Πώς άλλαξε οι ταχύτητες του επεξεργαστή κατά την τελευταία δεκαετία;

Οι ταχύτητες του επεξεργαστή, ειδικά οι ταχύτητες ρολογιού (μετρούμενες σε GHz), δεν έχουν αυξηθεί δραματικά κατά την τελευταία δεκαετία. Αντί να επικεντρώνεται αποκλειστικά σε υψηλότερες ταχύτητες ρολογιού, η βιομηχανία μετατόπισε την έμφαση προς άλλες βελτιώσεις απόδοσης. Εδώ είναι μια κατανομή:

* Σταθμός σε ταχύτητα ρολογιού: Περίπου το 2010-2012, χτυπήσαμε έναν τοίχο με ταχύτητα ρολογιού αυξάνεται λόγω της κατανάλωσης ενέργειας και των περιορισμών διάχυσης θερμότητας. Η ώθηση για σημαντικά υψηλότερες ταχύτητες ρολογιού έγινε όλο και πιο δύσκολη και αναποτελεσματική. Οι βελτιώσεις στην ταχύτητα του ρολογιού από τότε ήταν περιθωριακές στην καλύτερη περίπτωση, με τα κέρδη που συχνά επισκιάζονται από άλλες αρχιτεκτονικές βελτιώσεις.

* Έμφαση στον αριθμό του πυρήνα και στον παραλληλισμό: Οι κατασκευαστές άρχισαν να επικεντρώνονται στην αύξηση του αριθμού των πυρήνων μέσα σε έναν επεξεργαστή. Οι επεξεργαστές πολλαπλών πυρήνων επιτρέπουν την παράλληλη επεξεργασία, επιτρέποντας την καλύτερη απόδοση σε πολλαπλές εργασίες και εφαρμογές που έχουν σχεδιαστεί για να χρησιμοποιούν πολλαπλούς πυρήνες. Αυτό είναι όπου έχουν παρατηρηθεί σημαντικά κέρδη απόδοσης.

* Αρχιτεκτονικές βελτιώσεις: Σημαντικές εξελίξεις έγιναν στην αρχιτεκτονική επεξεργαστών, όπως:

* Παραλληλισμός οδηγιών (ILP): Βελτίωση της ικανότητας του επεξεργαστή να εκτελεί ταυτόχρονα πολλαπλές οδηγίες.

* Βελτιώσεις cache: Μεγαλύτερη και ταχύτερη μνήμη cache επιτρέπει την ταχύτερη πρόσβαση σε δεδομένα που χρησιμοποιούνται συχνά.

* Bandwidth μνήμης: Οι βελτιώσεις στην ταχύτητα μνήμης και το εύρος ζώνης επιτρέπουν ταχύτερη μεταφορά δεδομένων μεταξύ του επεξεργαστή και της μνήμης.

* εξειδικευμένοι πυρήνες: Ορισμένοι επεξεργαστές ενσωματώνουν εξειδικευμένους πυρήνες για συγκεκριμένες εργασίες όπως η επεξεργασία γραφικών (GPU που ενσωματώνονται σε CPU), επιτάχυνση AI κ.λπ.

* Κόμβος επεξεργασίας: Αν και δεν μεταφράζονται άμεσα σε υψηλότερες ταχύτητες ρολογιού, η συνεχιζόμενη μικροσκοπία των τρανζίστορ (που μετακινείται σε μικρότερους κόμβους διεργασιών όπως το 5nm, 3nm και τώρα η διερεύνηση του 2nm) επιτρέπει την υψηλότερη πυκνότητα των τρανζίστορ, επιτρέποντας περισσότερους πυρήνες, μεγαλύτερες κρυφές μνήμες και πιο πολύπλοκες αρχιτεκτονικές στο ίδιο φυσικό χώρο, οδηγώντας έμμεσα σε κέρδη απόδοσης.

Συνοπτικά, ενώ η ταχύτητα του ακατέργαστου ρολογιού δεν έχει δει ένα σημαντικό άλμα κατά την τελευταία δεκαετία, η συνολική απόδοση του επεξεργαστή έχει βελτιωθεί σημαντικά λόγω ενός συνδυασμού αυξημένων μετρήσεων πυρήνα, αρχιτεκτονικών βελτιώσεων και συρρίκνωσης του κόμβου επεξεργασίας. Η εστίαση έχει μετατοπιστεί από την ταχύτητα ρολογιού σε συνολική υπολογιστική ισχύ και αποτελεσματικότητα.