В наших тестах процессоров мы уделяем особое внимание тактовым частотам, поскольку они напрямую влияют на производительность. В рекламных материалах вендоры тоже подчеркивают рекордные тактовые частоты, будь то 5 ГГц у Ryzen 9 6980 или 5,5 ГГц у двух ядер Core i9-12900KS.
Немецко-австрийская команда физиков из института TU Graz добралась до физического предела скорости переключения транзисторов. Впрочем, речь все же идет о теоретическом прогнозе, поскольку достичь указанной планки в процессорах быстро не получится. Тем более годы стремительной гонки тактовых частот CPU остались в начале нулевых. Кроме того, в процессорах работают транзисторы с электрическим переключением, а ученые изучали оптико-электрические варианты. Они наверняка будут использоваться в процессорах, но и здесь пройдет какое-то время.
За переключение оптико-электрического транзистора отвечает лазерный импульс. Напомним, что у электрического транзистора переключение вызывается путем изменения напряжения. Лазерный импульс позволяет добиться более высокой точности, причем в данном случае для переключения транзистора использовались два импульса (6,2 эВ). В качестве диэлектрика был выбран фторид лития, поскольку у него самая большая ширина запрещенной зоны (13,6 эВ).
Конечно, лазерные импульсы должны быть достаточно быстрыми для максимальной частоты переключения транзисторов. На разработанной учеными установке было получено 1,4 фс. Фемтосекунда эквивалентна 10-15 с. Минимальная частота переключения при этом составит 1,2 фс, что позволит достичь 833 ТГц. А с помощью синтетического диэлектрика можно увеличить скорость переключения до 1 ПГц, то есть как раз до миллиона гигагерц. Что примерно в 200.000 раз быстрее современных настольных CPU с частотой 5 ГГц.
Исследователи пришли к заключению: "На данный момент оптоэлектронные чипы не могут работать быстрее, чем показывают наши исследования. Однако пока неизвестно, насколько близко будущие технологии подойдут к этому пределу."
Несколько лет назад считалось, что процессоры довольно быстро достигнут уровня 10 ГГц. Но, как видим, ничего подобного пока нет. Вендоры пытаются оптимизировать архитектуру, чтобы выжать максимальную производительность в расчете на такт (IPC). Ядра CPU обзаводятся более широкими конвейерами, способными параллельно обработать большее количество инструкций. Улучшаются и алгоритмы предсказания ветвлений, позволяющие процессорам выполнять вычисления как бы заранее.
Подписывайтесь на группы Hardwareluxx ВКонтакте и Facebook, а также на наш канал в Telegram (@hardwareluxxrussia).