A velocidade da CPU já quebrou a lei de Moore?

Question

Eu me lembro, por volta de 1995, de ter um computador com velocidade de CPU de 75 MHz.

Em seguida, alguns anos mais tarde, por volta de 1997, um que tinha 211 MHz.

Então, alguns anos mais tarde, por volta de 2000, tendo um que era como 1,8 GHz, em torno de 2003, tendo um que era de cerca de 3 GHz.

Agora, quase 8 anos depois, eles ainda estão no máximo em 3 GHz. Isso é por causa da Lei de Moore?

    

Answer 1

A primeira coisa, lembre-se que a Lei de Moore não é uma lei, é apenas uma observação. E não tem a ver com velocidade, nem diretamente de qualquer maneira.

Originalmente, era apenas uma observação de que a densidade de componentes praticamente dobra a cada [período de tempo], isto é, nada a ver com velocidade.
Como efeito colateral, ele efetivamente tornou as coisas mais rápidas (mais coisas no mesmo chip, distâncias mais próximas) e mais barato (menos chips necessários, mais chips por wafer de silício).

Existem limites embora. Como o design do chip segue a lei de Moore e os componentes ficam menores, novos efeitos aparecem. À medida que os componentes ficam menores, eles ficam com mais área de superfície em relação ao seu tamanho, e a corrente vaza, fazendo com que você precise bombear mais eletricidade para o chip. Eventualmente, você perde o suficiente para deixar o chip quente e desperdiçar mais corrente do que você pode usar.

Embora eu não tenha certeza, este é provavelmente o limite de velocidade atual, que os componentes são tão pequenos que são mais difíceis de serem eletronicamente estáveis. Há novos materiais para ajudar nisso, mas até que apareça algum material totalmente novo (diamantes, grafeno) chegaremos perto dos limites de velocidade de MHz.

Dito isto, a CPU MHz não é a velocidade do computador, assim como a potência não é velocidade para um carro. Existem várias maneiras de tornar as coisas mais rápidas sem um número mais alto de MHz.

EDITAR TARDIO

A lei de Moore sempre se referiu a um processo, que você pode duplicar a densidade em fichas em algum período de tempo regular. Agora parece que o processo sub-20nm pode estar parado. Nova memória está sendo enviada no mesmo processo que a memória antiga . Sim, este é um ponto único, mas pode ser um prenúncio do futuro.

OUTRAS EDIÇÕES MAIS TARDE Uma Artigo da Ars Technica, mas declarando que ela está morta . Foi divertido ter você por 50 anos.

    

Answer 2

A lei de Moore descreve uma tendência de longo prazo na história do hardware de computação. O número de transistores que podem ser colocados de forma barata em um circuito integrado dobrou aproximadamente a cada dois anos. Não se trata da velocidade do clock.

Além disso, a velocidade de clock de uma CPU não é um indicador confiável de seu poder de processamento .

    

Answer 3

Quanto maior a velocidade do clock, maiores as quedas de tensão necessárias para se fazer um sinal coerente. Quanto maior a tensão necessária, mais energia é necessária. Quanto mais energia for necessária, mais calor seu chip emitirá. Isso degrada os chips mais rapidamente e os reduz.

A um certo ponto, simplesmente não vale a pena aumentar a velocidade do relógio, já que o aumento da temperatura seria maior do que seria adicionar outro núcleo. É por isso que há um aumento no número de núcleos.

Adicionando mais núcleos, o calor aumenta linearmente. Ou seja há uma relação constante entre a velocidade do clock e a força de consumo. Ao tornar os núcleos mais rápidos, existe uma relação quadrática entre o calor e o ciclo de clock. Quando as duas relações são iguais, é hora de obter outro núcleo.

Isso é independente da Lei de Moore, mas como a questão é sobre o número de ciclos de clock, não o número de transistores, essa explicação parece mais adequada. Deve-se notar que a lei de Moore oferece limitações próprias.

EDITAR: Mais transistores significa que mais trabalho é feito por ciclo de clock. Isso acontece de ser uma métrica muito importante que às vezes é negligenciada (é possível ter uma CPU de 2Ghz superando uma CPU de 3GHz) e esta é uma área importante de inovação hoje. Assim, mesmo que as velocidades de clock tenham sido constantes, os processadores estão ficando mais rápidos no sentido de que podem fazer mais trabalho por unidade de tempo.

EDIT 2: Aqui é um link interessante que contém mais informações sobre tópicos relacionados. Você pode achar isso útil.

EDIT 3: Não relacionado ao número de ciclos de clock total (número de núcleos * ciclos de clock por núcleo) é a questão do paralelismo. Se um programa não pode paralelizar suas instruções, o fato de você ter mais núcleos não significa nada. Só pode usar um de cada vez. Isso costumava ser um problema muito maior do que é hoje. A maioria das linguagens hoje suporta muito mais o paralelismo do que costumava, e há algumas linguagens (principalmente linguagens de programação funcionais) que fizeram dela parte essencial da linguagem (veja Erlang , Ada e Vá como exemplos).

    

Answer 4

A lei de Moore previa que o número de transistores dobraria a cada 18 meses. No passado, isso significava que a velocidade do clock poderia dobrar. Quando chegamos a cerca de 3 ghz, os fabricantes de hardware perceberam que estavam atingindo as limitações de velocidade da luz.

Lembre-se de como a velocidade da luz é de 299.792.458 metros / segundo? Isso significa que em uma máquina de 3ghz a luz viajará cerca de um terço de um metro por ciclo de clock. Isso é luz viajando pelo ar. Leve em conta que a eletricidade é mais lenta do que isso, e que os portões e transistores são ainda mais lentos e não há muito o que se possa fazer em muito tempo. Como resultado, as velocidades de clock diminuíram um pouco e, em vez disso, o hardware mudou para vários núcleos.

Herb Sutter falou sobre isso em seu artigo "Free Lunch is Over" de 2005:

link

    

Answer 5

Os chips baseados em silício têm um clock geral de 5 GHz ou mais antes de começarem a fundir. Houve pesquisas sobre o uso do arsenieto de gálio (GaAs), que permitiria que os chips tivessem taxas de clock mais altas, como centenas de GHz, mas não sei ao certo o quanto isso aconteceu.

Mas a Lei de Moore tem a ver com transistores em um chip, não o desempenho ou a velocidade do clock. E nesse aspecto, eu acho que você poderia dizer que ainda estamos mantendo a lei de Moore, ramificando-se em múltiplos núcleos de processamento ainda no mesmo chip.

De acordo com o artigo da Wikipedia sobre a Lei de Moore , espera-se que seja mantido até 2015.

Se você quiser saber de outra forma em que podemos ter processadores mais rápidos com a mesma velocidade de clock, isso também tem a ver com o número de instruções que podem ser realizadas por pulso de clock. Esse número tem aumentado constantemente ao longo dos anos.

Cronograma de instruções por segundo é um bom gráfico do número de instruções por ciclo de clock.

    

Answer 6

Eu não sou um especialista em EE ou Física, mas venho comprando computadores a cada três ou quatro anos desde 1981 (em 81 eu comprei meu primeiro, um Sinclair ZX81 e três anos depois um Commadore 64, brinquedos realmente, e então meu primeiro clone da IBM em 1987), então tenho 30 anos de "dados de campo" sobre esse assunto.

Mesmo usando meu primeiro clone da IBM em 87 como ponto de partida (que tinha 640k de RAM e 32MB de disco rígido), multiplicando tudo por dois a cada 18 meses, recebo hoje 10GB de RAM e um disco rígido de 1TB. DAMN CLOSE !!!! Apenas um pouco demais de RAM e um pouco menos de HD do que o que está na minha mesa hoje.

Considerando que esta "lei" foi obviamente planejada como uma expectativa geral do crescimento exponencial do poder do computador no futuro, fiquei francamente chocado com a precisão que ela teve ao longo de essencialmente três décadas. Se apenas "viagens espaciais civis", "robôs pessoais" e "carros flutuantes" tivessem visto um crescimento exponencial similar. Pena.

Mas do ponto de vista de um usuário estritamente, a Lei de Moore parece estar se segurando rápido AGORA.

O moderador

condensa várias respostas:

Embora a lei de Moore lide explicitamente com o número de transistores em um microchip, isso é apenas uma referência única em um mundo de tecnologias muito maior que avança a uma taxa exponencial.

Para se desligar do relógio, o tempo não alcança o ponto. Basta olhar para os benchmarks da CPU do PassMark: link , para ver que os computadores estão cada vez mais poderosos TODOS OS DIAS.

O número de transistores em um chip é simplesmente um componente para melhorar a potência do computador atual.

Embora eu não seja Moore nem o conheço, suponho que, em um sentido mais amplo, sua lei fosse uma tentativa de prever o aumento exponencial do poder de computação. Ele escolheu "número de transistores em um chip" como um padrão CONCRETO e mais importante, QUANTIFICÁVEL, em vez de uma afirmação muito mais "ambígua e difícil de provar" de que "a potência do computador dobrará a cada dois anos". Para provar sua teoria, claramente algo que poderia ser facilmente medido era necessário como critério. Mas eu vou sair em um membro aqui e sugerir que ele estava prevendo uma tendência maior lidar com todos os aspectos dos computadores.

    

Answer 7

Ainda podemos fazer processadores ir mais rápido com silício (mas não muito mais rápido), mas neste momento é mais barato / mais eficiente apenas tornar processadores (ou seus núcleos) menores, e colocar mais deles em um dado. Materiais mais recentes, como silício de sopro de grafeno fora da água em termos de velocidade de comutação do transistor, mas ainda temos que dominar o processo de fabricação. Seja paciente, mais velocidade virá, provavelmente mais cedo do que tarde.