微处理器的最大时钟频率

最近，我听说AMD发布了新的Vishera系列FX处理器，该处理器以5 GHZ运行。我的问题是处理器的时钟频率是否有上限？那就是我们可以永远提高时钟频率吗？在更高的时钟频率下，我们将面临哪些电气问题？

编辑：这个问题导致了长时间的讨论。至关重要的是要了解，CPU速度在过去几年中一直没有增加这一事实与商业方面有关，而与任何工程或物理问题都没有直接关系。您可以通过超频和过冷检查此链接，以了解现有CPU达到的最高频率。

从第一台PC的发明到2000年代初，每个CPU的主要参数都是其频率（最大工作频率）。制造商试图提出允许更高频率的新技术，并且芯片设计人员非常努力地开发了微体系结构，以使芯片能够在更高的频率上运行。

但是，随着芯片变得越来越小，越来越快，出现了散热问题-当无法散发开关晶体管产生的全部热量时，芯片就会受到损坏。工程师开始在处理器上安装散热片，然后在风扇上安装散热片，但最终他们得出结论，就增加性能/增加成本而言，增加CPU频率的方法不再可行。

换句话说：可以提高CPU的频率，但这会使CPU（实际上不是CPU，而是冷却机制）变得过于昂贵。如果有另一种选择，消费者不会购买昂贵的计算机。

通常，当前的技术流程允许非常高的频率运行（英特尔通常使用的频率约为3GHz以上，甚至AMD的5GHz也没有上限）。然而，在这些高频下需要的冷却装置的相关成本太高。

我想强调一点：没有任何物理效应会阻止使用当前技术开发8-10GHz处理器。但是，您必须提供一种非常昂贵的冷却机制，以防止此类处理器烧坏。

此外，处理器通常在“突发”状态下工作-它们具有非常长的空闲时间，然后是很短但很密集（因此能耗很高）的时间。工程师可以制造一个10GHz处理器，该处理器可以在短时间内在最高频率下工作（并且由于周期短而无需额外的冷却），但是这种方法也被认为毫无价值（与可疑收益相比，对开发的大量投资） ）。但是，随着未来微体系结构的改进，可以重新考虑这种方法。我相信，这种5GHz AMD处理器不能在5GHz下持续工作，而是在短脉冲期间将其内部时钟提高到最大。

物理限制： 每个处理技术的最大可达到时钟速率都有一个物理限制（取决于技术的最小功能尺寸），但是我认为最后被迫达到这一限制的最后一个英特尔处理器是奔腾4。如今，随着技术的进步和最小功能尺寸的减小（同时根据摩尔定律），这种减小的唯一好处是您可以在同一区域中容纳更多的逻辑（工程师不再将CPU的频率推到极限。技术）。

顺便说一句，上述限制不能永远增加。阅读有关摩尔定律及其进一步应用的问题。

有身体上的限制。

处理器频率受以下因素限制：

• 电流速度（例如铜）
• 晶体管的开关速度
• 处理器的大小

假设您在CPU上有一个乘法器和一个寄存器。一些输入变量相乘，然后存储在寄存器中。

电信号需要时间才能通过信号线和晶体管。

如果时钟速率增加太多，则下一个周期开始时乘法尚未完成。您可能要在下一条指令中使用乘法结果！

因此，如果CPU较小，则可以设置较高的频率。

另请参阅：传播延迟 互连瓶颈