Hat die CPU-Geschwindigkeit bereits Moores Gesetz gebrochen?

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JD Isaacks

Ich erinnere mich, dass ich irgendwann um 1995 einen Computer mit einer CPU-Geschwindigkeit von 75 MHz hatte.

Dann, einige Jahre später, um 1997 mit 211 MHz.

Dann, einige Jahre später, um 2000 ein mit 1,8 GHz, dann um 2003 ein mit etwa 3 GHz.

Jetzt, fast 8 Jahre später, sind sie noch bei 3 GHz maximal. Liegt das an Moores Gesetz?

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7 Antworten auf die Frage

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Rich Homolka

Denken Sie zunächst daran, dass das Mooresche Gesetz kein Gesetz, sondern nur eine Beobachtung ist. Und das hat nichts mit Geschwindigkeit zu tun, sowieso nicht direkt.

Ursprünglich war es nur eine Beobachtung, dass sich die Komponentendichte um jede Zeitspanne verdoppelt, das ist es, nichts mit Geschwindigkeit zu tun.
Als Nebeneffekt wurden dadurch die Dinge sowohl schneller (mehr Dinge auf demselben Chip, Entfernungen sind näher) als auch billiger (weniger Chips erforderlich, mehr Chips pro Siliziumwafer).

Es gibt jedoch Grenzen. Da das Chip-Design dem Moore-Gesetz folgt und die Komponenten kleiner werden, treten neue Effekte auf. Je kleiner die Bauteile werden, desto größer wird ihre Oberfläche im Verhältnis zu ihrer Größe und der Strom fließt aus, sodass Sie mehr Strom in den Chip pumpen müssen. Schließlich verlieren Sie genug Saft, um den Chip heiß zu machen und mehr Strom zu verschwenden, als Sie verwenden können.

Obwohl ich nicht sicher bin, ist dies wahrscheinlich die aktuelle Geschwindigkeitsbegrenzung. Die Komponenten sind so klein, dass sie schwerer elektronisch stabil sind. Es gibt neue Materialien, um diesem zu helfen, aber bis etwas wildes neues Material (Diamanten, Graphen) auftaucht, werden wir uns den rauen MHz-Geschwindigkeitsgrenzen nähern.

Das heißt, CPU MHz ist keine Computergeschwindigkeit, genauso wie PS nicht Geschwindigkeit für ein Auto ist. Es gibt viele Möglichkeiten, ohne eine schnellere Top-MHz-Zahl etwas schneller zu machen.

LATE EDIT

Das Moore'sche Gesetz bezog sich immer auf einen Prozess, bei dem Sie die Dichte der Chips in regelmäßigen Abständen verdoppeln können. Nun scheint es, dass der Prozess unter 20 nm zum Stillstand gekommen ist. Neuer Speicher wird in demselben Prozess ausgeliefert wie alter Speicher . Ja, das ist ein einzelner Punkt, aber es könnte ein Vorbote der Zukunft sein.

EIN ANDERER LATE EDIT Ein Ars Technica Artikel, der alles andere als tot erklärt . Hat Spaß gemacht, dich 50 Jahre lang zu haben.

Es ist sehr wichtig anzumerken, dass ein 3GHz-i7 beispielsweise um Größenordnungen schneller ist als ein 3GHz-P4 - und dass die Taktraten viel schneller sein könnten, sie erzeugen nur viel mehr Wärme und es gibt einen größeren Unterschied beim Hinzufügen zusätzlicher Kerne. Phoshi vor 13 Jahren 34
"Moores Gesetz ist kein Gesetz, es ist nur eine Beobachtung." Technisch gesehen ist jedes Gesetz: nur eine Beobachtung (wie Keplers Beobachtung, dass eine Linie, die einen Planeten und die Sonne verbindet, in gleichen Zeitintervallen gleiche Gebiete durchstreift; er hat es nicht getan. " Wenn er wüsste, warum Planeten dies taten, bemerkte er nur, dass sie * taten *). In der Physik wird das Wort nur viel stärker gebraucht (tendenziell: unantastbar). Mud vor 13 Jahren 11
Sehr guter letzter Punkt, es scheint, als hätten die CPU-Geschwindigkeiten stagniert, während andere Bereiche (nämlich die Festplattengeschwindigkeit) die Computer von heute viel besser gemacht haben als diejenigen von vor einigen Jahren Doug T. vor 13 Jahren 0
@ Toug T; CPU-Geschwindigkeiten haben / nicht / stagniert. Schauen Sie nach dem [Megahertz-Mythos] (http://en.wikipedia.org/wiki/Megahertz_myth). Die Taktfrequenz ist zwar nicht schneller geworden, aber wie viel ein Prozessor in jedem Taktzyklus "verarbeitet", ist gestiegen, und einige Prozessoren - wie der i7 - sind sehr zufrieden damit, ihre Taktrate auf 1-1,5 GHz zu erhöhen, wenn Sie dies tun können die Wärme abführen und den Strom zuführen. Sie werden auch schneller, wenn ein einzelner Thread mehr als alles andere verlangt. Das Erhöhen der Taktrate ist nicht mehr nur aufgrund der Heizleistung kostengünstig. Phoshi vor 13 Jahren 11
Moore sagte in seiner Originalarbeit eigentlich nichts über die Transistorgröße oder -dichte aus. Er sprach über Transistoren / Gehäuse. Er machte eine Beobachtung über _yield_ (Prozentsatz der Transistoren, die gut sind) im Vergleich zu den Verpackungskosten. Ein Großteil der Verdoppelung, die zwischen 1965 und 1975 stattfand, war auf größere Chips zurückzuführen. Es können einige Verdopplungen der Transistoren / Gehäuse aufgrund von größeren Chips oder 3D-Stacking übrig bleiben. Wandering Logic vor 9 Jahren 1
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paradroid

Das Moore-Gesetz beschreibt einen langfristigen Trend in der Geschichte der Computerhardware. Die Anzahl der Transistoren, die kostengünstig auf einer integrierten Schaltung angeordnet werden können, hat sich etwa alle zwei Jahre verdoppelt. Es geht nicht um die Taktfrequenz.

Außerdem ist die Taktrate einer CPU kein zuverlässiger Indikator für die Verarbeitungsleistung .

Die Transistordichte ist durch Größen wie Gräben, Gates usw. begrenzt. Derzeitige Technologien bauen Tore mit einer Oxiddicke von nur wenigen Atomen. Sobald Sie Oxide mit einer Dicke von 3 bis 4 Atomen erreichen, ist es schwer zu sehen, wohin Sie als nächstes gehen müssen. quickly_now vor 13 Jahren 2
@quickly_now ... Stoppen Sie die Verwendung von Gattern? Ohne Zweifel bietet Solid State zusätzliche Möglichkeiten, sobald es günstiger wird. Anonymous Type vor 13 Jahren 0
@quickly_now: Auf die Nanotechnologie, und sobald The Singularity auftritt, schnell in den unvorstellbaren Bereich der Quantentechnologie! paradroid vor 13 Jahren 0
ha ha ha ... es gibt einige Grenzen, die die Gesetze der Physik vorgeben. Die Betriebsfrequenz ist jedoch eine andere Sache ... quickly_now vor 13 Jahren 0
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soandos

Je schneller die Taktrate ist, desto größer müssen die Spannungsabfälle sein, um ein kohärentes Signal zu erzeugen. Je höher die Spannung zum Ansteigen ist, desto mehr Leistung wird benötigt. Je mehr Leistung erforderlich ist, desto mehr Wärme wird Ihr Chip abgeben. Dadurch werden die Chips schneller abgebaut und verlangsamt.

An einem bestimmten Punkt lohnt es sich einfach nicht, die Taktfrequenz weiter zu erhöhen, da die erhöhte Temperatur mehr wäre, als einen weiteren Kern hinzuzufügen. Deshalb steigt die Anzahl der Kerne.

Durch das Hinzufügen weiterer Kerne steigt die Wärme linear an. Dh es gibt ein konstantes Verhältnis zwischen Taktfrequenz und Leistungsaufnahme. Indem Kerne schneller gemacht werden, besteht eine quadratische Beziehung zwischen Wärme- und Taktzyklen. Wenn die beiden Verhältnisse gleich sind, ist es Zeit, einen weiteren Kern zu erhalten.

Dies ist unabhängig vom Moore-Gesetz, aber da es um die Anzahl der Taktzyklen geht und nicht um die Anzahl der Transistoren, scheint diese Erklärung zutreffender zu sein. Es sollte beachtet werden, dass das Mooresche Gesetz allerdings Einschränkungen mit sich bringt.

BEARBEITEN: Mit mehr Transistoren wird mehr Arbeit pro Taktzyklus erledigt. Dies ist eine sehr wichtige Metrik, die manchmal übersehen wird (es ist möglich, dass eine 2-GHz-CPU eine 3 GHz-CPU übertrifft), und dies ist heute ein bedeutender Innovationsbereich. Obwohl die Taktraten konstant waren, wurden die Prozessoren in dem Sinne schneller, dass sie mehr Arbeit pro Zeiteinheit erledigen können.

EDIT 2: Hier ist ein interessanter Link, der weitere Informationen zu verwandten Themen enthält. Sie können dies hilfreich finden.

BEARBEITUNG 3: Unabhängig von der Anzahl der gesamten Taktzyklen (Anzahl der Kerne * Taktzyklen pro Kern) ist das Problem der Parallelität. Wenn ein Programm seine Anweisungen nicht parallelisieren kann, bedeutet die Tatsache, dass Sie mehr Kerne haben, nichts. Es kann jeweils nur eine verwendet werden. Dies war früher ein viel größeres Problem als heute. Die meisten Sprachen unterstützen heutzutage weitaus mehr als früher, und es gibt einige Sprachen (hauptsächlich funktionale Programmiersprachen), die sie zu einem Kernbestandteil der Sprache gemacht haben (siehe Erlang, Ada und Go als Beispiele).

+1 - Dies ist die Antwort auf die Frage, die Dichte + Geschwindigkeit + Wärme verbindet, = Moores Gesetz. SChepurin vor 11 Jahren 0
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Zeki

Moores Gesetz sagte voraus, dass sich die Anzahl der Transistoren alle 18 Monate verdoppeln würde. In der Vergangenheit bedeutete dies, dass sich die Taktraten verdoppeln konnten. Als wir etwa 3 GHz hatten, stellten die Hardware-Hersteller fest, dass sie an die Lichtgeschwindigkeitsbeschränkungen stießen.

Denken Sie daran, dass die Lichtgeschwindigkeit 299.792.458 Meter / Sekunde beträgt? Das bedeutet, dass das Licht bei einer 3-GHz-Maschine pro Taktzyklus um einen Drittel eines Meters wandert. Das ist Licht, das durch die Luft geht. Bedenken Sie, dass der Strom langsamer ist und dass die Gates und Transistoren noch langsamer sind und dass Sie in dieser Zeit nicht viel tun können. Infolgedessen gingen die Taktraten etwas zurück und stattdessen wurde die Hardware auf mehrere Kerne verschoben.

Herb Sutter sprach darüber in seinem Artikel "Free Lunch is Over" aus dem Jahr 2005:

http://www.gotw.ca/publications/concurrency-ddj.htm

Die Geschwindigkeit eines Signals, das sich durch einen metallischen Leiter ausbreitet, kann (Faustregel) als 2/3 Lichtgeschwindigkeit (im Vakuum) angenähert werden. Abhängig vom metallischen Leiter wird der tatsächliche Wert ein wenig darüber liegen, aber es ist ein guter Ausgangspunkt. quickly_now vor 13 Jahren 0
c / 3GHz = 9,993 cm http://www.google.com/search?q=(299792458m/s)/(3e9/s)== - Unter Berücksichtigung des Kommentars von "quick_now" kann ein Signal etwa 6 cm lang sein pro 3-GHz-Takt. Das ist nicht sehr weit. tylerl vor 13 Jahren 2
Silizium bricht bei 500 GHz ab; Kohlenstoff-Nanoröhren gehen> 4THz. Es ist die Verlustleistung und die Verbindungen, die die heutigen Chips einschränken. Wir haben noch einen langen Weg vor uns. tyblu vor 13 Jahren 1
@tyblu - Licht wandert 75 Mikron in einem 4-MHz-Takt. Wie Sie davon ausgehen könnten, dass Sie damit nützliche Schaltungen herstellen können, ist mir ein Rätsel. tylerl vor 13 Jahren 2
@ tylerl, ich weiß nicht, aber ich erwarte, dass unsere Kinder es herausfinden! ;) tyblu vor 13 Jahren 3
unwahrscheinlich. Sie können nicht viel tun, um ein Signal schneller zu machen. Am Ende wird die Leistung von HIER nach DORT bestimmt, und es gibt Grenzen (getrieben von Lichtgeschwindigkeit - Sie können schneller sein). Massiver Parallelismus ist jedoch der Ort, an dem die Dinge als nächstes gehen werden. (Und mehr Arbeit pro CPU-Takt) quickly_now vor 13 Jahren 0
Dieser ganze Argumentzyklus ist fehlerhaft, denn wenn es sich um kurze Wege handelt, können Sie immer noch mehr GHz verwenden, und selbst wenn es "lang" wäre, könnte es noch mehr GHz verwenden. j riv vor 13 Jahren 0
@ tylerl, Stromtransistoren liegen um 0,3 Mikrometer, also könnten 75 Mikrometer das Signal über ~ 250 von ihnen übertragen, ich denke, ich würde das als nützlich bezeichnen. Hydaral vor 12 Jahren 1
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deltaray

Chips auf Siliziumbasis haben eine allgemeine Taktgrenze von etwa 5 GHz, bevor sie buchstäblich zu schmelzen beginnen. Es gab Forschungen über die Verwendung von Galliumarsenid (GaAs), wodurch Chips höhere Taktraten erreichen könnten, wie in Hunderten von GHz, aber ich bin nicht sicher, wie weit das gekommen ist.

Das Moore-Gesetz hat jedoch mit Transistoren auf einem Chip zu tun, nicht mit der Leistung oder der Taktrate. In dieser Hinsicht könnte man sagen, dass wir immer noch mit dem Mooreschen Gesetz Schritt halten, indem wir uns in mehrere Prozessorkerne auf demselben Chip verzweigen.

Laut dem Wikipedia-Artikel über das Moore-Gesetz wird davon ausgegangen, dass er bis 2015 aufrechterhalten wird.

Wenn Sie wissen möchten, wie schnellere Prozessoren bei den gleichen Taktraten verfügbar sind, müssen Sie auch die Anzahl der Anweisungen angeben, die pro Takt ausgeführt werden können. Diese Zahl hat im Laufe der Jahre stetig zugenommen.

Die Zeitleiste der Anweisungen pro Sekunde ist ein gutes Diagramm der Anzahl der Anweisungen pro Taktzyklus.

+1 für die Erwähnung, dass Kerne als Alternative zur Erhöhung des Gigahertz zunehmen Matthew Lock vor 12 Jahren 0
Ich hoffe, sie können RAM bekommen, um die 100-GHz-CPU-Geschwindigkeit zu erreichen ... LawrenceC vor 12 Jahren 0
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Nick

Ich bin kein EE- oder Physik-Experte, aber ich habe seit 1981 ungefähr alle drei bis vier Jahre Computer gekauft (1981 kaufte ich meinen ersten Sinclair ZX81 und drei Jahre später einen Commadore 64, wirklich Spielzeug) und dann meine erste IBM Klon 1987), ich habe also 30 Jahre "Felddaten" zu diesem Thema.

Sogar mit meinem ersten IBM-Klon in '87 als Ausgangspunkt (der 640 KByte RAM und eine 32 MB-Festplatte hatte), habe ich alle 18 Monate alles mit zwei multipliziert. Jetzt bekomme ich 10 GB RAM und eine 1 TB-Festplatte. DAMN CLOSE !!!! Nur ein bisschen zu viel RAM und etwas weniger HD als auf meinem Schreibtisch heute.

In Anbetracht dessen, dass dieses "Gesetz" offensichtlich als allgemeine Erwartung des exponentiellen Wachstums der Computerkraft in die Zukunft gedacht war, war ich ehrlich gesagt schockiert darüber, wie genau es im Wesentlichen über drei Jahrzehnte war. Wenn nur "zivile Raumfahrt", "persönliche Roboter" und "Schwebefahrzeuge" ein ähnliches exponentielles Wachstum gesehen hätten. Das Mitleid.

Aber aus Sicht eines STRICTLY-Anwenders scheint sich Moores Gesetz für JETZT zu halten.

Moderator verdichtet mehrere Antworten:

Obwohl das Mooresche Gesetz explizit die Anzahl der Transistoren in einem Mikrochip betrifft, handelt es sich hierbei um einen EINEN SINGLE-Benchmark in einer viel größeren Welt von Technologien, die sich exponentiell weiterentwickeln.

Um auf die Taktfrequenz eingestellt zu werden, verfehlt der Punkt. Man muss sich nur die PassMark-CPU-Benchmarks ansehen: http://www.cpubenchmark.net/high_end_cpus.html, um zu sehen, dass Computer jeden Tag VASTLY leistungsfähiger werden.

Die Anzahl der Transistoren auf einem Chip ist einfach eine Komponente, um die heutige Computerleistung zu verbessern.

Obwohl ich weder Moore bin noch ihn kenne, vermute ich, dass sein Gesetz im weitesten Sinne ein Versuch war, die exponentielle Zunahme der Rechenleistung vorherzusagen. Er wählte die "Anzahl der Transistoren auf einem Chip" als BETON und den wichtigsten QUANTIFIABLE-Maßstab im Gegensatz zu einer viel "vieldeutigeren und schwer zu beweisenden" Behauptung, dass "die Computerleistung sich alle paar Jahre verdoppeln wird". Um seine Theorie zu beweisen, war eindeutig ein Maßstab erforderlich, der sich leicht messen ließ. Aber ich gehe hier auf die Beine und schlage vor, dass er mit JEDEM Aspekt von Computern einen größeren Trend voraussagte.

Es war nicht genau, es war auch teilweise eine sich selbst erfüllende Prophezeiung, da Intel oft gehört wurde und andere es aktiv verfolgen. Ich weiß natürlich, dass dies nicht ihre einzige Überlegung sein kann. Was "Power" angeht, haben sie es definitiv gebrochen, da es heutzutage mindestens 5 Jahre dauert, um die Leistung für das gleiche Geld zu "verdoppeln". Vor über 10 Jahren und zurück dauerte es rund ein Jahr. j riv vor 11 Jahren 0
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ubiquibacon

Wir können Prozessoren immer noch mit Silizium schneller machen (aber nicht zu viel schneller), aber zu diesem Zeitpunkt ist es billiger / effizienter, Prozessoren (oder ihre Kerne) kleiner zu machen und mehr davon auf einen Chip zu füllen. Neuere Materialien wie Graphen blasen Silizium in Bezug auf die Schaltgeschwindigkeit des Transistors aus dem Wasser, aber wir müssen den Herstellungsprozess noch nicht beherrschen. Seien Sie geduldig, mehr Geschwindigkeit wird kommen, wahrscheinlich früher als später.

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