为什么CPU不更大？

Question

CPU 相对较小，工程师们不断尝试将它们做得更小，并在同一表面上获得更多的晶体管。

为什么CPU不更大？如果一个大约 260mm ^{2 的}芯片可以容纳 7.58 亿个晶体管（AMD Phenom II x4 955）。那么 520mm ²应该能够容纳双倍数量的晶体管，并且在技术上使时钟速度或内核增加一倍。为什么这没有完成？

Answer 1

有很多技术问题（路径长度太长会降低效率，电干扰会导致噪声），但主要原因很简单，因为许多晶体管太热而无法充分冷却。这就是他们如此热衷于减小芯片尺寸的全部原因——它允许在相同的热水平下提高性能。

Answer 2

一般来说，您是对的：在短期内，增加并行化不仅可行，而且是唯一的出路。事实上，多核以及缓存、流水线和超线程正是您所建议的：通过增加芯片面积使用来提高速度。当然，缩小的几何形状不会与增加模具面积的使用相冲突。然而，芯片良率是一个很大的限制因素。

芯片良率与芯片尺寸成反比增长：大芯片更容易“捕捉”晶圆错误。如果晶圆错误击中芯片，您可以将其扔掉。芯片良率明显影响芯片成本。因此，就成本与每个芯片的利润而言，存在最佳芯片尺寸。

生产大得多的芯片的唯一方法是集成容错和冗余结构。这就是英特尔在他们的Terra-Scale 项目中试图做的事情（更新：正如丹指出的那样，已经在日常产品中实践过）。

Answer 3

这里给出的几个答案都是很好的答案。增加 CPU 的尺寸存在技术问题，这会导致需要处理更多的热量。然而，只要有足够的激励，所有这些都是可以克服的。

我想补充一个我认为的核心问题：经济学。CPU被在晶片制成这样，拥有大批每个晶片的CPU。真正的制造成本是每片晶圆，所以如果你将 CPU 的面积增加一倍，你只能在晶圆上安装一半的面积，所以每 CPU 的价格也会翻倍。此外，并非所有的晶圆总是完美无缺，可能会出现错误。因此，将面积加倍会使任何特定 CPU 出现缺陷的机会加倍。

因此从经济的角度来看，他们总是把东西做得更小的原因是为了获得更好的性能/mm^2，这是性价比的决定性因素。

TL;DR：除了提到的其他原因外，将 CPU 的面积增加一倍，使成本增加一倍以上。