Por que as CPUs não são maiores? [fechadas]

As CPUs são relativamente pequenas e os engenheiros estão constantemente tentando diminuí-las e obter mais transistores na mesma superfície.

Por que as CPUs não são maiores? Se uma matriz de aproximadamente 260 mm ² puder conter 758 milhões de transistores (AMD Phenom II x4 955). Então um 520mm ² deve ser capaz de reter o dobro da quantidade de transistores e tecnicamente dobrar a velocidade ou núcleos do clock. Por que isso não é feito?

Geralmente, você está certo: a curto prazo, o aumento da paralelização não é apenas viável, mas o único caminho a percorrer. De fato, multi-núcleos, bem como caches, pipelining e hyper-threading são exatamente o que você propõe: ganho de velocidade através do aumento do uso da área de chip. Obviamente, as geometrias reduzidas não colidem com o aumento do uso da área da matriz. No entanto, o rendimento da matriz é um grande fator limitante.

O rendimento da matriz cresce em proporção inversa ao tamanho da matriz: matrizes grandes são simplesmente mais propensas a "capturar" erros de bolacha. Se um erro de bolacha atingir um dado, você pode jogá-lo fora. O rendimento da matriz obviamente afeta o custo da matriz. Portanto, existe um tamanho ideal de matriz em termos de custos versus lucros por matriz.

A única maneira de produzir matrizes significativamente maiores é integrar estruturas tolerantes a falhas e redundantes. É isso que a Intel tenta fazer no projeto Terra-Scale (UPDATE: e o que já é praticado nos produtos do dia a dia, como Dan aponta).

Existem muitas preocupações técnicas (os comprimentos dos caminhos ficam muito longos e você perde eficiência, a interferência elétrica causa ruído), mas a principal razão é simplesmente que muitos transistores estariam quentes demais para resfriar adequadamente . Essa é toda a razão pela qual eles desejam reduzir o tamanho da matriz - permite aumentar o desempenho nos mesmos níveis térmicos.

Várias das respostas dadas aqui são boas respostas. Existem problemas técnicos no aumento do tamanho da CPU e isso vai levar a muito mais calor. No entanto, todos eles são superáveis ​​com incentivos fortes o suficiente.

Gostaria de acrescentar o que acredito ser uma questão central: economia . As CPUs são fabricadas em bolachas como essa , com um grande número de CPUs por bolacha. O custo real de fabricação é por wafer; portanto, se você dobrar a área de uma CPU, poderá caber apenas metade do mesmo em uma wafer, portanto o preço por CPU dobrará. Além disso, nem toda a bolacha sai sempre perfeita, pode haver erros. Portanto, dobrar a área duplica a chance de um defeito em qualquer CPU específica.

Portanto, do ponto de vista econômico, a razão pela qual eles estão sempre diminuindo as coisas é obter um melhor desempenho / mm ^ 2, que é o fator determinante no preço / desempenho.

TL; DR: Além dos outros motivos mencionados, dobrar a área de uma CPU mais que dobra o custo.

Adicionar mais transistores a um processador não o torna mais rápido automaticamente.

Comprimento do caminho aumentado == taxa de clock mais lenta.
Adicionar mais transistores aumentará o comprimento do caminho. Qualquer aumento deve ser usado valiosamente ou causará um aumento no custo, calor, energia, mas uma diminuição no desempenho.

É claro que você sempre pode adicionar mais núcleos. Por que eles não fazem isso? Bem, eles fazem.

Sua suposição geral está errada. Uma CPU com uma matriz de tamanho duplo não significa que pode operar com velocidade dupla. Isso adicionaria mais espaço para adicionar mais núcleos (veja alguns chips Intel manycore com 32 ou 64 núcleos) ou caches maiores. Mas a maioria do software atual não pode usar mais de 2 núcleos.

Portanto, o aumento do tamanho da matriz aumenta o preço maciçamente sem um ganho da mesma altura. Esta é uma das razões (simplificadas) pelas quais as CPUs são como são.

Em eletrônica, MENOR = 3GHz MAIS RÁPIDO precisa ser muito menor que 20 MHz. Quanto maiores as interconexões, maior a ESR e menor a velocidade.

Dobrar a quantidade de transistores não duplica a velocidade do relógio.

O custo de produção das bolachas cruas é um fator. O silício monocristalino não é gratuito e o processo de refino é um pouco caro. Portanto, usar mais de sua matéria-prima aumenta o custo.

Grandes seres vivos, artificiais ou não, como os dinossauros, são perdedores. A relação área / volume não é justa para sua sobrevivência: muitas restrições sobre energia - de todas as formas - entrando e saindo.

Pense em uma CPU como uma rede de nós conectados (transistores). Para fornecer mais recursos, o número de nós e os caminhos entre eles aumentam em um grau, mas esse aumento é linear. Portanto, uma geração de uma CPU pode ter um milhão de nós, a próxima pode ter 1,5 milhões. Com a miniaturização do circuito, o número de nós e caminhos é condensado em uma área menor. Os processos atuais de fabricação são reduzidos a 30 nanômetros.

Digamos que você precise de cinco unidades por nó e cinco unidades de distância entre dois nós. De ponta a ponta, em uma linha reta, você pode criar um barramento de 22222 nós em 1 CM de espaço. Você pode criar uma matriz de 493 milhões de nós em um CM quadrado. O design do circuito é o que contém a lógica da CPU. Dobrar o espaço não é o que aumenta a velocidade, apenas permitiria que o circuito tivesse operadores mais lógicos. Ou no caso de CPUs multi-core para permitir que o circuito lide com mais trabalho em paralelo. Aumentar a pegada na verdade diminuiria a velocidade do relógio porque os elétrons precisariam percorrer distâncias maiores através do circuito.