एक समय था जब सीपीयू घड़ी की गति साल-दर-साल नाटकीय रूप से बढ़ती थी। 90 के दशक और 2000 के दशक की शुरुआत में प्रोसेसर अविश्वसनीय गति से बढ़े, एक दशक के भीतर 60 मेगाहर्ट्ज पेंटियम चिप्स से गीगाहर्ट्ज़-स्तरीय प्रोसेसर तक शूटिंग की।
अब, ऐसा लगता है कि हाई-एंड प्रोसेसर ने भी अपनी घड़ी की गति बढ़ाना बंद कर दिया है। डेडिकेटेड ओवरक्लॉकर लिक्विड नाइट्रोजन कूलिंग सिस्टम के साथ सर्वश्रेष्ठ सिलिकॉन को लगभग 9 गीगाहर्ट्ज़ पर ले जा सकते हैं, लेकिन अधिकांश उपयोगकर्ताओं के लिए, 5 गीगाहर्ट्ज़ एक सीमा है जिसे अभी तक पारित नहीं किया गया है।
इंटेल कभी 10-गीगाहर्ट्ज प्रोसेसर तक पहुंचने की योजना बना रहा था, लेकिन यह आज भी उतना ही पहुंच से बाहर है जितना दस साल पहले था। प्रोसेसर घड़ी की गति क्यों बढ़ना बंद हो गई? क्या प्रोसेसर घड़ी की गति फिर से बढ़ने लगेगी, या वह समय बीत चुका है?
सीपीयू घड़ी की गति क्यों नहीं बढ़ रही है:गर्मी और शक्ति
जैसा कि हम मूर के नियम से जानते हैं, ट्रांजिस्टर का आकार नियमित आधार पर सिकुड़ रहा है। इसका मतलब है कि अधिक ट्रांजिस्टर को एक प्रोसेसर में पैक किया जा सकता है। आमतौर पर इसका मतलब अधिक प्रसंस्करण शक्ति है। खेल में एक और कारक भी है, जिसे डेनार्ड स्केलिंग कहा जाता है। यह सिद्धांत बताता है कि ट्रांजिस्टर की संख्या बढ़ने पर भी किसी विशेष इकाई आयतन में ट्रांजिस्टर को चलाने के लिए आवश्यक शक्ति स्थिर रहती है।
हालांकि, हमने डेनार्ड स्केलिंग की सीमाओं का सामना करना शुरू कर दिया है, और कुछ चिंतित हैं कि मूर का कानून धीमा हो रहा है। ट्रांजिस्टर इतने छोटे हो गए हैं कि डेनार्ड स्केलिंग अब नहीं रहती है। ट्रांजिस्टर सिकुड़ते हैं, लेकिन उन्हें चलाने के लिए आवश्यक शक्ति बढ़ जाती है।
चिप डिजाइन में थर्मल नुकसान भी एक प्रमुख कारक है। एक चिप पर अरबों ट्रांजिस्टर को रटना और उन्हें प्रति सेकंड हजारों बार चालू और बंद करना एक टन गर्मी पैदा करता है। वह गर्मी उच्च परिशुद्धता और उच्च गति वाले सिलिकॉन के लिए घातक है। उस गर्मी को कहीं जाना पड़ता है, और उचित घड़ी की गति को बनाए रखने के लिए उचित शीतलन समाधान और चिप डिजाइन की आवश्यकता होती है। जितने अधिक ट्रांजिस्टर जोड़े जाते हैं, उतनी ही अधिक गर्मी को समायोजित करने के लिए शीतलन प्रणाली को अधिक मजबूत होना चाहिए।
घड़ी की गति में वृद्धि से वोल्टेज में वृद्धि भी होती है, जिससे चिप के लिए बिजली की खपत में घन वृद्धि होती है। इसलिए जैसे-जैसे घड़ी की गति बढ़ती है, अधिक गर्मी उत्पन्न होती है, जिसके लिए अधिक शक्तिशाली शीतलन समाधान की आवश्यकता होती है। उन ट्रांजिस्टर को चलाने और घड़ी की गति बढ़ाने के लिए अधिक वोल्टेज की आवश्यकता होती है, जिससे नाटकीय रूप से अधिक बिजली की खपत होती है। इसलिए जब हम घड़ी की गति बढ़ाने की कोशिश करते हैं, तो हम पाते हैं कि गर्मी और बिजली की खपत नाटकीय रूप से बढ़ जाती है। अंत में, बिजली की आवश्यकताएं और गर्मी उत्पादन की गति घड़ी की गति बढ़ जाती है।
सीपीयू घड़ी की गति क्यों नहीं बढ़ रही है:ट्रांजिस्टर की समस्याएं
ट्रांजिस्टर डिज़ाइन और संरचना आसान हेडलाइन घड़ी की गति को भी रोक रही है जिसे हमने एक बार देखा था। जबकि ट्रांजिस्टर मज़बूती से छोटे होते जा रहे हैं (समय के साथ सिकुड़ती प्रक्रिया का आकार), वे अधिक तेज़ी से काम नहीं कर रहे हैं। आमतौर पर, ट्रांजिस्टर तेज हो गए हैं क्योंकि उनके द्वार (वह हिस्सा जो करंट की प्रतिक्रिया में चलता है) पतले हो गए हैं। फिर भी इंटेल की 45nm प्रक्रिया के बाद से, ट्रांजिस्टर गेट लगभग 0.9nm मोटा है, या एक सिलिकॉन परमाणु की चौड़ाई के बारे में है। जबकि विभिन्न ट्रांजिस्टर सामग्री तेजी से गेट संचालन की अनुमति दे सकती है, आसान गति बढ़ जाती है जो हम एक बार कर चुके थे।
घड़ी की गति में ट्रांजिस्टर की गति भी एकमात्र कारक नहीं है। आज, ट्रांजिस्टर को जोड़ने वाले तार भी समीकरण का एक बड़ा हिस्सा हैं। जैसे ट्रांजिस्टर सिकुड़ते हैं, वैसे ही उन्हें जोड़ने वाले तार भी करते हैं। तार जितने छोटे होंगे, प्रतिबाधा उतनी ही अधिक होगी और करंट कम होगा। स्मार्ट रूटिंग यात्रा के समय और गर्मी के उत्पादन को कम करने में मदद कर सकती है, लेकिन एक नाटकीय गति वृद्धि के लिए भौतिकी के नियमों में बदलाव की आवश्यकता हो सकती है।
निष्कर्ष:क्या हम बेहतर नहीं कर सकते?
यही कारण है कि तेज चिप्स डिजाइन करना मुश्किल है। लेकिन चिप डिजाइन के साथ इन समस्याओं को पहले ही जीत लिया गया था, है ना? पर्याप्त शोध और विकास से उन्हें फिर से दूर क्यों नहीं किया जा सकता है?
भौतिकी की सीमाओं और वर्तमान ट्रांजिस्टर सामग्री डिजाइनों के लिए धन्यवाद, घड़ी की गति बढ़ाना वर्तमान में कम्प्यूटेशनल शक्ति को बढ़ाने का सबसे अच्छा तरीका नहीं है। आज, पावर में अधिक सुधार मल्टी-कोर प्रोसेसर डिज़ाइन से आते हैं। नतीजतन, हम एएमडी के हालिया प्रसाद जैसे चिप्स देखते हैं, जिसमें नाटकीय रूप से कोर की संख्या में वृद्धि हुई है। सॉफ़्टवेयर डिज़ाइन ने अभी तक इस प्रवृत्ति को नहीं पकड़ा है, लेकिन यह आज चिप डिज़ाइन की प्राथमिक दिशा प्रतीत होती है।
तेज़ क्लॉक स्पीड का मतलब तेज़ और बेहतर कंप्यूटर नहीं है। कंप्यूटर की क्षमता तब भी बढ़ सकती है, भले ही प्रोसेसर क्लॉक स्पीड पठार हो। मल्टी-कोर प्रोसेसिंग में रुझान समान हेडलाइन गति पर अधिक प्रोसेसिंग पावर प्रदान करेगा, विशेष रूप से सॉफ्टवेयर समानांतरीकरण में सुधार के रूप में।