CPU速度はすでにムーアの法則を破っていますか?


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1995年頃、CPU速度が75 MHzのコンピューターを使用したことを覚えています。

それから数年後の1997年頃、1つは211 MHzでした。

それから数年後、2000年頃に1.8 GHzのようなものがあり、2003年頃に約3 GHzのようなものがありました。

ほぼ8年たった今でも3 GHzで最大になっています。これはムーアの法則によるものですか?

回答:


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まず、ムーアの法則は法則ではなく、単なる観察に過ぎないことを忘れないでください。そして、それは速度とは関係なく、とにかく直接ではありません。

もともとは、コンポーネントの密度は[時間]ごとにほぼ2倍になるという単なる観察でした。つまり、速度とは無関係です。
副作用として、高速化(同じチップ上でより多くのもの、距離が近くなる)と安価(必要なチップ数が少なく、シリコンウェーハあたりのチップ数が増える)の両方を効果的に実現しました。

ただし制限があります。チップ設計がムーアの法則に従い、コンポーネントが小さくなると、新しい効果が現れます。コンポーネントが小さくなると、サイズに比べて表面積が大きくなり、電流が漏れるので、より多くの電気をチップに送り込む必要があります。最終的には、十分な量のジュースを失い、チップを熱くし、使用できるよりも多くの電流を無駄にします。

確かではありませんが、これはおそらく現在の制限速度であり、コンポーネントが非常に小さいため、電子的に安定させるのが困難です。これを支援する新しいマテリアルがありますが、かなり新しいマテリアル(ダイヤモンド、グラフェン)が現れるまで、生のMHzの速度制限に近づきます。

とはいえ、CPU MHzはコンピューターの速度ではありません。ちょうど馬力が車の速度ではないのと同じです。トップMHzの値を速くせずに高速化する方法はたくさんあります。

後期編集

ムーアの法則は常に、一定の繰り返し時間枠でチップの密度を2倍にすることができるプロセスに言及しています。現在、サブ20nmプロセスは停止しているようです。新しいメモリは、古いメモリと同じプロセスで出荷されています。はい、これは単一のポイントですが、将来の前兆かもしれません。

ANOTHER LATE EDIT アンアルステクニカの記事は、すべてが、それは死んだと宣言します。50年間あなたと一緒にいて楽しかったです。


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たとえば、3GHz i7は3GHz P4よりも桁違いに高速であり、クロック速度ははるかに速くなる可能性があり、発熱量が増えるだけで、コアを追加することでより多くの違いがあることに注意することが非常に重要です。
Phoshi

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「ムーアの法則は法則ではなく、単なる観察です」厳密にはそれはどんな法則でもあります。単なる観察(惑星と太陽を結ぶ線が等しい時間間隔で等しい領域を掃引するというケプラーの観察など)なぜ惑星がこれをしたのかを知っている、彼はちょうど彼らがしたことを観察し)。物理学では、この言葉はもっと強く使われています(つまり、不可侵です)。

非常に良い最後のポイントは、CPU速度が停滞している間、他の領域(すなわち、ディスク速度)が数年前からずっと良いものより、今日のコンピュータを作る追いついてきたようだ
ダグT.

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@doug T; CPU速度は/ not /停滞しています。メガヘルツ神話を調べてください。クロック速度は速くなりませんでしたが、各クロックサイクルでプロセッサがどれだけ「処理」するかが上昇し、i7などの一部のプロセッサは、クロック速度を1〜1.5 GHzに上げることにかなり満足しています。熱を取り除き、電力を供給します。また、単一のスレッドが他の何よりも多くを要求している場合にも高速化されます。クロック出力を上げることは、単に熱出力のために、もはや費用対効果が高くありません。
Phoshi

1
ムーアは、実際に彼の元の論文でトランジスタのサイズや密度については何も言わなかった。彼はトランジスタ/パッケージについて話していました。彼は歩留まり(良いトランジスタの割合)対パッケージングコストについて観察していました。1965年から1975年頃に発生した倍増の多くは、実際にはより大きなチップによるものでした。より大きなチップまたは3Dスタッキングにより、トランジスタ/パッケージの倍増が残っている場合があります。
さまようロジック14年

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トランジスタの密度は、トレンチやゲートなどのサイズによって制限されます。現在の技術では、わずか数原子の酸化物の厚さでゲートを構築しています。約3〜4原子の厚さの酸化物をゲートすると、次に進むべき場所がわかりにくくなります。
すぐに

@quickly_now ...ゲートの使用を停止しますか?安価になれば、固体状態がさらなる可能性を提供することは間違いありません。
匿名タイプ

@quickly_now:ナノテクノロジーに移行し、一度特異点が発生すると、想像を絶する量子テクノロジーの領域にすぐに到達します!
パラドロイド

ハハハ...物理学の法則が規定するいくつかの制限があります。しかし、動作の頻度は別の問題です...
すぐに

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クロック速度が速いほど、コヒーレント信号を生成するために必要な電圧降下が大きくなります。スパイクする電圧が大きいほど、より多くの電力が必要になります。より多くの電力が必要になるほど、チップはより多くの熱を放出します。これにより、チップの劣化が速くなり、速度が低下します。

ある時点で、温度を上げると別のコアを追加するよりも温度が高くなるため、クロック速度を上げることは価値がありません。これが、コアの数が増加する理由です。

コアを追加すると、熱は直線的に上昇します。つまり、クロック速度と消費電力の間には一定の比率があります。コアを高速化することにより、熱サイクルとクロックサイクルの間に2次関係が生じます。2つの比率が等しい場合、別のコアを取得する時間です。

これはムーアの法則とは無関係ですが、問題はトランジスタの数ではなくクロックサイクルの数に関するものであるため、この説明はより適切なようです。ただし、ムーアの法則はそれ自体に制限を与えていることに注意してください。

編集:より多くのトランジスタは、より多くの作業がクロックサイクルごとに行われることを意味します。これは非常に重要な指標であり、見落とされることがあります(2Ghz CPUが3Ghz CPUよりも優れている可能性があります)。これは今日の革新の主要な分野です。そのため、クロック速度は安定していましたが、単位時間あたりの処理量を増やすことができるという意味で、プロセッサは高速化しています。

EDIT 2: ここでは、関連トピックに関するより多くの情報を持っている興味深いリンクがあります。これは役に立つかもしれません。

編集3:合計クロックサイクル数(コア数*コアあたりのクロックサイクル)とは無関係なのは、並列処理の問題です。プログラムがその命令を並列化できない場合、より多くのコアがあるという事実は何も意味しません。一度に1つしか使用できません。これは、今日よりもはるかに大きな問題でした。現在、ほとんどの言語は以前よりもはるかに多くの並列処理をサポートしており、一部の言語(主に関数型プログラミング言語)が言語のコア部分になっています(Erlangを参照してください、例として AdaGoを)。


+1-これは、密度+速度+熱=ムーアの法則を結ぶ質問に対する答えです。
–Sチェプリン

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ムーアの法則では、トランジスタの数は18か月ごとに2倍になると予測されていました。これまでは、これはクロック速度が2倍になることを意味していました。ハードウェアメーカーは、約3 GHzに達すると、光速の制限に直面していることに気付きました。

光の速度が299,792,458メートル/秒であることを覚えていますか?つまり、3GHzのマシンでは、ライトは各クロックサイクルで約3分の1メートル移動します。それは空中を移動する光です。電気はそれよりも遅く、ゲートとトランジスタはさらに遅く、その時間内にできることはあまりないことを考慮してください。その結果、実際にはクロック速度が少し低下し、代わりにハードウェアが複数のコアに移行しました。

ハーブサッターは、2005年の「無料の昼食は終わりました」という記事でこれについて語っています。

http://www.gotw.ca/publications/concurrency-ddj.htm


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C / 3GHzの= 9.993センチメートルgoogle.com/search?q=(299792458m/s)/(3e9/s)= -取るquickly_now考慮のコメントを、信号が3GHzのクロック・チックあたり6センチメートルについて旅行することができます。それはそれほど遠くありません。
タイラー

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シリコンは約500GHzを消費します。カーボンナノチューブは4THz以上になります。今日のチップを制限しているのは、消費と相互接続です。まだまだ先があります。
tyblu

2
@tyblu-4THzクロック刻みで光が75ミクロン移動します。それを使用して有用な回路を作成することをどのように期待できるかは、私を超えています。
タイラー

3
@tylerl、私はしませんが、私たちの子供たちがそれを理解することを期待しています!;)
tyblu

1
@tylerl、現在のトランジスタは約0.3ミクロンであるため、75ミクロンで約250ミクロンの信号を得ることができます。
ハイダラル

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シリコンベースのチップは、文字通り溶け始める前に5 GHz程度の一般的なクロック制限があります。ヒ化ガリウムの使用に関する研究がありました(GaAs)。これにより、チップは数百GHzのような高速クロックレートを持つことができますが、どこまで到達したかはわかりません。

しかし、ムーアの法則は、性能やクロック速度ではなく、チップ上のトランジスタに関係しています。その点で、同じチップ上にある複数の処理コアに分岐することで、ムーアの法則に引き続き対応していると言えるでしょう。

ムーアの法則に関するウィキペディアの記事によると、2015年まで続くと予想されています。

同じクロック速度でより高速なプロセッサを使用できる別の方法を知りたい場合は、クロックパルスごとに実行できる命令の数にも関係します。その数は年々着実に増加しています。

1秒あたりの命令のタイムラインは、クロックサイクルごとの命令数の良いチャートです。


ギガヘルツの増加に代わるものとしてコアが増加していることに言及して+1
マシューロック

RAMが100GHz CPUの速度に追いつくことを願っています...-
LawrenceC

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私はEEや物理学の専門家ではありませんが、1981年からほぼ3〜4年ごとにコンピューターを購入しています(81年に初めてSinclair ZX81を購入し、3年後にCommadore 64、おもちゃ、そして最初のIBMを購入しました1987年にクローンを作成)、したがって、この主題に関する30年間の「フィールドデータ」があります。

87年の最初のIBMクローン(640kのRAMと32MBのハードドライブ)を開始点として使用した場合でも、18か月ごとにすべてを2倍することで、今日10GBのRAMと1TBのハードドライブが得られます。くそー!今日の私の机の上にあるものよりも少し多すぎるRAMと少し少ないHD。

この「法」は明らかにコンピュータの将来の指数関数的成長の一般的な期待として意図されていることを考慮して、私はそれが本質的に30年にわたってどれほど正確であったかに率直にショックを受けました。「民間宇宙旅行」、「個人用ロボット」、および「ホバーカー」のみが同様の指数関数的な成長を見た場合。残念。

しかし、厳密なユーザーの観点からは、ムーアの法則は今のところ固く守られているようです。


モデレーターは複数の回答を要約します:

ムーアの法則はマイクロチップ内のトランジスタの数を明示的に扱っていますが、これは指数関数的な速度で進歩しているはるかに大きなテクノロジーの世界における唯一のベンチマークです。

クロック速度にこだわるにはポイントを逃します。PassMark CPUベンチマークをご覧くださいhttp ://www.cpubenchmark.net/high_end_cpus.html //www.cpubenchmark.net/high_end_cpus.htmlを見るだけで、コンピューターが毎日非常に強力になっていることがわかります。

チップ上のトランジスタの数は、今日のコンピューターの能力を高めるための1つの要素にすぎません。

私はムーアではなく、彼のことも知りませんが、広い意味では、彼の法則は計算能力の指数関数的増加を予測する試みであったと推測しています。彼は「チップ上のトランジスタの数」を具体的かつ最も重要で定量可能な基準として選択し、「コンピューターの能力は数年ごとに倍増する」という「曖昧で証明しにくい」主張とは対照的です。彼の理論を証明するために、簡単に測定できるものが基準として明らかに必要でした。しかし、私はここで手足を外に出して、コンピューターのあらゆる側面を扱うより大きな傾向を予測していたことを示唆します。


それは正確ではありませんでしたが、Intelや他の人々が積極的に追求していることをよく耳にするため、部分的に自己実現的な予言でもありました。もちろん、それが唯一の考慮事項ではないことを知っています。「パワー」に関しては、彼らは間違いなくそれを破りました。なぜなら、同じお金でパフォーマンスを「倍増」するには少なくとも5年はかかるからです。10年以上前とそれから1年ほどかかりました。
j riv

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プロセッサをシリコンで高速化することもできます(ただし、それほど高速ではありません)が、この時点では、プロセッサ(またはコア)を小さくし、より多くをダイに入れる方が安価で効率的です。グラフェンなどの新しい材料は、トランジスタのスイッチング速度の観点からシリコンを水から吹き飛ばしますが、製造プロセスをまだマスターしていません。忍耐強く、もっと早く、恐らくもっと早く来るでしょう。

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