Почему Pentium 4 так и не достиг 4 ГГц?
реклама
Здесь часть статьи, в связи наличием таблиц, она не читается здесь.
Оригинал по адресу
http://electrosad.narod.ru/Processor/P4.htm
По прогнозу аналитического отдела Intel опубликованному в "Computer World", №46 (389), 20 ноября 2002 г. современный уровень технологии позволяет перейти на 90 нм техпроцесс и тактовая частота процессоров может быть повышена до 3 ГГц при линейных размерах ядра, которые на 50% меньше существующих сегодня. Реально же на сегодня получены образцы кремниевых подложек 300 мм с числом транзисторов, достигающим 120 млрд. Помимо этого, в марте нынешнего года корпорация Intel изготовила микросхемы памяти SRAM емкостью 52 Мбит, площадь которых составляет всего лишь 109 кв. мм. Такая микросхема памяти состоит из 330 млн. транзисторов, причем площадь одного транзистора - 1 кв. мкм.
Исходя из прогноза фирмы Intel на последующие годы в технологии процессоров ожидается:
Транзисторы будут иметь размеры 0,03 мкм, что для сравнения составляет ширину 3-х атомных слоев. На длине в один сантиметр можно расположить 12 млн. транзисторов, а размер одного транзистора будет в 100 000 раз меньше толщины листа папиросной бумаги.
транзисторы будут функционировать на частоте 10 ГГц.
На этих транзисторах будет создано ядро следующих поколений CPU от Intel, являющееся примерно в 10 раз более интегрированным, чем наиболее продвинутые на сегодняшний день процессоры Рentium 4. Для сведения: будущие микропроцессоры будут иметь 400 млн. или большее количество транзисторов, работающих на тактовой частоте 10 ГГц, и напряжение питания ядра менее 1 В. Выпускаемые сегодня Рentium 4 состоят из 42 млн. транзисторов, работающих на частоте 1,3...1,5 ГГц, напряжение питания – 1,7 В.
Потребляя 1 В или того меньше, CPU следующего поколения будут потреблять значительно меньшее количество энергии, чем сегодняшние процессоры. Таким образом, они легко могут черпать энергию из батареек и аккумуляторов и использоваться в ноутбуках и КПК.
Все это время технологии двигались вперед, и их достижения от Intel показаны в таблице ниже:
Таблица 1
Прошло 3 года, появился процессор выполненный по техпроцессу 90 нм, и чего он достиг?
Таблица 2
Это характеристики Pentium 4 571 на ядре Prescott наиболее быстродействующего из Pentium 4. В прессе была информация о том, что Intel не удается вывести его на 4 ГГц, за этим последовало официальное заявление Intel об отказе от выпуска 4 ГГц процессора. Мелькало сообщение, что это в связи с неустойчивой работой процессора.
Дальше наращивания емкости конденсаторов на процессоре Intel не пошла.
Так во что уперлась Intel?
Причины подробно описаны в статьях в этом разделе сайта, но попробую еще раз коротко рассказать об этом ниже.
Быстродействие транзисторов.
Не буду здесь приводить формулы описывающие зависимость быстродействия транзисторов образующих КМОП ключ.Об этом вы можете почитать в [SL 6].
Известно - скорость работы процессора определяется скоростью переключения транзисторов содержащихся в нем. А быстродействие МОП транзисторов образующих КМОП ключи определяются длинной канала транзистора.
Их связывает следующее соотношение:
"Граничная частота МДП-транзистора, обратно пропорциональна квадрату длинны канала."
На канале длинной 50 нм (90 нм техпроцесс) время переключения составляет десятки пикосекунд. значит частота переключения такого МОП транзистора много больше 10 ГГц.
Знающий скажет, но быстродействие определяется еще и емкостью нагрузки ключа.
Да и весьма существенно. Но наша задача не определить время переключения, а выявить тенденцию. А тенденция изменения этой емкости нагрузки при переходе на более тонкие техпроцессы - ее снижение. Поскольку емкость конденсатора определяется площадью его электродов, а при переходе на более тонкий техпроцесс происходит снижение площади (на каждую ступень примерно вдвое) то эта ее составляющая должна вдвое снижать влияние на быстродействие.
Аналогично примерно вдвое повышается скорость переключения МОП транзистора при переходе с одного техпроцесса на другой за счет укорочения канала транзистора.
В результате при переходе на более тонкие техпроцессы в соответствии с существующим рядом на каждую ступень быстродействие должно возрастать примерно вдвое.
Но, мы видим, этого не происходит см таблицу 1.
При переходе от 180 к 130 нм техпроцессу, тактовая частота возросла в 1,7 раза. А от 130 к 90 нм - в 1,11 раза, едва ли будет достигнута частота 4 ГГц при переходе к 65 нм техпроцессу, без изменения подхода к проектированию. Общий рост составил только1,9 раза. Это не смотря на то что быстродействие транзисторов выросло более чем в 7 раз.
Так в чем же причина?
Причина, прежде всего в том, что не учитываются влияние других факторов.
Одним из главных факторов является воздействие распространяющихся по цепям распределения питания процессора помеха. Эта помеха генерируется самим процессором при переключении КМОП ячеек, являющихся основным элементом образующим логическую структуру узлов процессора. Помеха генерируется импульсными токами перезарядки паразитных емкостей нагружающих данный КМОП элемент. Не смотря на то что она достаточно мала, количество синхронно переключающихся ключей велико (последние процессоры имеют 0коло 300 миллионов транзисторов). Импульсы тока их перезарядки на индуктивности линий распределения питания процессора (которая не смотря на его малый размер существует) и генерирует помеху. Ее мощность может достигать 25% от мощности потребляемой процессором. А fгр (высокочастотная граница генерируемых помех) тем выше, чем выше быстродействие транзисторов.
fгр= 1/tфр, [SL.3]
реклама
Лента материалов
Соблюдение Правил конференции строго обязательно!
Флуд, флейм и оффтоп преследуются по всей строгости закона!
Комментарии, содержащие оскорбления, нецензурные выражения (в т.ч. замаскированный мат), экстремистские высказывания, рекламу и спам, удаляются независимо от содержимого, а к их авторам могут применяться меры вплоть до запрета написания комментариев и, в случае написания комментария через социальные сети, жалобы в администрацию данной сети.
Сейчас обсуждают