(好吧,10.6666......)这样的东西并排排列,并在一秒钟内运行 40 亿次。这对我来说太不可思议了。 西科光盘对此有另一种看法。
因此,对于物理学背景比我更丰富的各位,我想有几个问题可以归结为一个问题:为什么 4GHz 似乎是处理器的实际极限?是不是因为硅不能比它更快地切换(另一种元素会有帮助吗)?电子在 1/4,000,000,000 秒内能走多远?比如说,Core 2 Duo 处理器和主板上的电路有多长?4 GHz 是否是极限,因为电子在以光速移动时无法足够快地从处理器进出内存?
答案1
即使在这样的处理器中流动着数十安培的电流,每个电子在 0.25 纳秒内几乎都不会移动。
“例如,在横截面积为 0.5 平方毫米、载流 5 安培的铜线中,电子的漂移速度约为每秒一毫米。”维基百科
幸运的是,我们不需要电子移动很远就能携带能够快速长距离移动的波。
答案2
重要的不是电子的速度,电子的速度确实很慢,而是推动电子的电场的群传播速度,大约是光速的 1/3。考虑到 2.4GHz 的波长大约为 12 厘米,4 GHz 芯片的问题在于芯片裸片的尺寸与时钟波长相比相当大,因此处理时钟偏差开始变得非常困难。
此外,随着时钟速度的增加,CPU 的功耗也会快速增加,并且在某些时候会导致过热。