Varför CPU:er inte blir snabbare

Central Processing Unit (CPU) – den komponent som har definierat din dators prestanda i många år – har träffat en vägg.

Faktum är att nästa generations processorer, inklusive Intels kommande Sandig bro processor, måste brottas med flera väggar -en minnesflaskhals (bandbredden för kanalen mellan CPU:n och en dators minne); instruktionsnivå parallellism (ILP) väggen (tillgängligheten av tillräckligt med diskreta parallella instruktioner för ett flerkärnigt chip) och strömväggen (chipets totala temperatur och strömförbrukning).

Av de tre är kraftväggen nu utan tvekan den definierande gränsen för kraften hos den moderna CPU:n. I takt med att CPU:er har blivit mer kapabla har deras energiförbrukning och värmeproduktion ökat snabbt. Det är ett problem som är så segt att chiptillverkarna har tvingats skapa system på ett chip – tätorter av mindre, specialiserade processorer. Dessa system är så spretiga och mångsidiga att de har fått långvariga industriobservatörer som Linley Gwennap från Microprocessor Report att ifrågasätta om den ursprungliga definitionen av en CPU ens gäller dagens chips .

När han släpper Sandy Bridge, konstaterar Gwennap, har Intel lite att bjuda på när det gäller förbättrad CPU-prestanda:

Visst, de hittade några ställen att nappa och stoppa på, och plockade upp några procent i prestanda här och där, men det är svårt att förbättra en mycket out-of-order fyra-utgåva CPU som redan har världens bästa grenförutsägelse.

Istället presenterar Intel chipsens nya integrerade grafikfunktioner och förbättrad videohantering , som båda åstadkoms med delar av chippet dedikerade till dessa uppgifter – inte CPU-instelf, som skulle tvingas hantera dem i mjukvara och i processen bränna upp en mycket större andel av chipets energi- och värmebudget.

Och hur är det med allmänna datoruppgifter? Gennap förklarar att här, paradoxalt nog, är nyckeln till att erövra maktmuren inte mer makt – det är mindre. Färre watt per instruktion betyder fler instruktioner per sekund i ett chip som redan är så varmt som möjligt:

De förändringar som Intel gjorde handlade oftare om kraft än prestanda. Anledningen är att Intels processorer (som de flesta andra) står mot väggen. Förr i tiden var målet att pressa ut mer megahertz ur pipelinen.

Dagens processorer har megahertz att bränna men stryps av mängden värme som systemet kan dra ut. Minska CPU-effekten med 10 % och du kan höja klockhastigheten för att kompensera, vilket förvandlar ström till prestandavinster. De flesta CPU-designteam är nu mer fokuserade på energibudgeten än på timingbudgeten.

Detta betyder att, åtminstone med den här generationen av chips, förnyar Intel var som helst utom i själva processorn.

När uppgiftsspecifika processorer blir allt vanligare kan man inte låta bli att märka paralleller med världens mest kraftfulla dator – den mänskliga hjärnan.

Hjärnan är full av högspecialiserade bearbetningskärnor såväl som allmänna beräkningsmöjligheter. Om kisel fortsätter att följa trenden som evolutionen fastställt, kan vi förvänta oss framtida processorer där den centrala processorenheten är mindre och mindre viktig, och uppgiftsspecifika processorer förökar sig tills Systems on a Chip kommer att likna den trassliga, vidsträckta metropolen som dyker upp att ha erövrat massiv parallellisering på ett sätt som datavetare nu bara kan drömma om.

Följ Mims på Twitter eller kontakta honom via e-post .

Dölj