¿Cómo se relaciona la densidad del transistor con la velocidad del reloj? ¿Por qué una mayor densidad de transistores permite procesadores más rápidos?

Answer 1

1. Por una mayor densidad de transistores, supongo que esto implica transistores más pequeños. Los transistores más pequeños significan que podemos operar a la misma frecuencia con menos capacitancia y menor voltaje, consumiendo así menos energía. Dependiendo del mercado, algunos chips no se venden porque exceden su límite de potencia, a pesar de que pueden funcionar correctamente. Entonces, si tenemos un chip con una envolvente de potencia fija y, a través de mejoras en el proceso, podemos reducir el voltaje y / o la capacitancia, podemos aumentar la frecuencia.

La ecuación para la potencia dinámica es: [matemáticas] P = V ^ {2} * C * f [/ matemáticas]

2. Si estamos dispuestos a modificar un diseño, tener más transistores disponibles significa que también podemos agregar más etapas de tubería a un diseño. Más etapas de tubería para una operación dada significa que disminuimos el número de puertas por flop, por lo que podemos tener un tiempo de ciclo más corto y, por lo tanto, una frecuencia más alta.

Answer 2

La densidad del transistor (o lo que realmente llamamos tamaño de función) no está directamente relacionada con la velocidad del reloj.

Están relacionados porque los transistores más pequeños son generalmente más rápidos y disipan menos potencia, pero también pueden soportar menos potencia. Necesitan voltajes más bajos para funcionar.

Lo más importante en estos días que permite un tamaño de característica más pequeño es que haya más circuitos en un chip, lo que aumenta el paralelismo y los niveles de caché, el tamaño y las profundidades que aumentan el rendimiento de los chips, lo que aparentemente mejora la frecuencia de reloj equivalente (que es como lo vende el marketing porque ese es un número único que la gente entiende: más rápido es mejor, ¿eh?). Las velocidades de reloj anunciadas ya no indican las velocidades de reloj reales ya que varias partes del circuito funcionan a diferentes velocidades de todos modos.

Answer 3

La velocidad de un transistor es aproximadamente inversamente proporcional a su tamaño. Tan pequeño significa más rápido. Además, los cables más delgados tienen menos capacitancia, y eso mejora a medida que el cuadrado de las dimensiones, por lo que los cables más cortos y delgados desperdician menos energía al cargarse. Así que más pequeño es mejor allí también. Los transistores más pequeños también pueden funcionar a voltajes más bajos, por lo que también es bueno. El problema es que estamos llegando rápidamente al punto de rendimientos decrecientes.