![CPU速度已经突破摩尔定律了吗?](https://linux22.com/image/1260327/CPU%E9%80%9F%E5%BA%A6%E5%B7%B2%E7%BB%8F%E7%AA%81%E7%A0%B4%E6%91%A9%E5%B0%94%E5%AE%9A%E5%BE%8B%E4%BA%86%E5%90%97%EF%BC%9F.png)
我记得大约在 1995 年有一台 CPU 速度为 75 MHz 的计算机。
几年后,大约在 1997 年,出现了一款频率为 211 MHz 的产品。
几年后,大约在 2000 年,出现了一个频率为 1.8 GHz 的处理器,然后在大约 2003 年,出现了一个频率约为 3 GHz 的处理器。
如今,近 8 年过去了,它们的最高速度仍为 3 GHz。这是摩尔定律吗?
答案1
首先,请记住摩尔定律并不是一条定律,它只是一种观察结果。它与速度没有直接关系,至少没有直接关系。
最初这只是一个观察结果,即元件密度几乎每 [时间段] 翻一番,仅此而已,与速度无关。
作为副作用,它有效地使事情变得更快(同一芯片上有更多的东西,距离更近)和更便宜(需要更少的芯片,每个硅片上有更多的芯片)。
但也有限制。随着芯片设计遵循摩尔定律,元件变得越来越小,新的效应也随之出现。随着元件变得越来越小,它们的表面积相对于其尺寸越来越大,电流就会泄漏出去,因此你需要向芯片中注入更多的电能。最终,你会损失足够的电量,导致芯片发热,浪费的电流比你能使用的还要多。
虽然我不确定,但这可能是当前的速度极限,因为元件太小,很难实现电子稳定。有新材料可以解决这个问题,但直到出现一些全新的材料(钻石、石墨烯)之前,我们才会接近原始 MHz 速度极限。
话虽如此,CPU MHz 不代表计算机速度,就像马力不代表汽车速度一样。有很多方法可以加快速度,而无需更快的最高 MHz 数。
后期编辑
摩尔定律总是指一个过程,即你可以在某个有规律的重复时间范围内将芯片密度翻倍。现在看来 20nm 以下的工艺可能停滞不前。新内存与旧内存采用相同的工艺制造是的,这只是一个点,但它可能是未来的一个预兆。
又一次迟来的编辑 一个Ars Technica 文章几乎宣告其已死。有你在身边 50 年,我感到很开心。
答案2
答案3
时钟速度越快,产生一致信号所需的电压降就越大。电压上升所需的电压越大,所需的功率就越大。所需的功率越大,芯片发出的热量就越多。这会加快芯片的性能下降速度。
到了一定程度,再提高时钟速度就不值得了,因为温度升高的幅度比增加一个核心还要大。这就是为什么核心数量增加的原因。
通过添加更多内核,热量会线性增加。也就是说,时钟速度和功耗之间存在恒定的比率。通过提高内核速度,热量和时钟周期之间存在二次关系。当两个比率相等时,就该换一个内核了。
这与摩尔定律无关,但由于问题在于时钟周期数,而不是晶体管数,因此这种解释似乎更合适。但值得注意的是,摩尔定律确实有其自身的局限性。
编辑:晶体管数量越多意味着每个时钟周期可以完成更多工作。这是一个非常重要但有时会被忽视的指标(2Ghz CPU 的性能可能优于 3Ghz CPU),而这是当今创新的一个主要领域。因此,尽管时钟速度一直保持稳定,但处理器的速度却越来越快,因为它们可以在单位时间内完成更多工作。
编辑2: 这里是一个有趣的链接,其中包含更多相关主题的信息。您可能会发现这很有帮助。
编辑3:与总时钟周期数(内核数 * 每个内核的时钟周期数)无关的是并行性问题。如果程序无法并行化其指令,那么拥有更多内核这一事实毫无意义。它一次只能使用一个内核。这曾经是一个比现在更大的问题。如今,大多数语言对并行性的支持远远超过过去,并且有些语言(主要是函数式编程语言)已将其作为语言的核心部分(请参阅Erlang,艾达和去作为例子)。
答案4
硅基芯片的时钟频率一般限制在 5 GHz 左右,否则它们会开始熔化。有研究使用砷化镓(GaAs),它可以使芯片具有更高的时钟频率,比如高达数百GHz,但我不确定它能走多远。
但摩尔定律与芯片上的晶体管有关,而不是性能或时钟速度。从这个方面来看,我想你可以说,我们仍然在遵循摩尔定律,在同一芯片上扩展多个处理核心。
根据维基百科有关摩尔定律的文章,预计这一趋势将持续至2015年。
如果你想知道在相同时钟速度下如何实现更快的处理器,这也与每个时钟脉冲可执行的指令数量有关。多年来,该数字一直在稳步增长。
每秒指令的时间线这是每个时钟周期的指令数量的良好图表。