Как далеко электроны физически перемещаются в единственный такт в (теоретическом) процессоре на 4 ГГц?
Я размышлял вчера вечером о компьютерах и процессорах и этом видео 6-разрядной цифровой счетной машины, и я знаю, что 4 ГГц, кажется, практический предел выпускаемых серийно центральных процессоров текущей эры. Почему имеет место это? Я пытался вообразить что-то как эта 6-разрядная счетная машина * 11 (хорошо, 10.6666...), выстроенным в линию рядом, и работа 4 миллиарда раз через секунду. Это - изгиб ума мне. XKCD имеет, другой берет его.
Так, для всех Вас с намного большим количеством знаний в физике, чем я, которого я предполагаю, существую несколько вопросов одновременно: Почему 4 ГГц, кажется, практический предел для процессоров? Случается так, что кремний не может переключиться быстрее, чем тот (и другой элемент помог бы)? Как далеко электроны входят в 1/4,000,000,000 секунды, и какой длины электрические пути на, скажем, процессоре Core 2 Duo, и материнская плата? Действительно ли 4 ГГц являются пределом, потому что электроны не могут добраться от процессора, скажем, в и из памяти достаточно быстро при перемещении со скоростью света?
2 ответа
Каждый электрон едва перемещается вообще в 0,25 нс, даже с десятками усилителей, которые текут в таких процессорах.
"Например, в медном проводе поперечного сечения 0,5 mm2, неся ток 5 А, скорость дрейфа электронов имеет порядок миллиметра в секунду. "Википедия
К счастью, нам не нужны электроны для перемещения очень далеко для переноса волны, которая перемещает большие расстояния очень быстро.
Это не скорость электронов, которая имеет значение, это действительно медленно, но скорость распространения группы электрических полей, которые третируют их, который является вокруг 1/3 скорости света. Учитывая то, что 2.4 ГГц имеют длину волны 12 см примерно, проблема с микросхемами на 4 ГГц состоит в том, что размер микросхемы умирает, является довольно большим по сравнению с длиной волны часов, и таким образом, это начинает становиться слишком твердым для контакта с расфазировкой тактовых сигналов.
Кроме того, потребляемая мощность ЦП увеличивается действительно быстро, когда тактовая частота повышается, и в какой-то момент вещь перегревания.