Perché le CPU non sono più grandi? [chiuso]

Le CPU sono relativamente piccole e gli ingegneri cercano costantemente di ridurle e ottenere più transistor sulla stessa superficie.

Perché le CPU non sono più grandi? Se un dado di circa 260 mm ² può contenere 758 milioni di transistor (AMD Phenom II x4 955). Quindi un 520mm ² dovrebbe essere in grado di contenere il doppio della quantità di transistor e raddoppiare tecnicamente la velocità o i core del clock. Perché questo non è fatto?

In genere hai ragione: a breve termine, aumentare la parallelizzazione non è solo praticabile, ma è l' unica strada da percorrere. In effetti, multi-core, nonché cache, pipeline e hyper-threading sono esattamente ciò che proponi: guadagno di velocità attraverso un maggiore utilizzo dell'area del chip. Naturalmente, la riduzione delle geometrie non si scontra con il crescente utilizzo dell'area della matrice. Tuttavia, la resa degli stampi è un grande fattore limitante.

La resa delle matrici cresce in proporzione inversa rispetto alle dimensioni delle matrici: le matrici di grandi dimensioni hanno semplicemente maggiori probabilità di "catturare" errori del wafer. Se un errore del wafer colpisce un dado, puoi buttarlo via. Il rendimento della matrice ovviamente influenza il costo della matrice. Quindi esiste una dimensione ottimale del dado in termini di costi rispetto ai profitti per die.

L'unico modo per produrre stampi significativamente più grandi è integrare strutture ridondanti e tolleranti ai guasti. Questo è ciò che Intel cerca di fare nel loro progetto Terra-Scale (AGGIORNAMENTO: e ciò che è già praticato nei prodotti di tutti i giorni come sottolinea Dan).

Ci sono molte preoccupazioni tecniche (la lunghezza del percorso diventa troppo lunga e si perde efficienza, l'interferenza elettrica causa rumore), ma la ragione principale è semplicemente che molti transistor sarebbero troppo caldi per raffreddarsi adeguatamente . Questo è il motivo per cui sono così desiderosi di ridurre le dimensioni dello stampo - consente aumenti delle prestazioni agli stessi livelli termici.

Molte delle risposte fornite qui sono buone risposte. Ci sono problemi tecnici nell'aumentare le dimensioni della CPU e porterà a molto più calore da affrontare. Tuttavia, tutti sono superabili dato incentivi abbastanza forti.

Vorrei aggiungere quello che credo sia un problema centrale: l' economia . Le CPU sono realizzate in wafer come questo , con un gran numero di CPU per wafer. Il costo di produzione reale è per wafer, quindi se raddoppi l'area di una CPU puoi adattarne solo la metà su un wafer, quindi il prezzo per CPU raddoppia. Inoltre, non tutti i wafer risultano sempre perfetti, possono esserci errori. Quindi raddoppiare l'area raddoppia la possibilità di un difetto in una specifica CPU.

Pertanto, dal punto di vista economico, la ragione per cui le cose sono sempre più piccole è quella di ottenere prestazioni / mm ^ 2 migliori, che è il fattore determinante nel rapporto prezzo / prestazioni.

TL; DR: oltre agli altri motivi citati, il raddoppio dell'area di una CPU raddoppia il costo.

L'aggiunta di più transistor a un processore non lo rende automaticamente più veloce.

Lunghezza del percorso aumentata == frequenza di clock più lenta.
L'aggiunta di più transistor aumenterà la lunghezza del percorso. Qualsiasi aumento deve essere utilizzato prezioso o causerà un aumento di costi, calore, energia, ma una riduzione delle prestazioni.

Ovviamente puoi sempre aggiungere più core. Perché non lo fanno? Bene, lo fanno.

Il tuo presupposto generale è sbagliato. Una CPU con un dado di dimensioni doppie non significa che può funzionare a doppia velocità. Ciò aggiungerebbe solo più spazio per l'aggiunta di più core (vedere alcuni chip Intel Manycore con 32 o 64 core) o cache più grandi. Ma la maggior parte del software attuale non può utilizzare più di 2 core.

Pertanto la maggiore dimensione dello stampo aumenta il prezzo in modo massiccio senza un guadagno della stessa altezza. Questo è uno dei motivi (semplificati) delle CPU così come sono.

In elettronica SMALLER = FASTER 3GHz deve essere molto più piccolo di 20MHz Più sono grandi le interconnessioni, maggiore è l'ESR e minore è la velocità.

Raddoppiare la quantità di transistor non raddoppia la velocità di clock.

Il costo di produzione dei wafer grezzi è un fattore. Il silicio monocristallino non è gratuito e il processo di raffinazione è piuttosto costoso. Quindi l'utilizzo di più della materia prima aumenta i costi.

I grandi esseri viventi , artificiali o meno, come i dinosauri, sono perdenti. L' area / volume del rapporto non è giusto per la loro sopravvivenza: troppi vincoli sull'energia - ogni forma - dentro e fuori.

Pensa a una CPU come a una rete di nodi collegati (transistor). Al fine di fornire maggiori capacità, il numero di nodi e i percorsi tra loro aumentano fino a un certo punto, ma tale aumento è lineare. Quindi una generazione di una CPU potrebbe avere un milione di nodi, la prossima potrebbe avere 1,5 milioni. Con la miniaturizzazione del circuito, il numero di nodi e percorsi viene condensato in un ingombro ridotto. Gli attuali processi di fabbricazione sono fino a 30 nanometri.

Supponiamo che siano necessarie cinque unità per nodo e cinque unità di distanza tra due nodi. End to end, in linea retta è possibile creare un bus di 22222 nodi in 1 CM di spazio. È possibile creare una matrice di 493 milioni di nodi in un CM quadrato. Il design del circuito è ciò che contiene la logica della CPU. Raddoppiare lo spazio non è ciò che aumenta la velocità, ma consentirebbe al circuito di avere più operatori logici. O nel caso di CPU multi-core per consentire al circuito di gestire più lavoro in parallelo. L'aumento dell'impronta ridurrebbe effettivamente la velocità di clock perché gli elettroni dovrebbero percorrere lunghe distanze attraverso il circuito.