¿Por qué las CPU no son más grandes? [cerrado]

Las CPU son relativamente pequeñas, y los ingenieros intentan constantemente hacerlas más pequeñas y obtener más transistores en la misma superficie.

¿Por qué las CPU no son más grandes? Si una matriz de aproximadamente 260 mm ² puede contener 758 millones de transistores (AMD Phenom II x4 955). Entonces, un 520 mm ² debería ser capaz de contener el doble de la cantidad de transistores y técnicamente duplicar la velocidad del reloj o los núcleos. ¿Por qué no se hace esto?

En general tiene razón: a corto plazo, aumentar la paralelización no solo es viable, sino que es el único camino a seguir. De hecho, los núcleos múltiples, así como los cachés, la canalización y el hiperprocesamiento son exactamente lo que usted propone: ganancia de velocidad a través del mayor uso del área de chips. Por supuesto, las geometrías de contracción no chocan con el uso creciente del área del dado. Sin embargo, el rendimiento del dado es un gran factor limitante.

El rendimiento del dado crece en proporción inversa al tamaño del dado: los dados grandes son simplemente más propensos a "atrapar" errores de oblea. Si un error de oblea golpea un dado, puede tirarlo. El rendimiento del dado obviamente afecta el costo del dado. Por lo tanto, hay un tamaño de matriz óptimo en términos de costos versus ganancias por matriz.

La única forma de producir matrices significativamente más grandes es integrar estructuras tolerantes a fallas y redundantes. Esto es lo que Intel intenta hacer en su proyecto Terra-Scale (ACTUALIZACIÓN: y lo que ya se practica en productos de uso diario, como señala Dan).

Hay muchas preocupaciones técnicas (las longitudes de las rutas se alargan demasiado y se pierde eficiencia, la interferencia eléctrica causa ruido), pero la razón principal es simplemente que muchos transistores estarían demasiado calientes para enfriarse adecuadamente . Esa es la razón por la que están tan interesados ​​en reducir el tamaño de la matriz: permite aumentar el rendimiento en los mismos niveles térmicos.

Varias de las respuestas dadas aquí son buenas respuestas. Hay problemas técnicos para aumentar el tamaño de la CPU y generará mucho más calor. Sin embargo, todos ellos son superables dados incentivos suficientemente fuertes.

Me gustaría agregar lo que creo que es un tema central: la economía . Las CPU se hacen en obleas como esta , con una gran cantidad de CPU por oblea. El costo de fabricación real es por oblea, por lo que si duplica el área de una CPU, solo puede caber la mitad en una oblea, por lo que el precio por CPU se duplica. Además, no toda la oblea siempre sale perfecta, puede haber errores. Por lo tanto, duplicar el área duplica la posibilidad de un defecto en cualquier CPU específica.

Por lo tanto, desde el punto de vista económico, la razón por la que siempre hacen las cosas más pequeñas es para obtener un mejor rendimiento / mm ^ 2, que es el factor determinante en el precio / rendimiento.

TL; DR: además de las otras razones mencionadas, duplicar el área de una CPU más que duplica el costo.

Agregar más transistores a un procesador no lo hace automáticamente más rápido.

Mayor longitud de ruta == velocidad de reloj más lenta.
Agregar más transistores aumentará la longitud de la ruta. Cualquier aumento debe ser valioso o provocará un aumento en el costo, el calor, la energía, pero una disminución en el rendimiento.

Por supuesto, siempre puede agregar más núcleos. ¿Por qué no hacen esto? Pues lo hacen.

Su suposición general es incorrecta. Una CPU con una matriz de doble tamaño no significa que pueda funcionar a doble velocidad. Esto solo agregaría más espacio para agregar más núcleos (ver algunos chips Intelcore con 32 o 64 núcleos) o cachés más grandes. Pero la mayoría del software actual no puede hacer uso de más de 2 núcleos.

Por lo tanto, el aumento del tamaño del dado aumenta enormemente el precio sin una ganancia de la misma altura. Esta es una de las razones (simplificadas) de que las CPU son como son.

En electrónica, SMALLER = FASTER 3GHz debe ser mucho más pequeño que 20MHz. Cuanto más grandes son las interconexiones, mayor es el ESR y más lenta es la velocidad.

Duplicar la cantidad de transistores no duplica la velocidad del reloj.

El costo de producir las obleas crudas es un factor. El silicio monocristalino no es libre , y el proceso de refinación es algo costoso. Por lo tanto, usar más materia prima aumenta el costo.

Los grandes seres vivos , artificiales o no, como los dinosaurios, son más flojos. La relación área / volumen no es justa para su supervivencia: demasiadas limitaciones sobre la energía, todas las formas, dentro y fuera.

Piense en una CPU como una red de nodos conectados (transistores). Para proporcionar más capacidades, el número de nodos y las rutas entre ellos aumentan hasta cierto punto, pero ese aumento es lineal. Entonces, una generación de una CPU podría tener un millón de nodos, la siguiente podría tener 1.5 millones. Con la miniaturización del circuito, el número de nodos y rutas se condensan en una huella más pequeña. Los procesos de fabricación actuales son de hasta 30 nanómetros.

Digamos que necesita cinco unidades por nodo y cinco unidades de distancia entre dos nodos. De extremo a extremo, en línea recta puede crear un bus de 22222 nodos en 1 CM de espacio. Puede hacer una matriz de 493 millones de nodos en un CM cuadrado. El diseño del circuito es lo que contiene la lógica de la CPU. Duplicar el espacio no es lo que aumenta la velocidad, solo permitiría que el circuito tenga más operadores lógicos. O en el caso de CPU de múltiples núcleos para permitir que el circuito maneje más trabajo en paralelo. El aumento de la huella en realidad disminuiría la velocidad del reloj porque los electrones tendrían que viajar distancias más largas a través del circuito.