Почему есть ограничения на скорость процессора?

[Carder]

При изменении состояния микросхема процессора нагревается, что ограничивает скорость.

Когда вы покупаете микросхему ЦП, на ее корпусе указывается "максимальная" скорость. Например, чип может указывать, что это часть 3 ГГц. Это означает, что микросхема будет работать без ошибок при работе на этой скорости или ниже в пределах нормальных температурных параметров микросхемы.

Скорость чипа ограничивается двумя факторами:

• Задержки передачи на чипе
• Накопление тепла на чипе

Задержки передачи происходят в проводах, которые соединяют элементы на микросхеме. «Провода» на кристалле - это невероятно маленькие алюминиевые или медные полоски, протравленные на кремнии. Чип - это не что иное, как набор транзисторов и проводов, соединяющих их вместе, а транзистор - не что иное, как переключатель включения / выключения. Когда переключатель меняет свое состояние с включенного на выключенное или с выключенного на включенное, он должен либо заряжать, либо истощать провод , соединяющий транзистор со следующим транзистором по линии. Представьте себе, что транзистор в настоящее время включен. Провод, который он ведет, заполнен электронами. Когда переключатель переходит в положение «выключено», он должен отводить эти электроны, а это требует времени. Чем больше проволока, тем больше времени потребуется.

Поскольку размер проводов с годами уменьшался, время, необходимое для изменения состояний, также уменьшалось. Но есть некоторый предел - зарядка и слив проводов требует времени. Этот предел накладывает ограничение на скорость чипа.

Также существует минимальное количество времени, которое требуется транзистору для переключения состояний. Транзисторы соединены в цепочки, поэтому задержки транзисторов складываются. На сложном чипе, таком как G5, вероятно, будут более длинные цепочки, а длина самой длинной цепочки ограничивает максимальную скорость всего чипа.

Наконец, тепло. Каждый раз, когда транзисторы в затворе меняют состояние, они пропускают немного электричества. Это электричество создает тепло. По мере уменьшения размеров транзисторов количество потраченного впустую тока (и, следовательно, тепла) уменьшается, но тепло все еще выделяется. Чем быстрее работает чип, тем больше тепла он выделяет. Накопление тепла ставит еще один предел скорости.

Вы можете попробовать запустить свой чип на более высокой скорости - это называется разгоном. На многих микросхемах (особенно на некоторых моделях Celeron) она работает очень хорошо. Иногда приходится искусственно охлаждать микросхему, чтобы разогнать ее. В других случаях разогнать ее вообще невозможно, потому что сразу возникают задержки передачи.