Eu estava pensando na noite passada sobre computadores e processadores e este vídeo de uma máquina digital de adição de 6 bits, e eu sei que 4 GHz parece ser o limite prático de CPUs produzidas em massa da era atual. Por que esse é o caso? Eu estava tentando imaginar algo parecido com a máquina de calcular de 6 bits * 11 (ok, 10.6666 ...), alinhada lado a lado e operando 4 bilhões de vezes em um segundo. É alucinante para mim. O XKCD tem outra abordagem.
Então, para todos vocês com muito mais experiência em física do que eu, acho que há algumas questões em um só: Por que o 4GHz parece ser o limite prático para processadores? É que o silício não pode mudar mais rápido do que isso (e outro elemento ajudaria)? Até onde vão os elétrons em 1 / 4.000.000.000 de segundo, e por quanto tempo os caminhos elétricos são, digamos, um processador Core 2 Duo e uma placa-mãe? O limite é de 4 GHz porque os elétrons não podem sair do processador, digamos, dentro e fora da memória, rápido o suficiente enquanto viajam na velocidade da luz?
Cada elétron dificilmente se move em 0,25 ns, mesmo com as dezenas de amplificadores que fluem em tais processadores.
"Por exemplo, em um fio de cobre de seção transversal de 0,5 mm2, transportando uma corrente de 5 A, a velocidade de desvio dos elétrons é da ordem de um milímetro por segundo." Wikipedia
Felizmente, não precisamos que os elétrons se movam para muito longe para transportar uma onda que se move a grandes distâncias muito rapidamente.
Não é a velocidade dos elétrons que importa, é muito lenta, mas a velocidade de propagação do grupo dos campos elétricos que os empurra, o que é cerca de 1/3 da velocidade da luz. Dado que 2,4 GHz tem um comprimento de onda de 12 cm aproximadamente, o problema com os chips de 4 GHz é que o tamanho do chip é muito grande comparado com o comprimento de onda do relógio, e assim ele começa a ficar muito difícil de lidar relógio inclinado.
Além disso, o consumo de energia de uma CPU aumenta muito rápido à medida que a velocidade do clock aumenta, e em algum momento a coisa superaquece.
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