Размеры процессора: почему они не меньше
Во время поколения процессоров в последние годы и за исключением AMDВ Threadripper все процессоры имеют практически одинаковый размер, почти неизменный, за исключением нескольких миллиметров. Если производственные узлы получат все меньше и меньше , почему не размер процессоров тоже сжимается? В этой статье мы собираемся объяснить, почему процессоры такого размера, ни больше, ни меньше, а также возможные исключения.
Как вы знаете, процессоры, также известные как ЦП, подобны «мозгу» ПК. Вся информация, которая выполняется и обрабатывается, проходит через миллионы транзисторов, скрытых под кристаллом, и поскольку каждый раз, когда производственным узлам удается уменьшить эти транзисторы, нормально думать, что они также могут уменьшить размер процессоров, и но это не так.
Размер процессоров, почему он такой?
Возьмем, например, Intel Процессор Core i7-2700K архитектуры Sandy Bridge, выпущенный в 2011 году под 32-нанометровой литографией. Этот процессор Размер 37.5 x 37.5 мм . Если мы сравним его с Core i7-10700K с архитектурой Comet Lake, то мы увидим, что он изготовлен с толщиной 14 нанометров, но при этом его размер составляет 37.5 мм x 37.5 мм, что в точности соответствует процессору предыдущего восьмого поколения.
Наличие существенно более низкой литографии (14 против 32 нанометров) должно позволить производителю сделать процессор намного меньше, что обеспечит ряд преимуществ, таких как:
- Нижняя задержка между внутренними компонентами. Когда микросхема слишком велика, задержка скорости света / сопротивления может вызвать проблемы синхронизации, которые увеличивают задержку.
- Более дешевый для производства, используя в нем меньше сырья.
- Более высокий выход на пластину . В целом пластины имеют фиксированное количество дефектов. Чем больше процессоров вы можете получить на одну пластину, тем выгоднее ее производство, потому что вы получаете больше процессоров из одной пластины. Например, если вы получаете 10 процессоров из пластины, 5 выходят из строя — это катастрофа, но если вы получаете 500 процессоров из одной пластины, 5 выходят из строя дефектные, это тоже не так серьезно.
Итак, если создание процессоров меньшего размера дает так много преимуществ, почему они продолжают делать их одинакового размера?
Как вы хорошо знаете, каждый раз, когда они используют новую литографию процессора, которая всегда выходит из строя (то есть транзисторы меньше), плотность транзисторов значительно увеличивается. Следуя предыдущему примеру, Core i7-2700K имеет внутри 1.160 миллиона транзисторов, в то время как, когда мы говорим о Core i7-10700K, хотя точное количество неизвестно, это должно быть около 3.8 миллиарда транзисторов (более или менее как у Ryzen 3700X).
Это увеличение плотности транзисторов, содержащихся в кристалле процессора, позволяет значительно увеличить его IPC, общую производительность, количество физических ядер и его эффективность (производительность на потребляемый ватт). Другими словами, первая причина того, что переработчики не видят уменьшения своих размеров в новых поколениях, заключается в том, что сокращение литографии используется для повышения их производительности .
Вторая причина — проблемы с производством; Intel и AMD уже имеют «формы» определенного размера на своих заводах, и поддержание того же размера процессора позволяет им использовать большую часть того, что у них уже есть в производственном процессе, например, печатную плату или IHS без идти дальше. далеко, независимо от того, насколько сильно кристалл изменится внутри.
Вторая причина сохранения размера распространяется на две дополнительные причины: размер материнская плата гнездо , а размер теплоотводы . Если каждое новое поколение будет существенно менять размер процессора (речь идет о существенном изменении, а не о паре миллиметров, как это уже случалось несколько раз), производители материнских плат могут столкнуться с проблемами адаптации разъемов, не говоря уже о производителях радиаторов. , которые были бы вынуждены полностью обновить свою конструкцию и могли бы получить радиаторы, совместимые с несколькими платформами.
Последнее подводит нас к третьей причине, по которой процессоры сохраняют свой размер: температура . Чем меньше размер электронного компонента, тем меньше у нас будет рассеиваемой поверхности для отвода выделяемого им тепла. Если бы процессор был слишком маленьким, было бы трудно получить достаточно эффективный радиатор, чтобы рассеивать его тепло, и было бы довольно много проблем. Фактически, это то, над чем уже работали в течение многих лет, потому что размер процессоров может создавать большие неудобства, когда дело доходит до рассеивание выделяемого тепла .
Несколько вопрос про ЦПУ, техпроцесс и т.д.
Почему не увеличивают размер процессора? Ведь можно сделать его крупнее и вместить туда еще больше транзисторов, разве не так? Или запихать больше ядер? Почему не сделают процессор толстее? Вон как раньше было — пихали пентиум с СЛОТ, и работало ведь, причем довольно таки сносно! Для десктопов вся эта тонкота не так уж и важна, как мне кажется. Почему такой ужасный термоинтерфейс в хазвелах? Зачем это делают? Лишняя морока со скальпом и намазыванием ЖМ!
Чем меньше техпроцесс, тем меньше энергопотребление.
чем больше размер кристалла, тем меньше процент выхода годных чипов, тем дороже они стоят.
Насчет хасвела: because fuck you, that’s why. Скальпируешь их ты на свой страх и риск, процессоры и без этого работают.
Несколько ответов
Чем больше транзисторов тем больше брак.
Ужасный термоинтерфейс достаточно нормален для большинства потребителей, при этом механически удобен и надёжен. Скальпирующие задроты не составляют заметной массы потребителей.
Могу предположить, что: а) они и так кипятильники. Если их сделать толще, то отводить тепло будет ещё сложнее. б) если их делать больше, то растёт длина проводника внутри процессора.
Почему не увеличивают размер процессора?
Потому что (а) скорость света конечна, (б) большой кристал легче ломается, (в) большую площадь сложнее экспонировать — глубина резкости, все дела.
Так делают. Навскидку — Tilera, Parallella.
Почему не сделают процессор толстее?
Толще! Ну, блин. Even monkey knows russian goodder:)
Я про десктоп сегмент
Вот возьмем тот же 4790K
Ну уменьшили техпроцесс, сохранив размер подложки и крышки, а что мешает увеличить в высоте и длине? разместить на большей площади подложки еще один кристал? неужели увеличится TDP, будут проблемы?
После рома орфография нарушается 🙂
Но зачем? Не хватает 4790К, купи хасвел-еп с 18 ядрами.
Вот количество транзисторов как раз стабильно наращивают.
ну а то нет?
Нужно уменьшать техпроцесс, разрабатывать и оптимизировать архитектуры итд итп, а не увеличивать площади.
Ну и другие проблемы есть, выше уже писали
Понижают техпроцесс, что бы вместить больше транзисторов
И в чем выгода тогда?
a) Потребуется больше тока, учитывая что уже текущие схемы разогреваются как электроплиты охлаждать такие схемы будет очень не просто.
б) Поскольку вся эти затеи с уменьшением схем и размещением элементов как можно плотнее друг к другу делаются как раз для того что бы как раз скорость повысить (короче проводник быстрей и ток по нему ходит), то наращивание в ширь просто смысла не имеет такая схема не будет эффективна.
в, г, д) . все остальное
Прогресс
Вот количество транзисторов как раз стабильно наращивают.
Стабильно медленно, но не стабильно стремительно. Прогресс всё же.
А как смогли вместить 10 ядер и больший кэш в корпус, по размеру равный процессору с 4 ядрами и меньшим кэшом? Странно все это
Это как вода за 40р, когда лимонад стоит 20р.
А как смогли вместить 10 ядер и больший кэш в корпус, по размеру равный процессору с 4 ядрами и меньшим кэшом?
Ооо как все запущено . ты это, в начальной школе ходил на рисование?
1) какие процессоры сравниваешь?
2) какому размеру? кристалла или ты крышку меряешь? давай будем сравнивать размеры системных блоков
Миллиарды долларов и НРР не могут решить эту проблему?
Миллиарды долларов и НРР не могут решить эту проблему?
Могут, но проблема в том что на данный момент это пока не является проблемой.
Потому что экстенсивный путь близок к своему тупику, а интенсивный еще недостаточно проработан, а потому в массы не идет.
Не только рисование, нужно еще мелкоскоп освоить 🙂
Неправильные ты хасвелы, дядя Федор, ешь. Мой 6 ядерный 60 градусов под разгоном и нагрузкой.
Длина волны на гигагерцовых частотах — сантиметры, больше размер — больше и сложнее цепь тактирования, которая в том же netburst выжирала 2/3 энергии, к примеру. Поэтому чипы GPU такие низкочастотные и большие, а CPU (не считая серверных монстров) — маленькие и шустрые
Спасибо
Я только одного не понимаю
Есть зионы и кор-ай серия
В зион-сериях нету гпу (или он выключен), а в кор-ай он есть
Размеры и сокет берем одинаковый из одного поколения
В кор-ай 4 ядра + ГПУ + кэш
В зионе ядер больше (6, 8, 10, 12 и т.д.) + кэш (больший)
Если вместо ГПУ можно запихнуть больше ядер, почему этого не делают? Вот скажем 4790K
Кто пользуется на нем встройкой? Ну кроме любителей проброса ВК?
Обычно к ниму пихают мощную ВК (если не две-три) и т.д.
Это маркетинг, или есть какие-то серьезные причины?
интересно, можно теоретически производить один процессор на всю пластину, сколько она там сейчас в диаметре, 300мм?
Это чистый маркетинг и не более того.
Выход годного рехко уменьшится тогда, так как чем больше площадь, тем больше риск найти дефектность.
Тем более уже сейчас компании, производящие современные процессоры, практически упираются в проблему ограничения скорости света (распространения электрического поля в проводнике), а ты предлагаешь увеличить расстояния на кристалле еще.
Нафига делать кристалл больше? Можно посадить больше кристаллов на подложку, как у gpu xbox360 или интелей с видеозатычкой (haswell).
можно запихнуть больше ядер, почему этого не делают?
Ты ещё спроси почему одинаковые процы заставляют работать на разной частоте и продают за сильно разные деньги. Нет, не потому что отбор и «отбраковка» чипов, это уже давно неактуально. Или зачем отключают фичи у младших процессоров.
Это искусственное разграничение рынков. Например, в серверном сегменте на многоядерные решения есть стабильный спрос и там Intel доит клиентов только в путь.
Мне АМД нравилась своими долгоживущими сокетами и полным набором фич в процах (мне была актуальна виртуализация). Жаль что её время прошло.
Почему процессоры не больше?
Процессоры относительно невелики, и инженеры постоянно стараются сделать их меньше и получить больше транзисторов на одной поверхности.
Почему процессоры не больше? Если умирает примерно 260 мм 2, то вмещает 758 миллионов транзисторов (AMD Phenom II x4 955). Тогда 520 мм 2 должен быть в состоянии удвоить количество транзисторов и технически удвоить тактовую частоту или ядра. Почему это не сделано?
9 ответов 9
Есть много технических проблем (длина пути становится слишком большой, и вы теряете эффективность, электрические помехи вызывают шум), но основная причина заключается просто в том, что многие транзисторы будут слишком горячими для адекватного охлаждения. Вот почему они так стремятся уменьшить размер матрицы — это позволяет увеличить производительность при тех же тепловых уровнях.
В целом, вы правы: в краткосрочной перспективе увеличение параллелизма не только жизнеспособно, но и является единственным выходом. На самом деле, многоядерные процессоры, а также кэши, конвейерная обработка и гиперпоточность — это именно то, что вы предлагаете: увеличение скорости за счет увеличения использования микросхем. Конечно, сжатие геометрии не сталкивается с увеличением использования площади матрицы. Тем не менее, урожайность является большим ограничивающим фактором.
Выход штампов увеличивается обратно пропорционально размеру кристаллов: большие штампы с большей вероятностью «ловят» ошибки пластин. Если ошибка матрицы попадает в кристалл, вы можете выбросить ее. Доходность кубика явно влияет на стоимость кубика. Таким образом, существует оптимальный размер кристалла с точки зрения затрат и прибыли на кристалл.
Единственный способ произвести значительно большие матрицы — это объединить отказоустойчивые и избыточные структуры. Это то, что Intel пытается сделать в своем проекте Terra-Scale (ОБНОВЛЕНИЕ: и то, что уже практикуется в повседневных продуктах, как указывает Дэн).
Несколько ответов, приведенных здесь, являются хорошими ответами. Существуют технические проблемы с увеличением размера процессора, и это приведет к гораздо большему нагреву. Однако все они преодолимы при достаточно сильных стимулах.
Я хотел бы добавить, что я считаю, что центральный вопрос: экономика. Процессоры сделаны в таких пластинах, с большим количеством процессоров на пластину. Реальная стоимость изготовления зависит от платы, поэтому, если вы удвоите площадь ЦП, вы сможете разместить на пластине только половину, а цена за ЦП удвоится. Кроме того, не вся пластина всегда получается идеальной, могут быть ошибки. Таким образом, удвоение площади удваивает вероятность дефекта в любом конкретном процессоре.
Поэтому с экономической точки зрения причина, по которой они всегда делают вещи меньше, состоит в том, чтобы получить лучшую производительность / мм ^ 2, что является определяющим фактором в соотношении цена / производительность.
TL; DR: в дополнение к другим упомянутым причинам удвоение площади ЦП более чем удваивает стоимость.
Добавление большего количества транзисторов к процессору не делает его быстрее.
Увеличенная длина пути == более низкая тактовая частота.
Добавление большего количества транзисторов увеличит длину пути. Любое увеличение должно использоваться ценно, иначе оно приведет к увеличению затрат, тепла, энергии, но уменьшит производительность.
Конечно, вы всегда можете добавить больше ядер. Почему они этого не делают? Ну, они делают.
Ваше общее предположение неверно. Процессор с кристаллом двойного размера не означает, что он может работать с двойной скоростью. Это только добавило бы больше места для добавления большего количества ядер (см. Некоторые многоядерные чипы Intel с 32 или 64 ядрами) или больших кешей. Но большая часть современного программного обеспечения не может использовать более 2 ядер.
Следовательно, увеличенный размер кристалла значительно увеличивает цену без увеличения его высоты. Это одна из (упрощенных) причин, по которым процессоры такие, какие они есть.
В электронике SMALLER = FASTER 3GHz должно быть намного меньше, чем 20MHz. Чем больше межсоединений, тем выше ESR и медленнее скорость.
Удвоение количества транзисторов не удваивает тактовую частоту.
Стоимость производства сырых вафель является фактором. Монокристаллический кремний не свободен, а процесс рафинирования несколько дорог. Таким образом, использование большего количества вашего сырья увеличивает стоимость.
Большие живые существа, искусственные или нет, как динозавры, являются неудачниками. Соотношение площадь / объем несправедливо для их выживания: слишком много ограничений по энергии — каждая форма — внутри и снаружи.
Думайте о ЦП как о сети связанных узлов (транзисторов). Чтобы обеспечить больше возможностей, количество узлов и путей между ними увеличивается до некоторой степени, но это увеличение является линейным. Таким образом, одно поколение ЦП может иметь миллион узлов, а следующее — 1,5 миллиона. При миниатюризации схемы количество узлов и путей сокращается в меньшую площадь. Текущие процессы изготовления до 30 нанометров.
Допустим, вам нужно пять единиц на узел и пять единиц расстояния между двумя узлами. Сквозная линия, по прямой линии вы можете создать шину из 22222 узлов в 1 СМ пространства. Вы можете сделать матрицу из 493 миллионов узлов в квадратном CM. Конструкция схемы — это то, что содержит логику процессора. Удвоение пространства — это не то, что увеличивает скорость, это просто позволило бы схеме иметь больше логических операторов. Или в случае многоядерных процессоров, чтобы позволить схеме обрабатывать больше работы параллельно. Увеличение занимаемой площади фактически уменьшит тактовую частоту, потому что электронам придется преодолевать большие расстояния в цепи.
Почему пытаются уменьшить площадь процессоров, а не увеличить?
Почему пытаются уменьшить площадь процессоров, а не увеличить?
Например первые i7, флагманские процессоры в бытовой линейке Intel, были площадью 263 кв. мм. Почему так мало? Казалось бы, увеличь стороны в два раза — напихаешь в 4 раза больше процессорных ядер, а для серверов вообще можно стоечные процессоры производить, 19ти дюймовые)))
Проблема тут в маркетинге или в каких-то физических ограничениях?
- Вопрос задан более трёх лет назад
- 8743 просмотра
Оценить 1 комментарий
- Вконтакте
тут много причин
1. Меньший технологичный процесс делает меньшие детали внутри процессора. Поэтому структура и возможности процессора растут, а размер уменьшился
2. Меньше потребление энергии. Тут вопрос не столько «жалко энергии», а проблема отвода такого громадного количества тепла с маленьгого кусочка кремния
3. «Напихать в 4 раза больше ядер» не выгодно с экономической точки зрения. Когда процессоры штампуются пачками есть такой показатель как отбраковка. Чем больше ты напихаешь внутрь, тем меньше шансов что в результате на выходе из конвеера будет хотя бы половина рабочих процев.
Это конечно объяснение своими словами, если нужно в деталях и подробно то гугл в помощь
- Вконтакте
1. Ну вот здорово, детали уменьшились, а если еще площадь увеличить тогда будет профит огого)))
2. Я так понимаю, что потребление энергии и мощность теплоотвода будут расти пропорционально с ростом площади, разве нет? А если да, то имхо приемлимо.
3. Ну брак будет так или иначе, размер не сильно решает.