Was ist die höchstmögliche Taktfrequenz die bei Siliziumchips erreicht werden kann?
Was ist da physikalisch möglich ?
3 Antworten
Rein physikalisch kannst du so hoch gehen, bis das thermische Hintergrundrauschen (die Bewegung warmer Atome) dein Signal zerstört. Diese Frequenz beträgt bei Raumtemperatur etwa 6 THz.
Dort ist also deine absolute Obergrenze, falls du den Chip nicht runterkühlst.
Davor kommen jedoch schon einige technische Grenzen, welche diese Frequenzen sehr unpraktisch machen.
Besonders problematisch ist wohl die Grenzfrequenz von Transistoren. Ab einer gewissen Frequenz kann sich der Transistor nicht mehr richtig öffnen/schließen, da er zu lange dazu braucht. Selbst damit kann man jedoch umgehen, wird dann nur sehr teuer.
Außerdem ist jeder einzelne Takt ein kleiner Energieverlust. Je mehr Takte du also pro Sekunde hast, desto mehr Energie zieht der Chip. Diese Energie wird in Wärme umgewandelt. Bei gewöhnlichen Computern wird die maximale Taktfrequenz daher durch die maximale Wärmeleistung des Chips bestimmt. Mit einer guten Kühlung kannst du weit übertakten.
Was ich noch als problematisch ansehe ist die Kapazitive Kupplung der Leitungen. Ein Kondensator leitet Wechselstrom und quasi alles im Chip kann als Kondensator mit jedem anderen Bauelement im Chip angesehen werden. Je höher die Frequenz, desto mehr Strom fließt durch diesen "Kondensator" und stört andere Leitungen.
Tatsächlich lassen sich fast alle aufkommenden Probleme durch eine sehr geringe Temperatur lösen. Hast du also sehr viel flüssiges Helium über, dann übertakte deine CPU gerne so hoch...
Das kommt auf die Architektur an usw., das kann man nicht pauschal sagen. Hunderte GHz sind möglich bei transistoren. Ich denke das maximum liegt im THz bereich.
Aber je komplexer die CPU desto niedriger der Takt, das ist das ding Primär. Je komplexer das ganze Ding ist desto weniger Takt schafft es.
Aktuelle CPU's (alles seit pentium) haben nur mehrere GHZ weil sie intern die x86-64 befehle in einen anderen, minimalen Befehlssatz umwandeln welchen die ALU dann implementiert hat. Wenn du alle x86 befehle implementieren willst, wird das ein langsames ding.
Und meistens hast du eh ein i/o bottleneck. Weil wo sollte man so schnell Informationen/daten herbekommen. Was willste mit einem 1THz Prozessor machen? Einen byte aus dem RAM lesen Dauert dann halt 10.000 CPU Zyklen.
Siehe es mal so, Flugzeuge können mehrfache Schallgeschwindigkeit erreichen. Trotzdem fliegen Verkehrsflugzeuge nicht mit mehrfacher Schallgeschwindigkeit, werden sogar jedes Jahr langsamer. Es gibt Flugzeuge die so schnell fliegen können, aber lohnt sich halt nur wenn man schneller fliegen will als die Boden-Luft Raketen oder so...
Nicht mehr als 4,5GHz.