सीपीयू घड़ी की गति क्यों बढ़ रही है
एक बार ऐसा समय था जब सीपीयू घड़ी की गति वर्ष-दर-साल नाटकीय रूप से बढ़ी। 90 के दशक और 2000 के दशक के शुरुआती दशक में प्रोसेसर ने अविश्वसनीय गति में वृद्धि की, एक दशक के भीतर 60 मेगाहट्र्ज पेंटियम चिप्स से गीगाहर्ट्ज-स्तरीय प्रोसेसर तक शूटिंग।
अब, ऐसा लगता है कि यहां तक कि हाई-एंड प्रोसेसर ने भी अपनी घड़ी की गति को बढ़ा दिया है। समर्पित ओवरक्लोकर तरल नाइट्रोजन शीतलन प्रणालियों के साथ 9 गीगाहर्ट्ज तक सबसे अच्छा सिलिकॉन को मजबूर कर सकते हैं, लेकिन अधिकांश उपयोगकर्ताओं के लिए, 5 गीगाहर्ट्ज एक सीमा है जो अभी तक पारित नहीं हुई है।
इंटेल एक बार 10-गीगाहर्ट्ज प्रोसेसर तक पहुंचने की योजना बना रहा था, लेकिन यह दस साल पहले की पहुंच के रूप में आज तक पहुंच गया है। प्रोसेसर घड़ी की गति क्यों बढ़ रही है? क्या प्रोसेसर घड़ी की गति फिर से बढ़ने लगती है, या वह समय बीत चुका है?
सीपीयू घड़ी की गति क्यों बढ़ रही है: हीट और पावर
जैसा कि हम मूर के कानून से जानते हैं, ट्रांजिस्टर आकार नियमित आधार पर घट रहा है। इसका मतलब है कि अधिक ट्रांजिस्टर को प्रोसेसर में पैक किया जा सकता है। आम तौर पर इसका मतलब अधिक प्रसंस्करण शक्ति है। डेनार्ड स्केलिंग नामक खेल में एक और कारक भी है। यह सिद्धांत बताता है कि एक विशेष इकाई मात्रा में ट्रांजिस्टर चलाने के लिए आवश्यक शक्ति स्थिर रहता है भले ही ट्रांजिस्टर की संख्या बढ़ जाती है।
हालांकि, हमने डेनार्ड स्केलिंग की सीमाओं का सामना करना शुरू कर दिया है, और कुछ चिंतित हैं कि मूर का कानून धीमा हो रहा है। ट्रांजिस्टर इतने छोटे हो गए हैं कि डेनार्ड स्केलिंग अब नहीं रखती है। ट्रांजिस्टर कम हो जाते हैं, लेकिन उन्हें चलाने के लिए आवश्यक शक्ति बढ़ जाती है।
चिप डिजाइन में थर्मल नुकसान भी एक प्रमुख कारक हैं। एक चिप पर ट्रांजिस्टर के अरबों को क्रैक करना और उन्हें प्रति सेकंड हजारों बार चालू करना बंद करना गर्मी का एक टन बनाता है। वह गर्मी उच्च परिशुद्धता और उच्च गति सिलिकॉन के लिए घातक है। उस गर्मी को कहीं जाना है, और उचित शीतलन समाधान और चिप डिजाइन को उचित घड़ी की गति को बनाए रखने के लिए आवश्यक है। अधिक ट्रांजिस्टर जोड़े जाते हैं, बढ़ती गर्मी को समायोजित करने के लिए शीतलन प्रणाली अधिक मजबूत होनी चाहिए।
घड़ी की गति में वृद्धि से वोल्टेज में वृद्धि का भी अर्थ है, जिससे चिप के लिए बिजली की खपत में घन वृद्धि होती है। तो घड़ी की गति बढ़ने के साथ, अधिक गर्मी उत्पन्न होती है, जिसके लिए अधिक शक्तिशाली शीतलन समाधान की आवश्यकता होती है। उन ट्रांजिस्टर को चलाने और घड़ी की गति में वृद्धि के लिए अधिक वोल्टेज की आवश्यकता होती है, जिससे नाटकीय रूप से अधिक बिजली की खपत होती है। इसलिए जब हम घड़ी की गति बढ़ाने की कोशिश करते हैं, तो हम पाते हैं कि गर्मी और बिजली की खपत नाटकीय रूप से बढ़ जाती है। अंत में, बिजली की आवश्यकताओं और गर्मी उत्पादन के बाहर की घड़ी की गति बढ़ जाती है।
सीपीयू घड़ी की गति क्यों बढ़ रही है: ट्रांजिस्टर परेशानी
ट्रांजिस्टर डिज़ाइन और संरचना एक बार हमने देखा आसान शीर्षक घड़ी की गति को भी रोक रहे हैं। जबकि ट्रांजिस्टर विश्वसनीय रूप से छोटे हो रहे हैं (समय के साथ गवाह संकीर्ण प्रक्रिया आकार), वे अधिक तेज़ी से परिचालन नहीं कर रहे हैं। आम तौर पर, ट्रांजिस्टर तेजी से बढ़ गए हैं क्योंकि उनके द्वार (भाग जो वर्तमान में प्रतिक्रिया में चलता है) बाहर निकल गए हैं। फिर भी इंटेल की 45 एनएम प्रक्रिया के बाद, ट्रांजिस्टर गेट लगभग 0.9 एनएम मोटा है, या एक सिलिकॉन परमाणु की चौड़ाई के बारे में है। जबकि विभिन्न ट्रांजिस्टर सामग्री तेजी से गेट ऑपरेशन की अनुमति दे सकती है, लेकिन आसानी से बढ़ने वाली गति तेज हो जाती है।
घड़ी की गति में ट्रांजिस्टर गति भी एकमात्र कारक नहीं है। आज, ट्रांजिस्टर को जोड़ने वाले तार समीकरण का एक बड़ा हिस्सा भी हैं। जैसे ट्रांजिस्टर कम हो जाते हैं, तो उन्हें जोड़ने वाले तारों को भी करें। तारों को छोटा, प्रतिबाधा अधिक और वर्तमान को कम करें। स्मार्ट रूटिंग यात्रा समय और गर्मी के उत्पादन को कम करने में मदद कर सकती है, लेकिन नाटकीय गति में वृद्धि के लिए भौतिकी के नियमों में बदलाव की आवश्यकता हो सकती है।
निष्कर्ष: क्या हम बेहतर नहीं कर सकते?
यह सिर्फ बताता है कि तेजी से चिप्स डिजाइन क्यों मुश्किल है। लेकिन चिप डिजाइन के साथ इन समस्याओं को पहले जीत लिया गया था, है ना? पर्याप्त अनुसंधान और विकास के साथ उन्हें फिर से क्यों नहीं हटाया जा सकता है?
भौतिकी की सीमाओं और वर्तमान ट्रांजिस्टर सामग्री डिजाइनों के लिए धन्यवाद, घड़ी की गति में वृद्धि वर्तमान में कम्प्यूटेशनल पावर बढ़ाने का सबसे अच्छा तरीका नहीं है। आज, बिजली में अधिक सुधार मल्टी-कोर प्रोसेसर डिज़ाइन से आते हैं। नतीजतन, हम एएमडी के हालिया प्रसाद जैसे चिप्स को नाटकीय रूप से कोर की संख्या में वृद्धि के साथ देखते हैं। सॉफ्टवेयर डिजाइन अभी तक इस प्रवृत्ति तक नहीं पकड़ा गया है, लेकिन यह आज चिप डिजाइन की प्राथमिक दिशा प्रतीत होता है।
तेज घड़ी की गति का मतलब तेज़ और बेहतर कंप्यूटर का जरूरी नहीं है। प्रोसेसर घड़ी की गति पठारों के बावजूद कंप्यूटर क्षमता अभी भी बढ़ सकती है। मल्टी-कोर प्रसंस्करण में रुझान एक ही शीर्षक गति पर अधिक प्रसंस्करण शक्ति प्रदान करेंगे, विशेष रूप से सॉफ्टवेयर समांतरता में सुधार होता है।
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