Intel: proč přestala růst pracovní frekvence procesorů?
23.2.2018, Jan Vítek, aktualita
V době procesorů Intel Pentium 4 založených na NetBurst měl Intel vizi, že požene pracovní takt až k 10 GHz, což se nakonec ukázalo jako nezvládnutelný výkon. Byla to i doba, kdy AMD představilo své nejúspěšnější procesory před generací Zen.
Mikroarchitektura NetBurst se pro Intel ukázala jako slepá ulička a ze slibu dosažení 10 GHz byla realizována přibližně třetina, čili ty nejlepší procesory Prescott končily na 3,8 GHz. AMD tak dostalo příležitost a té se zhostilo se ctí, když připravilo procesory Athlon, Phenom či serverové Opteron. Poté se však Intel vrátil na výsluní, když představil procesory Core, jež jsou úspěšně vyvíjeny dodnes. Z prudkého navyšování pracovní frekvence však sešlo, však 3,8 GHz je dnes stále běžný takt moderních procesorů, alespoň pokud vynecháme turbo a to nás od dob "prskotů" dělí už 14 let.
Celeron "Willamette"
Ze závodu o co nejvyšší takt se stal spíše závod o navyšování počtu procesorových jader, který však kvůli klimbajícímu AMD na řadu let ustal, aby byl opět nastartován v minulém roce po příchodu prvních procesorů Ryzen. Zástupkyně Intelu přitom říká, že "10GHz frekvence je nedosažitelná dnes, stejně jako byla nedosažitelná i před 5 lety" a ostatně pracovní frekvence zdaleka není vše.
Pentium III: první 1GHz procesor pro PCJaké jsou ale překážky, které zabránily dosažení či využití podstatně vyšších taktů? Pro začátek jde o odpadní teplo (a tedy i spotřeba), ovšem to není ten největší problém jako spíše další důvod, proč se to nevyplatí. Intel využívá vlastní architekturu x86, tzv. superskalární architekturu, která umožňuje provádět více instrukcí za jeden takt souběžným vysláním více instrukcí pro různé výkonné jednotky v procesoru. Nicméně navýšení taktovací frekvence nemusí být vždy užitečné a omezení tkví v nejdelším kroku (modré obdélníky) zpracovávaném za jeden takt (tick), jak vysvětluje Victoria Zhislina z Intelu. Modré bloky znázorňují celé instrukce, které jsou tak v našem případě rozděleny na 4 části.
"Předpokládejme, že ten nejdelší krok potřebuje 500 pikosekund pro své provedení, což je jeden takt procesoru pracujícího na 2 GHz. Pak zkusíme nastavit dvakrát vyšší takt, čili 250 ps, přičemž vše ostatní zůstane stejné. A nyní, co bylo určeno jako nejdelší krok u 2GHz procesoru, je nyní provedeno během dvou taktů, což tak zabere opět 500 ps. V takovém případě se touto změnou nic nezíská, zatímco samotné navýšení taktu je komplikované a přinese vyšší výdej odpadního tepla."
"Někdo by mohl namítat, že díky vyššímu taktu budou kratší kroky provedeny rychleji, takže průměrná rychlost či výkon procesoru bude vyšší. Proti tomu ale mluví následující diagram."
Diagram ukazuje, že jde o pozdržení kratších kroků, které musejí čekat na to, až budou provedeny ty delší. Čili cestou k navýšení výkonu je především to, aby se zkrátily ty nejdelší kroky, a to zkrácením instrukcí, takže navyšování taktů musí jít ruku v ruce s dalšími změnami.
Plný příspěvek naleznete zde.
