एक समय था जब CPU क्लॉक स्पीड साल दर साल नाटकीय रूप से बढ़ती थी। 90 के दशक और 2000 के दशक की शुरुआत में प्रोसेसर अविश्वसनीय गति से बढ़े, 60 MHz पेंटियम चिप्स से गीगाहर्ट्ज-स्तरीय प्रोसेसर तक एक दशक के भीतर पहुंच गए।
अब, ऐसा लगता है कि हाई-एंड प्रोसेसर ने भी अपनी क्लॉक स्पीड बढ़ाना बंद कर दिया है। समर्पित ओवरक्लॉकर्स लिक्विड नाइट्रोजन कूलिंग सिस्टम के साथ सर्वश्रेष्ठ सिलिकॉन को लगभग 9 GHz तक मजबूर कर सकते हैं, लेकिन अधिकांश उपयोगकर्ताओं के लिए, 5 GHz एक सीमा है जिसे अभी तक पार नहीं किया गया है।
Intel एक बार 10-GHz प्रोसेसर तक पहुंचने की योजना बना रहा था, लेकिन आज भी यह दस साल पहले की तरह पहुंच से बाहर है। प्रोसेसर क्लॉक स्पीड बढ़ना क्यों बंद हो गई? क्या प्रोसेसर क्लॉक स्पीड फिर से बढ़ना शुरू होगी, या वह समय बीत चुका है?
CPU क्लॉक स्पीड क्यों नहीं बढ़ रही है: गर्मी और शक्ति
जैसा कि हम मूर के नियम से जानते हैं, ट्रांजिस्टर आकार नियमित आधार पर सिकुड़ रहा है। इसका मतलब है कि एक प्रोसेसर में अधिक ट्रांजिस्टर पैक किए जा सकते हैं। आमतौर पर इसका मतलब अधिक प्रसंस्करण शक्ति है। एक और कारक भी खेल में है, जिसे डेनार्ड स्केलिंग कहा जाता है। यह सिद्धांत बताता है कि एक विशेष इकाई मात्रा में ट्रांजिस्टर चलाने के लिए आवश्यक शक्ति ट्रांजिस्टर की संख्या बढ़ने पर भी स्थिर रहती है।
हालांकि, हम डेनार्ड स्केलिंग की सीमाओं का सामना करना शुरू कर चुके हैं, और कुछ चिंतित हैं कि मूर का नियम धीमा हो रहा है। ट्रांजिस्टर इतने छोटे हो गए हैं कि डेनार्ड स्केलिंग अब लागू नहीं होता। ट्रांजिस्टर सिकुड़ते हैं, लेकिन उन्हें चलाने के लिए आवश्यक शक्ति बढ़ जाती है।
थर्मल नुकसान चिप डिजाइन में एक प्रमुख कारक भी हैं। एक चिप पर अरबों ट्रांजिस्टर को ठूंसना और उन्हें प्रति सेकंड हजारों बार चालू और बंद करना बहुत अधिक गर्मी पैदा करता है। वह गर्मी उच्च-सटीक और उच्च-गति सिलिकॉन के लिए घातक है। उस गर्मी को कहीं जाना पड़ता है, और उचित कूलिंग समाधान और चिप डिजाइन उचित क्लॉक स्पीड बनाए रखने के लिए आवश्यक हैं। जितने अधिक ट्रांजिस्टर जोड़े जाते हैं, उतना ही मजबूत कूलिंग सिस्टम बढ़ी हुई गर्मी को समायोजित करने के लिए होना चाहिए।
क्लॉक स्पीड में वृद्धि वोल्टेज वृद्धि का भी संकेत देती है, जिससे चिप के लिए बिजली की खपत में घन वृद्धि होती है। इसलिए जैसे-जैसे क्लॉक स्पीड बढ़ती है, अधिक गर्मी उत्पन्न होती है, जिसके लिए अधिक शक्तिशाली कूलिंग समाधान की आवश्यकता होती है। उन ट्रांजिस्टर को चलाना और क्लॉक स्पीड बढ़ाना अधिक वोल्टेज की आवश्यकता होती है, जिससे नाटकीय रूप से अधिक बिजली की खपत होती है। इसलिए जैसे ही हम क्लॉक स्पीड बढ़ाने की कोशिश करते हैं, हम पाते हैं कि गर्मी और बिजली की खपत नाटकीय रूप से बढ़ जाती है। अंत में, बिजली की आवश्यकताएं और गर्मी उत्पादन क्लॉक स्पीड वृद्धि से आगे निकल जाते हैं।
CPU क्लॉक स्पीड क्यों नहीं बढ़ रही है: ट्रांजिस्टर मुसीबतें
ट्रांजिस्टर डिजाइन और संरचना भी उन आसान हेडलाइन क्लॉक स्पीड को रोक रही हैं जो हमने एक बार देखी थीं। जबकि ट्रांजिस्टर विश्वसनीय रूप से छोटे हो रहे हैं (समय के साथ सिकुड़ते प्रोसेस आकार को देखें), वे अधिक तेजी से काम नहीं कर रहे हैं। आमतौर पर, ट्रांजिस्टर तेज हो गए हैं क्योंकि उनके गेट्स (वह हिस्सा जो करंट के जवाब में चलता है) पतले हो गए हैं। फिर भी Intel के 45nm प्रोसेस के बाद से, ट्रांजिस्टर गेट लगभग 0.9nm मोटा है, या लगभग एक सिलिकॉन परमाणु की चौड़ाई। जबकि अलग-अलग ट्रांजिस्टर सामग्री तेज गेट ऑपरेशन की अनुमति दे सकती हैं, हमने जो आसान गति वृद्धि देखी थी, वे शायद चली गई हैं।
ट्रांजिस्टर गति अब क्लॉक स्पीड में एकमात्र कारक नहीं है। आज, ट्रांजिस्टर को जोड़ने वाले तार समीकरण का एक बड़ा हिस्सा हैं। जैसे-जैसे ट्रांजिस्टर सिकुड़ते हैं, वैसे-वैसे उन्हें जोड़ने वाले तार भी सिकुड़ते हैं। तार जितने छोटे होंगे, प्रतिबाधा उतनी ही अधिक होगी और करंट उतना ही कम होगा। स्मार्ट रूटिंग यात्रा समय और गर्मी उत्पादन को कम करने में मदद कर सकती है, लेकिन नाटकीय गति वृद्धि के लिए भौतिकी के नियमों में बदलाव की आवश्यकता हो सकती है।
निष्कर्ष: क्या हम बेहतर नहीं कर सकते?
यह सिर्फ बताता है कि तेज चिप्स डिजाइन करना मुश्किल क्यों है। लेकिन चिप डिजाइन के साथ ये समस्याएं पहले जीती गई थीं, है ना? पर्याप्त शोध और विकास के साथ उन्हें फिर से क्यों नहीं दूर किया जा सकता?
भौतिकी की सीमाओं और वर्तमान ट्रांजिस्टर सामग्री डिजाइनों के कारण, क्लॉक स्पीड बढ़ाना वर्तमान में कम्प्यूटेशनल शक्ति बढ़ाने का सबसे अच्छा तरीका नहीं है। आज, शक्ति में अधिक सुधार मल्टी-कोर प्रोसेसर डिजाइन से आते हैं। नतीजतन, हम AMD के हालिया प्रसाद जैसे चिप्स देखते हैं, जिनमें नाटकीय रूप से बढ़ी हुई कोर की संख्या है। सॉफ्टवेयर डिजाइन अभी तक इस प्रवृत्ति के साथ पकड़ में नहीं आया है, लेकिन यह आज चिप डिजाइन की प्राथमिक दिशा प्रतीत होती है।
तेज क्लॉक स्पीड का मतलब जरूरी नहीं कि तेज और बेहतर कंप्यूटर। कंप्यूटर क्षमता अभी भी बढ़ सकती है भले ही प्रोसेसर क्लॉक स्पीड स्थिर हो। मल्टी-कोर प्रोसेसिंग में रुझान समान हेडलाइन स्पीड पर अधिक प्रसंस्करण शक्ति प्रदान करेंगे, खासकर जब सॉफ्टवेयर समानांतरकरण में सुधार होगा।
