CPUs: mais transistores, menos voltagem?

Question

Eu li em um artigo que os núcleos de CPU mais recentes têm faixas de circuito mais estreitas para que mais transistores possam se encaixar no núcleo. O autor escreveu que, como há mais transistores, a voltagem é reduzida.

"As the track width is reduced, more transistors can be placed within the same area, and hence the voltage can be reduced."

Como é que os processadores mais recentes tendem a consumir menos energia quando, de facto, o número de transístores que detêm duplica a cada ano, como sugerido por http://en.wikipedia.org/wiki/Moore%27s_law? > Lei de Moore ?

    

Answer 1

Ou o autor escreveu algo falso ou sua compreensão está errada.

Chips (incluindo CPU's) são criados com partes menores. Isso tem alguns resultados.

1. As peças são menores. Então, no mesmo espaço, você pode adicionar mais peças.
2. Caminhos menores e mais curtos nos chips significa que os chips podem funcionar com uma voltagem mais baixa.
3. Aumenta a densidade do calor.

O primeiro ponto deve ser óbvio. Com peças menores, você constrói um chip menor (e mais barato). Ou você constrói um chip que pode fazer mais coisas. (Por exemplo, mais núcleos, mais cache, etc.).

O ponto 2 é melhor explicado usando um exemplo com tubos

Imagine um sistema com canos, válvulas e água. Se eu abrir uma válvula para permitir a entrada de água em um tubo vazio, levará algum tempo até que a água chegue ao final do tubo e acumule alguma pressão. Quanto maior o tubo, mais água eu preciso adicionar ao tubo para obter a mesma pressão. Quanto mais longo o tubo, mais tempo leva para a água chegar ao outro extremo. Tubos menores e mais curtos serão mais eficientes.

Agora substitua a água por elétrons e a pressão da água por voltagem.

Com caminhos mais curtos no chip, você pode fazer com menor tensão. Com caminhos menores, você precisa de menos elétrons e o chip usa menos energia. Também permite que os sinais cheguem mais rapidamente e, assim, permite um número maior de mudanças na pressão e na pressão. (Leia: Mais MHz).

Como resultado, há uma correlação entre mais partes em um chip e menor tensão necessária pelo chip. Mas um não causa o outro. Corrolação não é causalidade.

Quanto ao motivo pelo qual os processadores mais recentes tendem a consumir menos energia quando, na verdade, o número de transistores que eles possuem duplica a cada ano: Isto é devido a algumas coisas. Por exemplo:

1. Fichas mais rápidas tendem a vender. Mais componentes permitem mais núcleos, mais cache. Você poderia construir um chip tão rápido quanto a geração anterior e deixar que ele usasse menos energia. Ou você pode construir um chip mais rápido. As pessoas compram chips mais rápidos, mesmo que não precisem de velocidade. Chips tão mais rápidos são projetados.
2. Mais tarefas são movidas para uma CPU. Antigamente você tinha a CPU, o cache externo e alguns (2 ou 3) chips. Todos esses poderes usados. O cache de segundo nível foi movido para a CPU. O coltroller de memória foi movido para a CPU, a GPU foi movida para a CPU, a comunicação externa (por exemplo, pistas PCIe) foi movida para a CPU. Mais peças significam mais potência necessária para as novas CPUs gigantescas. Mas menos energia que um processador antigo e todos os outros chips externos.

Answer 2

Você está se concentrando na métrica errada. Não são mais transistores que levam a menos tensão. São as "faixas mais estreitas" que são chamadas de tamanho do dado. Quanto menor o tamanho do molde, menor a queda na tensão de uma conexão para a próxima. Portanto, uma tensão mais baixa pode ser usada para o mesmo efeito.

O fato de os fabricantes poderem instalar mais transistores no mesmo espaço, porque o tamanho da matriz é menor, é outro efeito do tamanho da matriz de encolhimento. Mas soltar a voltagem diminui a dissipação de energia mais do que aumentar a contagem de transistores aumenta a dissipação de energia. Assim, levando a uma redução líquida no consumo de energia.

Esses caras explicam um pouco melhor e com mais detalhes do que eu posso:

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