CPU mērogošanas nāve: no viena kodola līdz daudziem - un kāpēc mēs joprojām esam iestrēguši

Ir pagājuši gandrīz astoņi gadi, kopš Intel atcēla Tejas un paziņoja par plāniem izveidot jaunu daudzkodolu arhitektūru. Prese pazaudēja maz laika, paziņojot par parasto CPU mērogošanu par mirušu - un, lai gan plašsaziņas līdzekļiem ir tendence apglabāt produktus, tendences un reizēm cilvēkus krietni pirms to derīguma termiņa beigām, šī ir viena deklarācija, kas izturēja laika pārbaudi.

Lai saprastu, kas notika 2004. gadā, var būt noderīgi iepazīties ar šo diagrammu. Tas parāda tranzistoru skaitu, pulksteņa ātrumu, enerģijas patēriņu un instrukciju līmeņa paralēlismu (ILP). Transistoru skaita divkāršošana ik pēc diviem gadiem ir pazīstama kā Mūra likums, taču laika gaitā tika izteikti arī pieņēmumi par veiktspēju un enerģijas patēriņu, un tika parādīts, ka tie virzās uz priekšu līdzīgā virzienā. Mūrs ieguva visu nopelnu, taču viņš nebija vienīgais vizionārs darbā. Gadu desmitiem mikroprocesori sekoja tā sauktajai Dennard mērogošanai. Dennards paredzēja, ka oksīda biezumu, tranzistora garumu un tranzistora platumu var samazināt ar nemainīgu koeficientu. Dennard mērogošana ir tas, kas deva Mūra likumam zobus; tas ir iemesls, kāpēc vispārējas nozīmes mikroprocesors spēja apsteigt cita veida datorus un dominēt pār tiem.

Procesora mērogošana, parādot tranzistora blīvumu, enerģijas patēriņu un efektivitāti. Diagramma sākotnēji no Bezmaksas pusdienas ir beigušās: fundamentāls pagrieziens pret programmatūras vienlaicīgumu

Sākotnējais 8086 izmantoja ~ 1,84 W un P3 1 GHz - 33 W, kas nozīmē, ka CPU enerģijas patēriņš palielinājās par 17,9x, savukārt CPU frekvence uzlabojās par 125x. Ņemiet vērā, ka tas neietver citus sasniegumus, kas notikuši tajā pašā laika periodā, piemēram, L1 / L2 kešatmiņu pieņemšana, ārpus pasūtījuma izpildes izgudrošana vai superskalēšanas un cauruļvadu izmantošana procesora efektivitātes uzlabošanai. Šī iemesla dēļ 1990. gadus dažreiz sauc par mērogošanas zelta laikmetu. Šī izvērstā Mūra likuma versija bija spēkā 2000. gadu vidū, un tajā laikā enerģijas patēriņa un pulksteņa ātruma uzlabojumi sabruka. 90nm problēma bija tāda, ka tranzistora vārti kļuva pārāk plāni, lai novērstu strāvas noplūdi substrātā.

Intel un citiem pusvadītāju ražotājiem ir cīnījās ar jauninājumiem piemēram, saspringts silīcijs, hi-k metāla vārti, FinFET un FD-SOI - taču neviens no tiem nav atkārtoti iespējojis kaut ko līdzīgu mērogošanai, kas mums kādreiz patika. Laikā no 2007. līdz 2011. gadam maksimālais procesora pulksteņa ātrums (ar iespējotu Turbo režīmu) pieauga no 2,93 GHz līdz 3,9 GHz, kas ir pieaugums par 33%. Laikā no 1994. līdz 1998. gadam CPU pulksteņa ātrumi pieauga par 300%.