Die Erhöhung der Prozessorgeschwindigkeit beinhaltet einen vielfältigen Ansatz, der sich sowohl auf architektonische Verbesserungen als auch auf den Fertigungstufer konzentriert. Hier sind einige wichtige Strategien:
Architekturverbesserungen:
* höhere Uhrdrehzahl: Der einfachste Ansatz, der die Anzahl der Taktzyklen pro Sekunde erhöht. Dies wird jedoch aufgrund des Stromverbrauchs und der Wärmeableitungsbeschränkungen immer schwieriger. Höhere Taktgeschwindigkeiten erfordern mehr Leistung und erzeugen mehr Wärme, was zu sinkenden Renditen und potenziellen Schäden führt.
* Verbesserte Anweisungssatzarchitektur (ISA): Entwerfen von ISAs, die eine effizientere Ausführung von Anweisungen ermöglichen. Dies beinhaltet Funktionen wie:
* Reduzierte Anweisungsanzahl: Optimieren Sie Anweisungen, um mehr Arbeit pro Anweisung auszuführen.
* Parallelität: Ausführung mehrerer Anweisungen gleichzeitig (z. B. Supercalar-Prozessoren, Simd, Multi-Core). Dies kann durch Techniken wie:erreicht werden:
* Pipelining: Überlappung der Ausführung mehrerer Anweisungen.
* Superscalar -Ausführung: Ausführung mehrerer Anweisungen in einem einzelnen Taktzyklus.
* Multi-Threading: Ermöglichen, dass mehrere Threads Prozessorressourcen teilen.
* SIMD (einzelne Anweisungen, mehrere Daten): Durchführung des gleichen Vorgangs an mehreren Datenpunkten gleichzeitig.
* Multi-Core-Verarbeitung: Verwenden mehrerer Verarbeitungskerne auf einem einzelnen Chip.
* Zweigvorhersage: Vorhersage, welche Anweisung neben der Reduzierung der Pipeline -Stände ausgeführt wird.
* Cache -Optimierung: Verbesserung der Geschwindigkeit und Effizienz des Cache -Speicherzugriffs.
* Ausführung außerhalb der Bestellung: Ausführen von Anweisungen aus ihrer ursprünglichen Reihenfolge, um die Pipeline -Nutzung zu maximieren.
* Verbesserte Cache -Hierarchie: Schnellere und größere Caches (L1, L2, L3) verkürzen die Zeit, die zum Zugriff auf häufig verwendete Daten benötigt wird, und verringern Sie die Notwendigkeit, einen langsameren Hauptspeicher zuzugreifen. Dies beinhaltet die Verbesserung der Cache-Kohärenzprotokolle in Multi-Core-Systemen.
* Spezialisierte Hardwareeinheiten: Hinzufügen dedizierter Hardwareeinheiten für bestimmte Aufgaben (z. B. Gleitkomma-Einheiten, Vektorprozessoren, dedizierte kryptografische Beschleuniger), um rechnerisch intensive Vorgänge zu beschleunigen.
* Speicherbandbreite Verbesserungen: Erhöhen Sie die Rate, mit der Daten zwischen Prozessor und Speicher übertragen werden können. Dies beinhaltet die Verwendung von schnelleren Speichertechnologien und das Optimieren von Speicherzugriffsmustern.
Fertigungsförderung:
* kleinere Transistorgröße: Durch das Schrumpfen der Transistorengröße ermöglicht eine höhere Dichte, einen geringeren Stromverbrauch und schnellere Schaltgeschwindigkeiten (Mooreschen Gesetz, obwohl sie langsamer werden).
* Erweiterte Herstellungsprozesse: Verwenden fortschrittlicherer Herstellungstechniken wie EUV -Lithographie, um kleinere und effizientere Transistoren zu schaffen.
* Neue Materialien: Erforschung neuer Materialien mit besseren elektrischen Eigenschaften zur Verbesserung der Transistorleistung.
* 3D -Chip -Stapel: Mehrere Chips vertikal stapeln, um die Dichte zu erhöhen und die Verzögerungen der Verbindungen zu verringern.
Andere Überlegungen:
* Stromverwaltung: Effizientes Stromversorgungsmanagement ist von entscheidender Bedeutung, da höhere Taktgeschwindigkeiten und mehr Kerne mehr Strom verbrauchen und mehr Wärme erzeugen. Techniken wie dynamische Spannung und Frequenzskalierung (DVFS) tragen dazu bei, die Leistung und den Stromverbrauch auszugleichen.
* Kühllösungen: Effektive Kühllösungen sind wichtig, um eine Überhitzung zu verhindern, was die Leistung einschränken und den Prozessor beschädigen kann.
Es ist wichtig zu beachten, dass die einfache Erhöhung der Taktgeschwindigkeit nicht der einzige - oder sogar unbedingt der beste - Weg ist, um eine höhere Leistung zu erzielen. Das moderne Prozessordesign konzentriert sich auf eine Kombination aus architektonischen Verbesserungen und Herstellungsbereichen, um Leistung, Stromverbrauch und Kosten zu optimieren. Der Schwerpunkt hat sich eher in Richtung Parallelität und Energieeffizienz verlagert, als sich ausschließlich auf die Uhrdrehzahl zu konzentrieren.
