В чем причина того, что современные процессоры часто имеют частоту около 1 ГГц, что соответствует уровню процессоров 2000 года?

8 Answers

1. 0 Votes 0 Votes  0 Votes

   Вопрос поставлен неправильно, поскольку современные процессоры активно используют динамическую тактовую частоту для экономии энергии и увеличения срока службы. Например, когда частота повышается, временная часть такта с невыровненным состоянием удлиняется, что приводит к потере полезной работы и увеличению нагрева, однако это промежуточное состояние сокращается, что уменьшает потребление максимальной энергии. Когда современные процессоры сталкиваются с повышенной нагрузкой, они, как правило, автоматически увеличивают тактовую частоту, чтобы справиться с ней. Например, мой процессор i5 работает на частоте 800 МГц в режиме простоя, но под нагрузкой может достигать 3,6 ГГц и выше.
   2) Частота, хотя и влияет на работоспособность, но не является определяющим фактором и не служит индикатором современности процессора. Она стала объектом внимания маркетинговых отделов компаний Intel и IBM (которые соревновались за клиентов на рынке серверных решений), которые когда-то измеряли процессоры по частоте. Однако в некоторый момент Intel начал проигрывать, и кто-то в компании принял решение переключиться на то, что называется «флопсы». Это привело к возникновению чрезмерной склонности Intel к созданию новых и новых векторных расширений, которые в конечном итоге дошли до абсурда. Но, наконец-то, благодаря возобновлению войн на архитектуру, проблема производительности на ватт стала важной.
   3) Только специализированные процессоры имеют фиксированную частоту, а процессоры общего назначения ее не имеют. Низкие частоты означают меньшую максимальную производительность, а стабильно высокая частота приводит к нагреванию, нестабильности работы и даже физическому повреждению процессора или его отделению от материнской платы.

   - Сен 01, 2023 | Ответить

2. 0 Votes 0 Votes  0 Votes

   Как правильно отмечено в других ответах, частота увеличивается с годами, но очень медленно. Например, для самых новых процессоров Intel заявлена частота в режиме буста более 5 ГГц, тогда как в 2000 году (во времена архитектуры Nehalem и процессора Pentium 4) самый быстрый процессор работал только на 2 ГГц. Для сравнения, за предыдущие 20 лет прогресс был следующим: в 1980 году Intel выпустила 8088 с базовой частотой 4,77 МГц или 0,0047 ГГц. Краткий ответ на вопрос, почему прогресс в частоте внезапно прекратился в 21 веке: физика не обманешь. Intel, Qualcomm или Nvidia могли бы выпустить процессоры с тактовой частотой 10 или 20 ГГц прямо сейчас, но не каждый покупатель готов установить систему охлаждения на жидком азоте, поэтому такие процессоры обречены на коммерческую неудачу. Закон Жигуля.
   Когда частота процессора увеличивается, транзисторы переключаются чаще, что приводит к большему энергопотреблению. Хотя зависимость здесь линейная, это означает, что процессоры с тактовой частотой 2 ГГц потребляют вдвое больше энергии, чем те, которые работают на 1 ГГц.
   Но сколько же энергии потребляют процессоры?
   Все современные процессоры сопровождаются важным показателем, известным как TDP (thermal design power) — это конструктивное требование к системе охлаждения процессора, чтобы она справлялась с заявленным уровнем тепловой энергии. Это значение измеряется в ваттах и показывает сколько энергии выделяет процессор в процессе работы.
   Для сравнения:
   — Типичный смартфонный процессор (например, Apple A15 или Qualcomm 865) имеет максимальное потребление от 5 до 7 ватт. Для таких процессоров обычно не требуется специальное охлаждение, так как тепло просто рассеивается с поверхности корпуса.
   Типичные мобильные процессоры, такие как те, что используются в ноутбуках, ультра-компактных ПК и самых толстых планшетах, обычно потребляют энергию от 9 до 50 Вт в обычном режиме, но могут временно увеличивать потребление до 115 Вт (например, в случае с самым мощным Intel Core i9 12900HK). Для охлаждения таких процессоров требуется достаточно массивный металлический радиатор, закрепленный на крышке процессора, а в некоторых случаях также может быть установлен небольшой вентилятор, чтобы быстро отводить тепло из устройства наружу.
   Типичные настольные процессоры, с другой стороны, чаще всего имеют потребление энергии в диапазоне от 35 до 135 Вт, но если материнская плата и система охлаждения позволяют, они могут работать в режиме повышенной производительности и потреблять до 200 Вт. У самых мощных компьютеров также устанавливается подходящая система воздушного охлаждения, которая может иметь вес около килограмма и иметь объем, близкий к литру или двум.
   В электронике давно установилось, что количество Ватт играет ключевую роль. В девяностые годы произошел значительный прогресс, и первый настольный процессор Intel Pentium (1993) можно считать сегодняшней мобильной версией, потребляющей от 8 до 16 Вт и имеющей небольшой радиатор и вентилятор. В то время Intel Pentium 4 2.0 (2001) был полноценным настольным процессором с TDP 75 Вт. Таким образом, количество Ватт имеет важное значение.
   Это связано с тем, что каждый процессор представляет собой большой полупроводниковый кристалл. Полупроводники не могут нагреваться выше ста градусов Цельсия, иначе PN-переходы разрушатся, а сам процессор станет бесполезным куском кремния. Производители чипов указывают TDP, чтобы дизайнеры компьютеров использовали достаточное количество металла для охлаждения процессора. Современные чипы имеют возможность самодиагностики и саморегуляции рабочей частоты, напряжения и конфигурации в зависимости от задач. Например, процессоры могут разогнаться до «турбо»-частоты на короткое время, если успеют завершить вычисления до достижения определенной температуры и потом сбросить частоту для охлаждения.
   К сожалению, количество таких процессов невелико. Каждый новый этап технологического процесса приносит незначительное снижение энергетических потерь. Однако главная задача состоит в том, чтобы совершить качественный прорыв в производстве процессоров, отказавшись от бесконечного улучшения далеко не совершенного процессора, созданного в 1978 году. Я считаю, что компания Apple с гордостью представляет новую эру в области компьютерной техники с помощью своей серии процессоров M1 (кстати, рабочая частота снова составляет несколько гигагерц 🤷‍♂️). Она отказывается от наследия x86 в пользу более гибкой и компактной архитектуры ARM. Базовая модель M1 с тепловым дизайном мощностью около 10-25 Вт способна конкурировать с мощными процессорами Intel с тепловым дизайном 65-90 Вт. Однако переход на архитектуру ARM для всей отрасли может занять десятилетия.

   - Сен 19, 2023 | Ответить

3. 0 Votes 0 Votes  0 Votes

   Потому что существуют некоторые аспекты:
   1. Усиление сигнала, основанное на частотном резонансе в системе.
   2. Уменьшение согласованности работы всей системы при большой разнице между процессором и контроллером шины оперативной памяти, например. Несогласованность в частоте приводит к циклическим задержкам.
   3. Более выгодно и дешево создавать многопоточные процессоры, чем СВЧ, поскольку потери от сопротивления возрастают с частотой в геометрической прогрессии.
   4. Более выгодно и дешево создавать многопоточные процессоры, чем СВЧ, поскольку потери от сопротивления возрастают с частотой в геометрической прогрессии.

   - Дек 02, 2023 | Ответить

4. 0 Votes 0 Votes  0 Votes

   В современных компьютерах влияние тактовой частоты на производительность не является столь критическим, как ранее. Другими словами, если у нас есть процессор с одним ядром и, скажем, кэш-памятью на одну операцию, то да, процессор с тактовой частотой 5 ГГц будет выполнять задачи в пять раз быстрее, чем процессор с тактовой частотой 1 ГГц. Однако в современных условиях, процессоры обычно имеют шесть ядер, двенадцать потоков и кэш на сотни операций (условно говоря). И современные процессоры в связи с этим становятся быстрее не в шесть или двенадцать раз, а на порядки быстрее, и главным ограничителем скорости уже не является тактовая частота процессора, а скорость передачи данных к шине и конкретная программа, которую мы пытаемся выполнить, и то, насколько эта программа умеет оптимально использовать все эти ресурсы. Поэтому в большинстве случаев нет экономического обоснования для создания процессоров с высокой тактовой частотой — они требуют более сложного оборудования, нагреваются сильнее и потребляют больше электроэнергии, в то время как достойную производительность можно достичь и без них. И сравнивать тактовую частоту в настоящее время имеет смысл только в рамках одного поколения одного производителя, так как процессоры от Intel, AMD и Apple при одинаковых числовых показателях могут иметь совершенно различную реальную производительность из-за разной архитектуры.

   - Дек 03, 2023 | Ответить

5. 0 Votes 0 Votes  0 Votes

   Во-первых, нужно сказать, что ваше утверждение не совсем точно: в настоящее время доступны частоты 3 и 5 ГГц.
   Что касается доступности процессоров с частотой 1+, их можно встретить в большинстве мобильных платформ и устройств интернета вещей (IoT). Однако, иногда есть ограничения, которые связаны либо с нерентабельностью повышения частоты для стационарных платформ, либо с конструктивными особенностями мобильных платформ.
   С увеличением частоты возрастает потребление энергии и нагрев процессора. Кроме того, на стационарных платформах существует риск простоя процессора из-за ограниченной пропускной способности других компонентов, что делает повышение частоты нерентабельным.
   Таким образом, увеличение частоты часто сопровождается увеличением энергопотребления и нагревом процессора. К тому же, на стационарных платформах процессор может простаивать из-за ограниченной пропускной способности остальных компонентов, что делает повышение частоты невыгодным.

   - Дек 12, 2023 | Ответить

6. 0 Votes 0 Votes  0 Votes

   В настоящее время не производятся процессоры, которые работают исключительно на такой частоте. Ядра процессора могут снизиться до минимальной частоты и работать на этой частоте при выполнении простых задач в 2D-режиме, где не требуется большая мощность. То же самое делают и видеочипы, частота работы которых может снижаться до 149-250 МГц, а вентиляторы системы охлаждения для видеокарты могут полностью останавливаться в этом режиме. Эта функция появилась недавно и является очень полезной, поскольку она позволяет сэкономить электроэнергию и продлить срок службы системы охлаждения ПК. Однако, когда требуется большая вычислительная мощность, включается режим BOOST, при котором частота повышается до максимальных значений — 3-5 ГГц для процессоров и 1800-2500 МГц для видеочипов. В этом режиме потребляется значительное количество энергии — самые мощные видеокарты и процессоры могут потреблять до 0,5 кВт.
   Компьютер выше среднего уровня в игровом режиме, при обработке видео или графики, а также при инженерных расчётах — это как раз такое очень хорошо раскаленное устройство. 🙂
   У меня в комнате после двух часов игры температура повышается на 1,5-2 градуса — это может быть хорошим способом сэкономить на отоплении. 🙂

   - Дек 21, 2023 | Ответить

7. 0 Votes 0 Votes  0 Votes

   Современные процессоры имеют частоту около 1 Ггц потому, что производители ориентируются не только на высокую рабочую частоту, но и на эффективность работы. Вместо увеличения только частоты процессоры стали использовать более сложные микроархитектуры и улучшенные алгоритмы, которые позволяют выполнять больше операций за такт и повышать общую производительность. Кроме того, более низкая частота помогает снизить энергопотребление и тепловыделение процессора, что делает их более эффективными и позволяет создавать компактные устройства, такие как ноутбуки и смартфоны. Таким образом, хотя частота 1 Ггц может показаться невысокой по сравнению с процессорами 2000-х годов, современные процессоры обеспечивают более продвинутую и эффективную работу.

   - Янв 18, 2024 | Ответить

8. 0 Votes 0 Votes  0 Votes

   В 2000-х годах существовал только один профессор, что заставляло производителей увеличивать тактовую частоту (ГГц) с течением времени, чтобы он мог обрабатывать более новые и сложные программы. Позднее появились двух- и четырехядерные процессоры, которые позволили распределить нагрузку между собой, что в свою очередь позволило снизить тактовую частоту для выполнения одной и той же задачи по сравнению с одноядерным процессором.

   - Янв 23, 2024 | Ответить