Varför gör CPU-tillverkarna inte större chip?

Trädvy Permalänk
Medlem
Plats
Borlänge
Registrerad
Jun 2012

Varför gör CPU-tillverkarna inte större chip?

Tjenare. Har funderat på detta ett tag men varför gör vi inte dagens chip större? I teorin borde man väl kunna fördubbla kraften av en processor genom att göra den dubbelt så stor fysiskt?

Varför är detta inte något Intel och AMD gör? Är det kanske något jag missar med det hela?
Högre tillverkningskostnad, energiförbrukning och temperatur är väl ganska logiskt men större area frampå processorn betyder ju också högre chans för att avleda värme, och entusiaster finns det ju alltid som hade velat lagt ner denna extra summa för ett mycket starkare chip.

Corsair 750D | i5 4670k | ASUS Z87-a | 8GB Corsair Dominator | Asus GTX770-DC2OC | Samsung 840 EVO 250GB | WD 500GB X2

Trädvy Permalänk
Medlem
Registrerad
Okt 2007

Finns väl ingen anledning att göra så när dagens toppmodeller räcker och blir över...

HP Pavilion 17-e016eo = 17,3" + A10-5750M + 8650G/8670M + 8GB + 1000GB.

Trädvy Permalänk
Medlem
Plats
Skåne
Registrerad
Maj 2006

Min gissning är att i och med satsningen är så enormt stor på kompakta och bärbara enheter, så måste man också ha så små chip som möjligt. Jag tycker det är mycket synd att man lägger så mycket kraft på bärbart då ju stationära datorer och andra fysiskt stora elektronikprodukter (t.ex. högtalare) mig veterligen har betydligt större chans att prestera riktigt riktigt bra. Sen förstår jag inte varför vi måste vara nåbara precis alltid med smartphones, osv.

Trädvy Permalänk
Medlem
Plats
Göteborg
Registrerad
Feb 2002

Väldigt mycket gissningar och väldigt lite svar

Kort om jag minns rätt är att avstånden minskar effektiviteten väldigt mycket och ökar likaså temperaturen väldigt mycket. Delvis pga "kabeldragning" tänk er hissar i höga byggnader... Men också något med klockfrekvensen och hur mycket data som kan överföras per cykel osv, avstånden de rör sig ökar vilket tar längre tid och också ökar temperaturen i sig. Väntar på någon annan som kan detta bättre än mig, kanske går att öka farten delvis men det är säkerligen billigare och mer effektivare att göra fler kärnor än att göra de större.

Trädvy Permalänk
Medlem
Plats
Sthlm
Registrerad
Jul 2007

Tror det har med tillverkningen och antal fungerande chip man kan få ut av en wafer.

Dels är wafern rund och chippen fyrkantiga, dels skulle en ökning i storlek leda till en potentiellt lika stor ökning i andel defekta chip (säg att ett dammkorn landar på varje wafer och förstör ett chip, har du då 50 chip per wafer istället för 100 så får du dubbelt så stor andel defekta chip).

Sen är såklart strömförbrukningen en faktor, värme tror jag inte är något problem då man kan sprida ut de varmaste delarna och varva med mindre törstiga delar inom chippet..

Trädvy Permalänk
Medlem
Registrerad
Aug 2013
Skrivet av infexis:

Finns väl ingen anledning att göra så när dagens toppmodeller räcker och blir över...

Skön du är! Kvant-processorer, släng er i väggen! Vem behöver snabbare processorer, de räcker ju fullt till senaste "CoD"!

Trädvy Permalänk
Medlem
Plats
Stockholm
Registrerad
Feb 2008

En Haswell quad har ju inte ens en fjärdedel så många transistorer som ett R9 290(X) (1.4B mot 6B). Finns säkert en bra anledning men spontant känns det lite konstigt att skillnaden är så stor.

Dator - NZXT H630 | GA-Z87P-D3 | i5 4670K | 16GB DDR3 | R9 290 | MX100 512GB | Cougar CM 700W
Loop - DDC 1T | XT45 240 + XT45 480 + ST30 360 | EK-FC R9-290X | EK-Supremacy EVO
Ljud - Xonar DX > Objective2 > ATH-R70x

Trädvy Permalänk
Medlem
Registrerad
Okt 2005
Skrivet av reflect:

Tjenare. Har funderat på detta ett tag men varför gör vi inte dagens chip större? I teorin borde man väl kunna fördubbla kraften av en processor genom att göra den dubbelt så stor fysiskt?

Varför är detta inte något Intel och AMD gör? Är det kanske något jag missar med det hela?
Högre tillverkningskostnad, energiförbrukning och temperatur är väl ganska logiskt men större area frampå processorn betyder ju också högre chans för att avleda värme, och entusiaster finns det ju alltid som hade velat lagt ner denna extra summa för ett mycket starkare chip.

För att det är mycket dyrare att tillverka. Förövrigt så görs det du säger, men smakar det så kostar det; 15core xeon ligger på 541mm2, alltså dubbelt så stort som en vanlig haswell quadcore och kostar väl runt 50k.

Men för de flesta vanliga användare ökar inte storlek och antal kärnor prestandan för vardagliga applikationer och spel, där är det IPC och giglahertz som är kung och det skalar inte med chippets storlek.

Trädvy Permalänk
Medlem
Registrerad
Jan 2013

Ganska säker att det har med att ljusets hastighet är begränsad, gör man chippen större kommer de bli långsammare.

Edit: Kan tillägga att ju länge signalen behöver röra sig i chippet, desto större risk att den förstörs.

Trädvy Permalänk
Medlem
Plats
Svartå
Registrerad
Jan 2012
Skrivet av Stefan Lundmark:

Skön du är! Kvant-processorer, släng er i väggen! Vem behöver snabbare processorer, de räcker ju fullt till senaste "CoD"!

Folk med hans tänk, som är bidragande faktorn till att vi fortfarande kör fossilt bränsle.:)

Zarkov: Det finns bara två sorters hårddiskar, de som har gått sönder och de som kommer att gå sönder.

Om man säljer sitt hus, har man inget hus kvar.

Trädvy Permalänk
Medlem
Plats
Svartå
Registrerad
Jan 2012
Skrivet av sKRUVARN:

För att det är mycket dyrare att tillverka. Förövrigt så görs det du säger, men smakar det så kostar det; 15core xeon ligger på 541mm2, alltså dubbelt så stort som en vanlig haswell quadcore och kostar väl runt 50k.

Men om Intel skall ta ut så höga priser för en såndäringa Xeon, så lär dom ju jävlar se till att allt fungerar, innan dom skickar proppen till försäljare?

Zarkov: Det finns bara två sorters hårddiskar, de som har gått sönder och de som kommer att gå sönder.

Om man säljer sitt hus, har man inget hus kvar.

Trädvy Permalänk
Medlem
Plats
Lund
Registrerad
Jan 2004
Skrivet av Fönstrputtsaren:

En Haswell quad har ju inte ens en fjärdedel så många transistorer som ett R9 290(X) (1.4B mot 6B). Finns säkert en bra anledning men spontant känns det lite konstigt att skillnaden är så stor.

Du kan inte jämföra en CPU och GPU på det viset. Arbetet för en GPU är väldigt flertrådat där prestandan i princip skalar linjärt med antalet beräkningsenheter. Det samma gäller inte för en CPU i de flesta konsumentfallen, ta tex en i7 och gå från 4 till 8 kärnor, skillnaden hade blivit minimal för de flesta hemma användarna. Gå till 16 kärnor istället (ish 6 miljarder transistorer kanske) och skillnaden mot 8 hade blivit ännu mindre av den enkla anledningen att fler kärnor inte skalar bra i de flesta spel/program. Den möjliga extra prestandan motiverar helt enkelt inte den högre tillverknings kostnaden och strömförbrukningen.

Det de försöker med på CPU fronten är att få upp IPC och prestanda per watt istället för att släppa fler kärnor. Det första är mycket svårare att höja men ger större skillnad för den normala användaren men kräver inte så mycket extra transistorer.

Trädvy Permalänk
Datavetare
Plats
Stockholm
Registrerad
Jun 2011
  • Sannolikheten att en krets är defekt lär rent statiskt öka lika snabbt som arean ökar.

  • Ju större kretsen är desto längre måste signalerna ta sig, ljuset hastighet är redan ett problem med dagens frekvenser så en CPU-kärna skulle nog få köra på lägre frekvens

  • Vad ska de extra transistorerna användas till? Dubbla storlek på saker som cache, antal instruktioner som kan köras per cykel, out-of-order fönster etc ger inte i närheten dubbel prestanda, man går snarare asymptotiskt mot något form av teoretisk max som vi i designer som Haswell redan ligger ganska nära.

  • Server CPUer har fler CPU-kärnor, men anledningen till att desktop stannat på 4 kärnor och main-stream i praktiken stannat på 2 kärnor med HT alt. 4 svaga kärnor beror på att väldigt få applikationer drar någon nytta av mer än någon enstaka CPU-kärna. Så det är fullt möjligt att tillverka större kretsar med fler CPU-kärnor, men de är bara vettiga i vissa typer av applikationer.

High-end GPUer har större kretsyta än high-end CPUer, men så är GPUer lägre klockade och intern är de uppbyggda som en CPU med massiv mängd relativt enkla CPU-kärnor. Det fungerar för grafik för det är ett problem som är trivialt att köra på många kärnor, generella beräkningar som behövs för "vanliga" applikationer är inte konstruerade så utan vill ha får kärnor som var för sig är starka.

  • En GPU är totalt optimerad för maximal "throughput" på beräkningar, enda som är viktigt är att beräkna så många saker som möjligt under en viss tidsrymd

  • En CPU är totalt optimerad för minimal "latency" på beräkningar, enda som är viktigt är att varje enskild beräkning blir klar så snabbt som möjligt

Care About Your Craft: Why spend your life developing software unless you care about doing it well? - The Pragmatic Programmer

Trädvy Permalänk
Medlem
Plats
Borlänge
Registrerad
Jun 2012

[QUOTE=virtual void;14802863][LIST]
[*]Ju större kretsen är desto längre måste signalerna ta sig, ljuset hastighet är redan ett problem med dagens frekvenser så en CPU-kärna skulle nog få köra på lägre frekvens[/QUOTE]

Det hade jag aldrig tänkt på. Väldigt fascinerande måste jag säga!

Corsair 750D | i5 4670k | ASUS Z87-a | 8GB Corsair Dominator | Asus GTX770-DC2OC | Samsung 840 EVO 250GB | WD 500GB X2

Trädvy Permalänk
Medlem
Plats
Göteborg
Registrerad
Jun 2003

Är ljusets hastighet i detta fallet en förenkling av NVP eller är det ljusets faktiska hastighet vi talar om?

Trädvy Permalänk
Medlem
Plats
Borlänge
Registrerad
Jun 2012
Skrivet av Bader:

Är ljusets hastighet i detta fallet en förenkling av NVP eller är det ljusets faktiska hastighet vi talar om?

Hittar inte vad NVP betyder men jag antar att det pratas om ljusets faktiska hastighet.

Om vi antar att en signal skall färdas från en sida till den andra i en processor som är 5cm stor, och har en klockfrekvens av 4GHz.

Alltså ska signalen färdas 5cm, 4 miljarder gånger i sekunden, viliket blir 20miljarder centimeter per sekund. (5 * (4 * 10^9))

Då kan vi dela det med ljusets hastighet c

20000000000 cm/s / c = 0.667.............

Där vi får fram att signalen måste röra sig minst 66.7% av ljusets hastighet.

Om vi då tänker att chippet skulle vara större alternativt ha en högre klockfrekvens så är det ganska logiskt att ljusets hastighet snart skulle skapa problem för signalen.

Corsair 750D | i5 4670k | ASUS Z87-a | 8GB Corsair Dominator | Asus GTX770-DC2OC | Samsung 840 EVO 250GB | WD 500GB X2

Trädvy Permalänk
Medlem
Registrerad
Aug 2011
Skrivet av reflect:

Tjenare. Har funderat på detta ett tag men varför gör vi inte dagens chip större? I teorin borde man väl kunna fördubbla kraften av en processor genom att göra den dubbelt så stor fysiskt?

Varför är detta inte något Intel och AMD gör? Är det kanske något jag missar med det hela?
Högre tillverkningskostnad, energiförbrukning och temperatur är väl ganska logiskt men större area frampå processorn betyder ju också högre chans för att avleda värme, och entusiaster finns det ju alltid som hade velat lagt ner denna extra summa för ett mycket starkare chip.

Det finns ett enkelt svar på din fråga. Det handlar om ekonomi!

När man tillverkar kretsar (chip) är ambitionen att göra det så billigt som möjligt. Alla kretsar tillverkas på runda skivor, wafers. Dessa skivor har man ökat i storlek (diameter) med åren allteftersom man klarar av att producera sådana skivor i större format och sedan få ut kretsar från dem.
Störst ekonomi får man ju fler kretsar (chip) som man kan få ut av varje skiva (wafer).

Ponera att det på de idag 300mm stora skivorna får plats med 100 kretsar i det format som de tillverkas i idag.
Om man då gör det dubbelt så stora, så som du föreslår, får man ut hälften så många.
Om varje krets utgör en, t.ex. Core i5 4670K (en populär CPU idag), och marknadspriset är, till konsument, 1600 kronor, blir den totala intäkten (brutto) 160000 kronor om man får ut 100 stycken på en wafer.

Med 50 stycken på en wafer blir bruttointäkten enbart 80000 kronor.

Det är således inte särskilt lönsamt att använda en dyr waferskiva till halva antalet kretsar om det går att få ut det dubbla.

Nästa mål som elektronikindustrin har är att starta produktion av wafers med diametern 450mm.
Den större storleken gör att det går att få ut ännu fler kretsar per wafer.
Produktionskostnaden för 450mm wafer är ännu så länge dyrare än för 300mm. När den storskaliga produktionen av dessa skivor kommer igång kommer priset per skiva att bli densamma som för 300mm idag och med tiden lägre.
Det i sin tur innebär att kretsarna blir ännu billigare än vad de kostar att tillverka idag.

När tillverkarna, som Intel, AMD och nVidia senare går över till en ännu mer krympt kretsteknik kommer ännu fler kretsar att kunna fås ut per skiva. Det i sin tur gör att varje krets kostar ännu mindre i tillverkning.

Tillverkarna behöver inte höja priset på kretsarna till återförsäljarna, som i sin tur inte behöver höja priset till konsumenterna. Det gör att marginalerna mellan tillverkningskostnaden och försäljningspriset ökar, vilket innebär att tillverkarna kan tjäna mer på dessa utan att behöva höja priset.

Således handlar all krympning om en kostnadsjakt i tillverkningsledet.
Det i sin tur gör att produkter kan göras mindre. Utan denna kostnadsjakt hade vi inte haft klockor, mobiltelefoner med mera i den storlek vi har idag och med den prestanda som de också har.

Ett av problemen man fått med de krypande kretsarna är klockfrekvensen. Det går inte att höja den nämnvärt längre, vilket inneburit att man byggt in fler kärnor i varje krets.
Problemet med högre klockfrekvens är dels värmeutvecklingen samt risken för läckage mellan ledningsbanorna i kretsarna.
Ledningsbanorna fungerar som kondensatorer, visserligen små sådana, men ändock. I och med att frekvensen är hög räcker det med små strökapacitanser för att läckage kan uppstå. Det blir lite som en "kortslutning", vilket innebär problem för kretsen.

Med krympande kretsteknik begränsas klockfrekvensens maximala hastighet samt avledning av värmen som utvecklas. Därför bygger man in fler kärnor för att öka prestandan hos kretsarna istället för att fortsätta höja klockfrekvensen.
Att det sedan utvecklas ny teknik för hur kretsarna skall arbeta med instruktioner för att ytterligare öka prestandan är en helt annan sak.

Trädvy Permalänk
Medlem
Plats
Göteborg
Registrerad
Jun 2003
Skrivet av reflect:

Hittar inte vad NVP betyder men jag antar att det pratas om ljusets faktiska hastighet.

Om vi antar att en signal skall färdas från en sida till den andra i en processor som är 5cm stor, och har en klockfrekvens av 4GHz.

Alltså ska signalen färdas 5cm, 4 miljarder gånger i sekunden, viliket blir 20miljarder centimeter per sekund. (5 * (4 * 10^9))

Då kan vi dela det med ljusets hastighet c

20000000000 cm/s / c = 0.667.............

Där vi får fram att signalen måste röra sig minst 66.7% av ljusets hastighet.

Om vi då tänker att chippet skulle vara större alternativt ha en högre klockfrekvens så är det ganska logiskt att ljusets hastighet snart skulle skapa problem för signalen.

Tack för svaret, då är jag lite mer med.

Det var detta jag tänkte på när jag skrev NVP: http://en.wikipedia.org/wiki/Velocity_factor
Min lärare kallade det Nominal Velocity of Propagation