Intels kapacitetsutnyttjande mot rekordlåga nivåer

Nästan 10 gånger? Athlonen måste ju vara minst 20 ggr så snabb.

Athlon 64 och PII hade väldigt snarlik prestanda vid samma klockfrekvens. Finns inte så måna direkta jämförelser mellan dessa, men PIII och Athlon visa på väldigt snarlik prestanda vid samma klockfrekvens. PIII är i princip en PII med SSE stöd och Athlon 64 är en Athlon med x86_64 stöd.

Du kan även titta på jämförelser mellan Atom 330 (dual core Atom @ 1.6GHz) och Athlon X2 4050e (dual core Athlon 64 @ 2.GHz) här, Athlon CPUn är lite mer än dubbel så snabb. Båda dessa är dubbelkärniga medan PII och Athonen vi jämfört är enkelkärninga, men det viktiga här är relativa prestandan.

En Atom har en IPC som ligger närmare Pentium än Pentium2, så Atom är mindre än 4.5 gånger snabbare (skillnaden i klockfrekvens) än PII@350MHz.

Så en skillnad på 10x mellan Pentium II 350MHz och Athlon 64 2200MHz är nog en rätt bra uppskattning.

Att det inte händer mer idag mellan CPU-versioner är att man fram till 2002-2003 någon gång alltid kunde öka prestanda genom att höja klockfrekvensen, något som nära nog linjärt ökade prestanda. Visst ökade även mängden utfört arbete per cykel (undantaget är väl P4 och Bulldozer), men det var ofta de 5-15% vi idag får mellan CPU-versioner.

När man väl slagit i taket för hur mycket klockfrekvensen kan höjas så började man addera CPU-kärnor, men att dubbla antalet kärnor har inte alls samma genomslag i prestanda som att dubbla frekvensen. Dels kan man inte använda flera CPU-kärnor effektiv på vissa problem, dels så är det mycket svårare (och därmed dyrare) att utveckla och framförallt felsöka multitrådare program så en del av den stagnation vi ser kommer härifrån.

Ett annat problem med många kärnor är att man kommer till en gräns där det helt enkelt inte går att leverera data till alla kärnor i den fart de vill ha. Gränsen kommer tidigare för Intel än för AMD idag då Intels CPUer har starkare kärnor. Upp till 4-kärnor klarar man sig med två minneskanaler, sedan har alla Intel CPUer 4-minneskanaler. Idag är gränsen 10-kärnor och där är både bandbredd mot RAM och framförallt bandredd mot L3 cache (delas av alla kärnor) rejäla flaskhalsar. Det är helt enkelt meningslöst att göra en CPU med fler "Core" kärnor idag, det man i stället kan göra är att ha fler CPUer i en dator och idag stöds upp till 8st CPUer på ett "moderkort". 8 är gränsen för vad QPI stödjer, men finns andra (icke Intel) varianter som superdatorer använder som tillåter 1000-tals CPUer i en dator där alla "ser" samma RAM.

Och som många påpekat: det kanske största "problemet" är att dagens CPUer har så mycket kraft att det helt enkelt inte riktigt finns någon poäng för de flesta användare att få mer kraft. Intel har ju insett detta och därför är huvudfokus för Haswell att ge något bättre prestanda än Ivy Bridge, fast med mycket bättre prestanda/W.

Edit: gjorde en länk till en förklaring av QPI

Strömsnålt och liten storlek ger väl inte automatiskt snabbare CPU?

Det kan lika väl vara en konsekvens av att det inte går att höja prestanda mer för en fix budget. För visst borde det finnas fler tillämpningar som skulle kunna dra nytta av mer prestanda. Eller är det så illa att människan har nått sin utvecklingspeak: "They Promised Me Mars Colonies, Instead, I got Facebook" - Buzz Aldrin

Det är väldigt svårt att få upp frekvenser något nämnvärt med tanke på att ljus bara hinner 5-10cm under en Hz idag. Och elektricitet i din processor är långsammare. Resultatet är att delar av processorn blir lite i osynk. Det finns trix men som sagt, det börjar bli svårt. Sedan är läckaget stort på de små transistorer vi har idag så man måste få dem att fungera på låg spänning för att de inte ska börja läcka för mycket och överhettas. Och man måste hålla på med knepiga tekniker för att minska läckage. 3D-transistorer, SOI, Strained Silicon med mera.
Då är det bara IPC och antalet beräkningsenheter du kan ändra. Många processorer är svårt att programmera för i många fall. Och även lätt parallelliserbar kod börjar snabb skala sämre på grund av delade bussar och bandbredd. Och IPC kan inte bli oändlig, gör varje pipe en operation varje hz så kan du inte nå högre.

Resultatet är att det krävs en jävla massa teknik för att fortsätta utvecklingen. Det är inte omöjligt, men det kostar sanslöst mycket att utveckla processorer som ligger i framkant.

Det är just det jag säger, kostnaden gör att en viss CPU-prestanda inte länger sjunker i pris. En konsument som lägger en viss summa på datorer kan allts inte längre få mer prestanda som ett resultat av utvecklingen av chip teknologi.

Ja om jag inte minns fel så hade väl intel nu en hårdvarupryl som skulle bättra skalandet med kärnor?

Virtual Void kanske vill fylla i?

TSX ska göra det lättare att programmera för flera kärnor. Det är inte magi men ska förbättra prestandan vid flera trådar i många fall.

http://www.anandtech.com/show/6290/making-sense-of-intel-hasw...

Ja eller prestanda per kärna helt enkelt. Oftast är det ganska IPC-bundet numera när frekvensskalning har blivit svårt.

Ljushastigheten har ingenting med saken att göra, men du är inne på rätt spår på annat håll. Högre frekvenser innebär, om vi generaliserar grovt och inte tar hänsyn till teknikutveckling, högre energiförbrukning och i förlängningen värmeutveckling. SKulle tippa på att det är där vi har problematiken.
Visst, givetvis medger krympta halvledare lägre arbetsspänningar, men det medför givetvis också att det som ska kylas blir mindre, att "värmedensiteten" inte ändras så särskilt mycket. Det är svårare att hålla en liten värmekälla adekvat kyld än en stor dito.

Rent teoretiskt skulle det nog gå att göra processorer som arbetar i bra mycket högre frekvenser än det vi har idag, men energiförbrukningen, och genom den värmeutvecklingen, gör det opraktiskt. Det är bättre att jaga prestanda på andra sätt.

Ja först gick de i taket med frekvensen och nu i antal transistorer. Möjligheten att väsentligt öka prestanda ytterligare ter sig små i jämförelse.

Ja det jag menar är att för varje cykel så hinner ljuset nå en viss sträcka helt enkelt.

I och med att inget kan åka snabbare än ljuset, och få saker ens kan komma nära så spelar det väl roll. Om du har en avancerad krets som ska leda signaler i olika långa banor kommer de inte komma fram samtidigt eftersom de inte rör sig oändligt snabbt. Visst, ljuset är inte direkt relaterat, men det är ett talande exempel på att stora kretsar kan ha svårt att komma upp i mycket högre frekvenser då signaler knappast lär gå snabbare än ljuset.

xD Nej det funkar inte så.
http://en.wikipedia.org/wiki/Speed_of_electricity

Men saken är den att signaler inte behöver gå över hela chipet. Det gäller förvisso många delar av dagens CPUer men det är fullt tänktbart att en CPU skulle kunna innehålla flera små kärnor som var för sig använder en mycket hög frekvens men att kommunikationen mellan dessa är långsammare.

Dessutom är det egentligen inte ljuset eller elektricitetens hastighet som är problemet. Problemet är snarare att en buffert/förstärkare som driver ledarna som tex distribuerar ut klockan till alla delar av CPUn måste ladda upp och ladda ur den långa ledaren samt alla mottagande modulers klockingångar eftersom dessa har en kapacitans. Det tar alltså tid att ladda upp och ur dessa. Som jämförelse kan nämnas att den enklaste formen av en digital krets, en sk. inverterare (http://en.wikipedia.org/wiki/Inverter_(logic_gate)) lätt kan ändra tillstånd med en frekvens på 50-100GHz så länge den inte behöver driva något annat.

Jo jag vet det, det är en del av utmaningen.

Nu är det väl så att det finns mer än ett problem. Skulle frekvensutvecklingen varit lika snabb som i slutet av 90-talet skulle ljusets våglängd bara vara en ynka milimeter vid de frekvenserna. Skulle man kunna köra helt utan läckage och att återhämtningen skulle vara omedelbar så tror jag det ändå skulle bli fel på grund av clock skew ifall du körde dagens processorer i 50-100GHz. Men det är ju flera faktorer. Clock skew minskar den redan korta tiden som den har på sig att ladda upp på, och läckage minskar förmågan att åtgärda den "långsamma" uppladdningstiden genom högre spänning.

Korrekt när det gäller vad som är möjligt. Mitt inspel handlar om kostnaden. Dvs om priset som en konsument är beredd att betala för en CPU så kommer denne inte längre få många fler transistorer.

Det är klart att det inte går att köra en CPU så snabbt, det var som en referensnivå. En komplext block såsom en multiplikator kanske bara kan köra i 10GHz.

Det är baserat på analyser som gjorts av tex Nvidia och AMD som ser dessa problem som stora hot mot deras verksamhet.

Nä, rekordet är väl exekveringsenheterna hos P4 som maxade 16,3GHz eller någonting. Rätt imponerande ändå, men de var ju verkligen främst byggda för frekvens och sekundärt för att faktiskt uträtta något.

Du har rätt i att jag räknade fel, en nolla fel blev det. Var lite snabb när jag räknade om 3GHz och 10 meter till 300GHz. Men inga nanometrar inte.
Jag räknade på om ljuset skulle ha en frekvens på 300GHz.
Ljusets hastighet är cirka 300 000 000 m/s, vid en Hz så är en våglängd alltså 300 000 Km. Vill du göra matten på det eller ska jag ställa upp det?
300 miljarder centimetrar vid 1 Hz, hur många centimetrar är det vid 300 miljarder Hz?

Alltså, har du en processor som arbetar i 300GHz så hinner en ljusstråle i vakuum färdas en centimeter under den tiden det tar för CPUn att ticka en gång.

Nej, 1mm våglängd är 300 GHz.