우선 CPU 주파수의 상한을 설명하기 전에 먼저 전파 지연(Propagation Delay)이라는 개념을 소개해야 합니다. 아래 그림을 참조하세요.

이 그림은 단순 이진 가산기 회로에서 A/B/C는 가산기의 3개 입력 및 출력입니다(2개의 가산기와 낮은 비트의 캐리 수). 출력 결과는 2개의 비트를 가지며, S는 결과이고 C는 입니다. 나르다. 그림의 경로를 보면 S와 C를 얻기 위해서는 게이트 회로의 수와 서로 다른 신호가 통과하는 라인의 길이가 다르기 때문에 신호가 결과 끝에 도달하는 데 걸리는 시간이 다를 수 있음을 알 수 있습니다.

신호 주파수가 특히 높을 경우 이전 신호가 라인을 완전히 통과하기 전에 후자의 신호가 넘어가 결과에 혼란이 발생할 수 있습니다.

따라서 신호의 한계 주파수는 항상 하나의 펄스 신호만 회로를 통과하도록 보장하는 것입니다.

이 규칙은 CPU 설계에도 적용됩니다.

그럼 전기 신호는 얼마나 빨리 전달되나요? 전기를 전도하는 것은 전자이지만 CPU에서 작동하는 것은 실제로 전기장이며, 전기장의 속도는 빛의 속도와 같습니다. 따라서 한계 주파수는 1초/전기장이 칩을 통과하는 데 걸리는 시간과 같습니다. 변환하려면 빛의 속도를 칩 크기로 나눕니다.

그래서 전력 소모는 발열의 한계만 해결할 뿐, 빛의 속도라는 물리적 법칙의 한계를 돌파할 수는 없습니다.

인텔 i7 4790K를 예로 들면, 칩의 코어 크기는 177제곱밀리미터로 환산하면 약 13밀리미터 정도의 정사각형 모양이다. 그러면 이를 통과하는 데 필요한 가장 빠른 전기장이 나온다. 칩은 4.333*10^ -11초이며, 이 칩의 이론적 한계 주파수인 23GHz의 주 주파수로 변환됩니다.

칩 제조업체가 크기를 줄이기 위해 그렇게 노력하는 이유는 무엇입니까? 전력 소비는 한 가지 측면입니다. 제한 주파수는 칩 크기와 밀접한 관련이 있습니다.

그럼 칩의 최종 주파수가 1THz에 도달할 수 있을까요? 적어도 현재 기술로는 불가능합니다. 병목 현상은 전력 소비가 아니라 칩 크기입니다. 전기장 속도(빛의 속도)의 한계 하에서 칩이 1THz에 도달하면 칩 크기는 0.3mm 미만이 되어야 합니다. 이렇게 작은 칩으로는 현재 기술로는 CPU의 모든 기능을 완벽하게 통합할 수 없습니다.

사실 1THz는 새로운 것이 아닙니다. THz 수준의 트랜지스터/다이오드/스위치 회로는 오랫동안 사용 가능했습니다. 따라서 위의 덧셈기와 같은 일부 간단한 기능 회로를 THz 트랜지스터로 설계하면 100GHz 이상에서는 전혀 문제가 없으며 THz도 문제가 되지 않습니다. 그러나 전체 칩에 배치하는 경우 지연으로 인해 주 주파수는 여전히 GHz 범위로 감소되어야 합니다. 따라서 이론적으로 밀리미터 크기 칩의 주 주파수는 100GHz를 초과하지 않습니다.

마지막으로 슈퍼컴퓨터의 컴퓨팅 능력은 단일 컴퓨팅 노드의 컴퓨팅 능력과 관련이 있지만 단일 노드의 컴퓨팅 능력과는 확실히 같지 않습니다. 현재 슈퍼컴퓨팅의 발전 방향은 이기종 컴퓨팅입니다. 슈퍼컴퓨터에서는 CPU가 특별히 큰 컴퓨팅 작업을 담당하지 않습니다. 대부분의 컴퓨팅 작업은 GPU와 같은 컴퓨팅 모듈에 의해 완료됩니다.