EDIT : Esta questão levou a uma longa discussão. É crucial entender que o fato de as velocidades das CPUs não terem aumentado nos últimos anos está relacionado a aspectos comerciais e não diretamente a qualquer problema físico ou de engenharia. Você pode verificar este link para obter as frequências mais altas alcançadas com as CPUs existentes com overclock e super-resfriamento.
Desde a invenção do primeiro PC e até o início dos anos 2000, o principal parâmetro de cada CPU era sua frequência (frequência máxima de operação). Os fabricantes tentaram criar novas tecnologias que permitissem frequências mais altas, e os projetistas de chips trabalharam muito duro para desenvolver micro-arquiteturas que permitissem que o chip funcionasse em uma frequência mais alta.
No entanto, à medida que os chips se tornaram menores e mais rápidos, surgiu o problema da dissipação de calor - quando toda a quantidade de calor gerada pelos transistores chaveados não pôde ser dissipada, os chips foram danificados. Os engenheiros começaram a anexar dissipadores de calor aos processadores e depois aos ventiladores, mas finalmente chegaram à conclusão de que a abordagem de aumentar a frequência da CPU não é mais prática em termos de desempenho adicionado por custo adicionado.
Em outras palavras: as frequências das CPUs podem ser aumentadas, mas isso torna as CPUs (de fato, não as CPUs, mas os mecanismos de refrigeração) muito caras. Os consumidores não comprarão computadores caros se houver uma alternativa .
Em geral, os processos tecnológicos atuais permitem operações de frequência muito alta (muito acima de ~ 3GHz, que a Intel costuma usar, e até os 5GHz da AMD não são o limite máximo). No entanto, o custo associativo dos dispositivos de resfriamento necessários nessas altas frequências é muito alto.
Eu gostaria de enfatizar isso: não há efeito físico que impeça o desenvolvimento de processadores de 8 a 10 GHz com a tecnologia atual . No entanto, você precisará fornecer um mecanismo de resfriamento muito caro para impedir que esse processador se queime.
Além disso, os processadores geralmente trabalham em "burst" - eles têm períodos de inatividade muito longos, seguidos por períodos curtos, mas muito intensivos (e, portanto, com alto consumo de energia). Os engenheiros poderiam construir um processador de 10 GHz que funcionasse nas frequências mais altas por um curto período de tempo (e não é necessário resfriamento adicional porque os períodos são curtos), mas essa abordagem também foi considerada inútil (altos investimentos em desenvolvimento em comparação a ganhos questionáveis) ) No entanto, após futuras melhorias micro-arquiteturais, essa abordagem pode ser reconsiderada. É minha convicção que este processador AMD de 5GHz não funciona constantemente a 5GHz, mas aumenta seu relógio interno ao máximo durante breves rajadas.
LIMITE FÍSICO:
Existe um limite físico para uma taxa de clock máxima possível para cada tecnologia de processo (que depende do tamanho mínimo de recurso da tecnologia), no entanto, acho que o último processador da Intel que realmente foi empurrado para esse limite foi o Pentium 4. Isso significa hoje, quando a tecnologia avança e o tamanho mínimo de recurso é reduzido (enquanto isso, de acordo com a lei de Moore), o único benefício dessa redução é que você pode ajustar mais lógica na mesma área (os engenheiros não pressionam mais a frequência das CPUs ao limite da tecnologia).
BTW, o limite acima não pode aumentar para sempre. Leia sobre a lei de Moore e os problemas associados ao seu uso posterior.