Por que as CPUs não são maiores? [fechadas]

Question

As CPUs são relativamente pequenas e os engenheiros estão constantemente tentando reduzi-las e obter mais transistores na mesma superfície.

Por que as CPUs não são maiores? Se uma matriz de aproximadamente 260 mm ² pode conter 758 milhões de transistores (AMD Phenom II x4 955). Então, um 520 ² deve ser capaz de manter o dobro da quantidade de transistores e tecnicamente dobrar a velocidade do clock ou núcleos. Por que isso não é feito?

    

Answer 1

Geralmente você está certo: no curto prazo, o aumento da paralelização não é apenas viável, mas apenas o caminho a seguir. De fato, multi-núcleos, bem como caches, pipelining e hyper-threading são exatamente o que você propõe: ganho de velocidade através do aumento do uso da área de chip. Naturalmente, as geometrias encolhidas não colidem com o aumento do uso da área da matriz. No entanto, die yield é um grande fator limitante.

O rendimento de matriz cresce em proporção inversa ao tamanho do molde: as matrizes grandes são simplesmente mais propensas a "capturar" erros de wafer. Se um erro de bolacha atinge um dado, você pode jogá-lo fora. O rendimento do dado obviamente afeta o custo da matriz. Portanto, há um tamanho ideal de dados em termos de custos vs. lucros por dado.

A única maneira de produzir matrizes significativamente maiores é integrar estruturas tolerantes a falhas e redundantes. Isso é o que a Intel tenta fazer em seu projeto do Terra-Scale (UPDATE: e o que já está praticado em produtos cotidianos como Dan aponta).

    

Answer 2

Existem muitas questões técnicas (os comprimentos dos caminhos ficam muito longos e você perde eficiência, interferência elétrica causa ruído), mas a principal razão é simplesmente que muitos transistores estariam muito quentes para esfriar adequadamente . Essa é a razão pela qual eles estão tão interessados em reduzir o tamanho da matriz - ela permite aumentos de desempenho nos mesmos níveis térmicos.

    

Answer 3

Várias das respostas dadas aqui são boas respostas. Existem problemas técnicos em aumentar o tamanho da CPU e isso levará a muito mais calor para lidar. No entanto, todos eles são superáveis, dados incentivos suficientes.

Eu gostaria de acrescentar o que acredito ser uma questão central: economia . As CPUs são feitas em wafers como este , com um grande número de CPUs por wafer. O custo real de fabricação é por wafer, portanto, se você duplicar a área de uma CPU, só poderá caber metade do tamanho de um wafer, de modo que o preço por CPU dobra. Além disso, nem todo o wafer sempre sai perfeito, pode haver erros. Então, dobrar a área dobra a chance de um defeito em qualquer CPU específica.

Portanto, do ponto de vista econômico, a razão pela qual eles estão sempre diminuindo as coisas é obter um melhor desempenho / mm ^ 2, que é o fator determinante no preço / desempenho.

TL; DR: Além das outras razões mencionadas, dobrar a área de uma CPU mais que dobra o custo.

    

Answer 4

Adicionar mais transistores a um processador não faz com que seja mais rápido.

Aumento do comprimento do caminho == menor velocidade do clock.
Adicionar mais transistores aumentará o comprimento do caminho. Qualquer aumento tem que ser usado como valioso ou causará um aumento no custo, calor, energia, mas uma diminuição no desempenho.

Você pode sempre adicionar mais núcleos. Por que eles não fazem isso? Bem, eles fazem.

    

Answer 5

Sua suposição geral está errada. Uma CPU com uma matriz de tamanho duplo não significa que pode operar com velocidade dupla. Isso só acrescentaria mais espaço para adicionar mais núcleos (veja alguns chips Intel manycore com 32 ou 64 núcleos) ou caches maiores. Mas a maior parte do software atual não pode usar mais de 2 núcleos.

Portanto, o aumento do tamanho do dado aumenta o preço em massa sem um ganho da mesma altura. Esta é uma das razões (simplificadas) das CPUs como elas são.

    

Answer 6

Em Eletrônica SMALLER = MAIS RÁPIDO 3GHz precisa ser bem menor que 20MHz Quanto maiores as interconexões, maior o ESR e mais lenta a velocidade.

A duplicação da quantidade de transistores não duplica a velocidade do clock.

    

Answer 7

O custo de produzir as bolachas brutas é um fator. O silício monocristalino é não livre , e o processo de refino é um pouco caro. Então, usar mais da sua matéria-prima aumenta o custo.

    

Answer 8

Coisas vivas , artificiais ou não, como os dinossauros, são perdedoras. A relação área / volume não é justa para a sua sobrevivência: muitas restrições sobre energia - todas as formas - dentro e fora.

    

Answer 9

Pense em uma CPU como uma rede de nós conectados (transistores). Para fornecer mais recursos, o número de nós e os caminhos entre eles aumentam em um grau, mas esse aumento é linear. Assim, uma geração de CPU pode ter um milhão de nós, a próxima pode ter 1,5 milhão. Com a miniaturização do circuito, o número de nós e caminhos é condensado em um espaço menor. Os atuais processos de fabricação são de até 30 nanômetros.

Digamos que você precise de cinco unidades por nó e cinco unidades de distância entre dois nós. De ponta a ponta, em linha reta você pode criar um barramento de 22222 nós em 1 CM de espaço. Você pode criar uma matriz de 493 milhões de nós em um CM quadrado. O design do circuito é o que contém a lógica da CPU. Dobrar o espaço não é o que aumenta a velocidade, apenas permitiria que o circuito tivesse operadores mais lógicos. Ou no caso de CPUs com vários núcleos para permitir que o circuito manipule mais trabalhos em paralelo. Aumentar a pegada diminuiria a velocidade do clock, pois os elétrons teriam que percorrer longas distâncias pelo circuito.