Двойной Extreme в действии (часть 1)


С развитием полупроводниковых технологий и совершенствованием внутренней микроархитектуры вычислительные возможности процессоров в сравнительно короткий срок возросли в десятки тысяч раз. При этом их производительность зависит не только от тактовой частоты, на которой работает процессорное ядро, но и от микроархитектуры

trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)trans Двойной Extreme в действии (часть 1)  

Евгений Рудометов,
Виктор   Рудометов 
 

  
  

Ограничения частотного роста

С точки зрения пользователя, быстродействие процессора характеризуется временем выполнения определенного набора команд, последовательность которых образует компьютерную программу. Чем меньше данное время, тем выше производительность.

Иными словами:
  

Производительность  =  (Количество микрокоманд за такт)  х  (Тактовая частота).
  

Модели процессоров одного семейства, выполненные по единой архитектуре и имеющие более высокие показатели тактовых частот, обладают и большей производительностью, что соответствующим образом отражается на производительности всей компьютерной системы.

Именно поэтому на протяжении сравнительно длительного времени повышение производительности процессоров в основном достигалось путем постепенного увеличения тактовых частот, на которых работают полупроводниковые ядра процессоров.

Однако безудержному росту тактовых частот препятствуют объективные физические законы, определяющие работу внутренних элементов, размеры которых, кстати, уже сравнительно давно достигли нанометровых уровней. В ряду таких миниатюрных элементов нужно назвать прежде всего полупроводниковые транзисторы, изготовленные по традиционной технологии КМОП (КМОП — Комплементарная логика на транзисторах Металл-Оксид-Полупроводник — от англ. CMOS — Complementary Metal-Oxide Semiconductor).

Параметры этих транзисторов, десятки миллионов которых составляют основу ядер процессоров, в значительной степени зависят от типоразмеров. Изменение размеров определяется эволюцией технологических процессов, в соответствии с которыми осуществляется выпуск полупроводниковых микросхем, включая и процессоры.

Среди параметров, характеризующих техпроцесс,  одним из основных выступают габариты созданных полупроводниковых элементов, размещенных на полупроводниковом (кремниевом) кристалле. Габариты данных элементов регулярно уменьшаются: согласно закону Мура они уменьшаются каждые два года уже в течение длительного времени, составляющим, кстати, уже несколько десятков лет.

Необходимо отметить, что совершенствование технологии и постепенное уменьшение размеров транзисторов, размещаемых на кремниевом кристалле, способствуют улучшению их параметров, важнейшими из которых являются скоростные свойства. Благодаря уменьшению длины затвора в М раз пропорциональным образом возрастают частотные параметры и плотность размещения транзисторов на кристалле.

Изменение параметров транзисторов при масштабировании приведено в таблице 1. 

 

Таблица 1. Масштабирование транзисторов

Параметры Коэффициент
Длина затвора (X) 1/M
Ширина затвора (Y) 1/M
Толщина затвора (Z) 1/M
Плотность размещения M*M
Частота работы M
Напряжение 1/M

 

Однако работающие на высоких частотах транзисторы, десятки и даже сотни миллионов которых расположены на очень малой площади полупроводникового кристалла, оказывают друг на друга негативное влияние, что ограничивает частотный рост, а следовательно, и производительность.

Это влияние можно легко проиллюстрировать на примере расположенных рядом проводников, соединяющих элементы в ядре процессора (рис. 1).

Некоторые особенности работы миниатюрных полупроводниковых элементов на высоких частотах рассмотрены в следующей части данной статьи.
   
 

>>    Часть 2  
      


Ссылки по теме

Leave a Reply

You must be logged in to post a comment.