CPU速度已经打破摩尔定律了吗?

JD *_*cks 36 cpu cpu-speed

我记得 1995 年左右的某个时候有一台 CPU 速度为 75 MHz 的计算机。

几年后,大约在 1997 年有一个 211 MHz。

几年后,大约在 2000 年有一个大约 1.8 GHz 的频率,然后在 2003 年左右有一个大约 3 GHz 的频率。

现在将近 8 年之后,它们仍然达到 3 GHz 的最大值。这是因为摩尔定律吗?

Ric*_*lka 50

首先,请记住摩尔定律不是定律,它只是一个观察结果。它与速度无关,无论如何也不是直接的。

最初只是观察到组件密度在每个 [时间段] 几乎翻倍,仅此而已,与速度无关。
作为一个副作用,它有效地使事情变得更快(同一芯片上的东西更多,距离更近)和更便宜(需要的芯片更少,每个硅晶片更多的芯片)。

虽然有限制。随着芯片设计遵循摩尔定律,元件越来越小,新的效应出现了。随着组件变得更小,它们的表面积相对于它们的尺寸更大,并且电流会泄漏,因此您需要将更多的电力泵入芯片。最终,您会失去足够的汁液,从而使芯片变热并浪费更多的电流。

虽然我不确定,但这可能是当前的速度限制,因为组件太小,很难使电子稳定。有一些新材料可以帮助解决这个问题,但在出现一些非常新的材料(钻石、石墨烯)之前,我们将接近原始 MHz 速度限制。

也就是说,CPU MHz 不是计算机速度,就像马力不是汽车的速度一样。有很多方法可以在没有更快的最高 MHz 数的情况下使事情变得更快。

后期编辑

摩尔定律总是指一个过程,即您可以在某个有规律的重复时间范围内将芯片密度加倍。现在看来亚20nm工艺可能会停滞不前。新内存在与旧内存相同的过程中运输。是的,这是一个点,但它可能是未来的预兆。

另一个后期编辑Ars Technica 文章几乎宣布它已死。有你在身边 50 年很有趣。

  • 非常重要的是要注意,例如,3GHz i7 比 3GHz P4 快几个数量级 - 并且时钟速度可以更快,它们只会产生更多热量,并且添加额外内核的差异更大。 (34认同)
  • “摩尔定律不是定律,它只是一种观察”从技术上讲,这就是任何定律:只是一种观察(例如开普勒的观察,即连接行星和太阳的线在相等的时间间隔内扫过相等的面积;他没有)不知道*为什么*行星这样做,他只是观察到它们*做了*)。在物理学中,这个词的使用频率更高(倾向于表示:不可侵犯)。 (11认同)
  • @道格T; CPU 速度/不/停滞不前。查找 [Megahertz Myth](http://en.wikipedia.org/wiki/Megahertz_myth)。时钟速度并没有变得更快,但是处理器在每个时钟周期中“处理”的数量已经增加,并且一些处理器(例如 i7)对于将时钟速度提高 1-1.5 GHz 非常满意,如果可以的话带走热量并供电。如果单个线程的要求比其他任何东西都多,它们也会加快速度。仅仅由于热量输出,提高时钟速度不再具有成本效益。 (11认同)

par*_*oid 37

摩尔定律描述了计算硬件历史上的一个长期趋势。可以廉价放置在集成电路上的晶体管数量大约每两年翻一番。 这与时钟速度无关。

此外,CPU 的时钟速度并不是其处理能力的可靠指标

  • 晶体管密度受到诸如沟槽、栅极等尺寸的限制。当前的技术正在构建氧化物厚度仅为几个原子的栅极。一旦达到大约 3-4 个原子厚度的栅极氧化物,就很难看出下一步该往哪里去。 (2认同)

soa*_*dos 15

时钟速度越快,产生相干信号所需的电压降就越大。需要升高的电压越大,需要的功率就越大。需要的功率越大,芯片发出的热量就越多。这会更快地降解芯片并减慢它们的速度。

在某一点上,再提高时钟速度是不值得的,因为增加的温度比增加另一个内核要多。这就是内核数量增加的原因。

通过添加更多内核,热量会线性上升。即时钟速度和功耗之间有一个恒定的比率。通过使内核更快,热量和时钟周期之间存在二次关系。当两个比率相等时,是时候获得另一个核心了。

这与摩尔定律无关,但由于问题是关于时钟周期的数量,而不是晶体管的数量,这种解释似乎更贴切。应该指出的是,摩尔定律确实有其自身的局限性。

编辑:更多的晶体管意味着每个时钟周期完成更多的工作。这恰好是一个非常重要的指标,但有时会被忽视(2Ghz CPU 的性能可能优于 3Ghz CPU),这是当今的一个主要创新领域。因此,即使时钟速度一直稳定,处理器也变得越来越快,因为它们每单位时间可以做更多的工作。

编辑 2: 是一个有趣的链接,其中包含有关相关主题的更多信息。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。这曾经是一个比今天大得多的问题。今天的大多数语言都比以前更多地支持并行性,并且有一些语言(主要是函数式编程语言)使其成为语言的核心部分(参见ErlangAdaGo示例)。


小智 11

摩尔定律预测晶体管的数量每 18 个月就会翻一番。过去,这意味着时钟速度可能会翻倍。一旦我们达到 3 GHz 左右,硬件制造商就意识到他们正面临光速限制。

还记得光速是 299,792,458 米/秒吗?这意味着在 3ghz 机器上,每个时钟周期的光将传播大约三分之一米。那是光在空气中传播。考虑到电力比这更慢,门和晶体管甚至更慢,在那么长的时间内你可以做的事情并不多。结果,时钟速度实际上下降了一点,而是硬件转向了多核。

Herb Sutter 在他 2005 年的“免费午餐结束”文章中谈到了这一点:

http://www.gotw.ca/publications/concurrency-ddj.htm

  • @tylerl,我不知道,但我希望我们的孩子能弄清楚!;) (3认同)
  • c/3GHz = 9.993cm http://www.google.com/search?q=(299792458m/s)/(3e9/s)= -- 考虑到`quickly_now`的评论,一个信号可以传播大约6cm每 3GHz 时钟滴答。那不是很远。 (2认同)
  • @tyblu - 光在 4THz 时钟滴答中传播 75 微米。你怎么可能期望用它制作任何有用的电路,这超出了我的范围。 (2认同)

del*_*ray 10

基于硅的芯片在开始熔化之前的一般时钟限制为 5 GHz 左右。有研究使用砷化镓(GaAs),这将使芯片具有更高的时钟频率,例如高达数百 GHz,但我不确定这能走多远。

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。在这方面,我想你可以说我们仍然通过扩展到仍然在同一芯片上的多个处理核心来跟上摩尔定律。

根据维基百科上关于摩尔定律的文章,预计会持续到 2015 年。

如果您想知道在相同时钟速度下我们可以使用更快的处理器的另一种方式,它还与每个时钟脉冲可以执行的指令数量有关。多年来,这个数字一直在稳步增长。

每秒指令的时间线是每个时钟周期指令数量的一个很好的图表。


小智 7

我不是 EE 或物理专家,但自 1981 年以来,我大约每三到四年购买一次计算机(在 81 年我买了我的第一台 Sinclair ZX81,三年后又买了一台 Commodore 64,玩具,然后是我的第一台 IBM 1987 年克隆),所以我在这个主题上有 30 年的“现场数据”。

即使使用我在 87 年的第一个 IBM 克隆作为起点(它有 640k 的 RAM 和一个 32MB 的硬盘驱动器),通过每 18 个月将所有内容乘以 2,我今天得到了 10GB 的 RAM 和一个 1TB 的硬盘驱动器。该死的关闭!只是比我今天桌上的 RAM 多一点,HD 少一点。

考虑到这条“定律”显然是作为对未来计算机能力指数增长的普遍预期,坦率地说,我对它在基本上三个十年中的准确度感到震惊。如果只有“民用太空旅行”、“个人机器人”和“悬停汽车”也出现了类似的指数增长。遗憾。

但从严格用户的角度来看,摩尔定律似乎暂时保持不变。


版主浓缩多个答案:

尽管摩尔定律明确规定了微芯片中晶体管的数量,但这只是以指数速度发展的更大的技术世界中的一个单一基准。

挂断时钟速度没有抓住重点。只需查看 PassMark CPU 基准测试:http : //www.cpubenchmark.net/high_end_cpus.html ,就会发现计算机每天都变得越来越强大。

芯片上的晶体管数量只是提高当今计算机能力的一个组成部分。

虽然我不是摩尔,也不认识他,但我猜从更广泛的意义上讲,他的定律是试图预测计算能力的指数增长。他选择“芯片上的晶体管数量”作为具体的、最重要的、可量化的标准,而不是更“模棱两可且难以证明”的断言,即“计算机能力将每两年翻一番”。为了证明他的理论,显然需要一些易于测量的东西作为衡量标准。但我会在这里冒昧地暗示他预测了一个更大的趋势,涉及计算机的各个方面。