Wie weit bewegen sich Elektronen in einem (theoretischen) 4-GHz-Prozessor physikalisch in einem einzigen Taktzyklus?

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atroon

Ich habe letzte Nacht über Computer und Prozessoren und dieses Video einer digitalen 6-Bit-Additionsmaschine nachgedacht, und ich weiß, dass 4 GHz die praktische Grenze von Serien-CPUs der aktuellen Ära ist. Warum ist das so? Ich versuchte mir so etwas wie diese 6-Bit-Additionsmaschine * 11 (ok, 10.6666 ...) vorzustellen, die nebeneinander aufgereiht war und 4 Milliarden Mal in einer Sekunde operierte. Es ist für mich umwerfend. XKCD hat eine andere Einstellung .

Für alle von Ihnen mit viel mehr Erfahrung in der Physik als ich, denke ich, gibt es ein paar Fragen in einem: Warum scheint 4GHz die praktische Grenze für Prozessoren zu sein? Ist es so, dass Silizium nicht schneller schalten kann (und würde ein anderes Element helfen)? Wie weit gehen Elektronen in 1 / 4.000.000.000 Sekunden und wie lang sind die elektrischen Pfade eines Core 2 Duo-Prozessors und eines Motherboards? Ist 4 GHz die Grenze, weil Elektronen nicht schnell vom Prozessor in den Speicher ein- und ausgehen können, wenn sie mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs sind?

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2 Antworten auf die Frage

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Andrew McGregor

Es kommt nicht auf die Geschwindigkeit der Elektronen an, sondern auf die langsame Geschwindigkeit der Gruppe, sondern auf die Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektrischen Felder, die sie herumschieben, was etwa 1/3 der Lichtgeschwindigkeit ausmacht. In Anbetracht dessen, dass 2,4 GHz eine Wellenlänge von ungefähr 12 cm hat, besteht das Problem bei 4-GHz-Chips darin, dass die Größe des Chip-Chips im Vergleich zur Wellenlänge des Taktgebers ziemlich groß ist, so dass es viel zu schwierig wird, mit dem Chip zu arbeiten Uhr schief

Außerdem steigt der Stromverbrauch einer CPU sehr schnell an, wenn die Taktfrequenz steigt, und irgendwann überhitzt sich das Ding.

Und die Gruppengeschwindigkeit hängt von dem Isolator um den Draht herum ab und nicht von jeder Eigenschaft des Drahtes selbst, da sich dort das Feld befindet. Martin vor 14 Jahren 0
Interessant. Meinen Sie, der Chip ist im Vergleich zur Wellenlänge der Uhr ziemlich klein ** oder verstehe ich das falsch? Könnten auch [asynchrone CPUs] (http://en.wikipedia.org/wiki/Asynchronous_circuit#Asynchronous_CPU) bei diesem Problem überhaupt helfen? zildjohn01 vor 13 Jahren 0
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Martin

Jedes Elektron bewegt sich kaum in 0,25 ns, selbst wenn die Dutzende von Ampere in solchen Prozessoren fließen.

In einem Kupferdraht mit einem Querschnitt von 0,5 mm2, der einen Strom von 5 A führt, liegt beispielsweise die Driftgeschwindigkeit der Elektronen in der Größenordnung von Millimeter pro Sekunde. Wikipedia

Glücklicherweise brauchen wir die Elektronen nicht, um sich sehr weit zu bewegen, um eine Welle zu transportieren, die sich sehr schnell über große Entfernungen bewegt.

Interessant. Wenn Sie sich den Artikel ansehen, auf den Sie sich bezogen haben, ziehen sie die Analogie zu dem, was wir als "Elektrizität" bezeichnen, als dem Klang durch ein Gas ... einer Welle, die Energie überträgt, anstatt einer tatsächlichen Luftströmung. Ich hatte elektrische Impulse immer als diese riesigen Elektronenströme mit Lichtgeschwindigkeit beschrieben, aber es ist ein wenig abstrakter. Danke, dass Sie das für mich geklärt haben. atroon vor 14 Jahren 1

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