Pourquoi les CPU ne sont-ils pas plus gros? [fermé]

Les CPU sont relativement petits, et les ingénieurs essaient constamment de les réduire et d'obtenir plus de transistors sur la même surface.

Pourquoi les CPU ne sont-ils pas plus gros? Si une puce d'environ 260 mm ² peut contenir 758 millions de transistors (AMD Phenom II x4 955). Ensuite, un 520 mm ² devrait pouvoir contenir le double de transistors et doubler techniquement la vitesse d'horloge ou les noyaux. Pourquoi n'est-ce pas fait?

Généralement, vous avez raison: à court terme, l'augmentation de la parallélisation n'est pas seulement viable, mais la seule voie à suivre. En fait, les multicœurs, ainsi que les caches, le pipelining et l'hyper-threading sont exactement ce que vous proposez: un gain de vitesse grâce à une utilisation accrue de la zone de la puce. Bien entendu, le rétrécissement des géométries n'entre pas en collision avec l'augmentation de l'utilisation de la zone de filière. Cependant, le rendement des matrices est un gros facteur limitant.

Le rendement des matrices augmente en proportion inverse de la taille des matrices: les matrices de grande taille sont tout simplement plus susceptibles de "capturer" les erreurs de plaquette. Si une erreur de plaquette frappe un dé, vous pouvez le jeter. Le rendement des matrices affecte évidemment le coût des matrices. Il y a donc une taille de matrice optimale en termes de coûts par rapport aux bénéfices par matrice.

La seule façon de produire des matrices beaucoup plus grandes est d'intégrer des structures tolérantes aux pannes et redondantes. C'est ce qu'Intel essaie de faire dans son projet Terra-Scale (MISE À JOUR: et ce qui est déjà pratiqué dans les produits de tous les jours comme le souligne Dan).

Il y a beaucoup de problèmes techniques (les trajets deviennent trop longs et vous perdez en efficacité, les interférences électriques provoquent du bruit), mais la principale raison est simplement que de nombreux transistors seraient trop chauds pour refroidir adéquatement . C'est la raison pour laquelle ils sont si désireux de réduire la taille de la matrice - cela permet une augmentation des performances aux mêmes niveaux thermiques.

Plusieurs des réponses données ici sont de bonnes réponses. Il y a des problèmes techniques dans l'augmentation de la taille du CPU et cela entraînera beaucoup plus de chaleur à traiter. Cependant, tous sont surmontables avec des incitations suffisamment fortes.

Je voudrais ajouter ce que je pense être une question centrale: l' économie . Les processeurs sont fabriqués dans des plaquettes comme celle-ci , avec un grand nombre de processeurs par plaquette. Le coût de fabrication réel est par tranche, donc si vous doublez la surface d'un CPU, vous ne pouvez en installer que la moitié sur une tranche, donc le prix par CPU double. De plus, toute la plaquette ne sort pas toujours parfaite, il peut y avoir des erreurs. Ainsi, doubler la surface double les chances de défaillance d'un processeur spécifique.

Par conséquent, du point de vue économique, la raison pour laquelle ils réduisent toujours les choses est d'obtenir de meilleures performances / mm ^ 2, qui est le facteur déterminant du prix / des performances.

TL; DR: En plus des autres raisons mentionnées, doubler la surface d'un processeur fait plus que doubler le coût.

L'ajout de transistors à un processeur ne le rend pas automatiquement plus rapide.

Augmentation de la longueur du trajet == fréquence d'horloge plus lente.
L'ajout de transistors augmentera la longueur du trajet. Toute augmentation doit être utilisée de manière précieuse ou elle entraînera une augmentation des coûts, de la chaleur, de l'énergie, mais une diminution des performances.

Vous pouvez bien sûr toujours ajouter plus de cœurs. Pourquoi ne font-ils pas ça? Eh bien, ils le font.

Votre hypothèse générale est fausse. Un processeur avec une matrice de taille double ne signifie pas qu'il peut fonctionner à double vitesse. Cela ne ferait qu'ajouter plus d'espace pour ajouter plus de cœurs (voir certaines puces Intel manycore avec 32 ou 64 cœurs) ou des caches plus grands. Mais la plupart des logiciels actuels ne peuvent pas utiliser plus de 2 cœurs.

Par conséquent, l'augmentation de la taille des matrices augmente considérablement le prix sans un gain de la même hauteur. C'est l'une des raisons (simplifiées) pour lesquelles les CPU sont tels qu'ils sont.

En électronique, SMALLER = FASTER 3GHz doit être beaucoup plus petit que 20MHz. Plus les interconnexions sont grandes, plus l'ESR est élevé et plus la vitesse est lente.

Doubler la quantité de transistors ne double pas la vitesse d'horloge.

Le coût de production des tranches brutes est un facteur. Le silicium monocristallin n'est pas libre et le processus de raffinage est quelque peu coûteux. Donc, utiliser plus de votre matière première augmente les coûts.

Les grands êtres vivants, artificiels ou non, comme les dinosaures, sont plus lâches. Le rapport surface / volume n'est pas juste pour leur survie: trop de contraintes sur l'énergie - toutes les formes - à l'intérieur et à l'extérieur.

Considérez un processeur comme un réseau de nœuds connectés (transistors). Afin de fournir plus de capacités, le nombre de nœuds et les chemins entre eux augmentent dans une certaine mesure, mais cette augmentation est linéaire. Ainsi, une génération de CPU pourrait avoir un million de nœuds, la suivante pourrait en avoir 1,5 million. Avec la miniaturisation du circuit, le nombre de nœuds et de chemins est condensé en une empreinte plus petite. Les processus de fabrication actuels sont jusqu'à 30 nanomètres.

Disons que vous avez besoin de cinq unités par nœud et de cinq unités de distance entre deux nœuds. De bout en bout, en ligne droite, vous pouvez créer un bus de 22222 nœuds dans 1 cm d'espace. Vous pouvez créer une matrice de 493 millions de nœuds dans un CM carré. La conception du circuit est ce qui contient la logique du CPU. Doubler l'espace n'est pas ce qui augmente la vitesse, cela permettrait simplement au circuit d'avoir plus d'opérateurs logiques. Ou dans le cas de processeurs multicœurs pour permettre au circuit de gérer plus de travail en parallèle. L'augmentation de l'empreinte diminuerait en fait la vitesse d'horloge car les électrons devraient parcourir de plus longues distances à travers le circuit.