Intel告訴你為何現在沒有10 GHz CPU的原 - 3C

By Erin
at 2018-02-24T21:03

Table of Contents

https://goo.gl/Sgyz7e

(很拙的自行翻譯內容)

打從AMD搶在Intel前面推出1 GHz的Athlon之後，Intel和AMD之間的時脈戰爭就開始了。

短短幾年內時脈就翻了三倍，但為何始終無法達到10 GHz的標竿?

大多數人第一個想到的是溫度，越高的頻率就會產生越高的溫度。像是超頻大賽中經常
出現的液態氮一樣。

Intel的產品開發工程師Victoria Zhislina在Blog就提到了為何無法將x86處理器推向
10 Ghz的原因

「這個限制是在重送的機制中發現的(這也是超純量價購的一部份)。就理論上來說，
處理器的指令在發出後必須要拆成好幾次，再依序分成好幾個層次執行指令並在一
個設備中執行」

範例圖(當然這已經是簡化過的了)
https://cdn.mos.cms.futurecdn.net/5ryz5GQEPh3cTeisuii7WW-650-80.jpg

這個跟時脈有甚麼關聯?事實上每個階段所要處理的時間都不同，一條指令拆分出好幾個
階段步驟後在這個時脈內會依序執行，而這個時脈週期是指這個周期能處理的數量。
最高時脈也是比較適合需要處理時間最久的執行週期。

範例圖
https://cdn.mos.cms.futurecdn.net/UTgNyNrjc3y2DcYPtfEeYC-650-80.jpg

而這種設計方式在技術上是可以把時脈的數字設計的比最長的執行緒週期還短，但實際上
並不會有效能上的提升。

假設有一個執行緒需要500ps的執行時間(皮秒，10的-12次方)。CPU的時脈為2GHz。

一個時脈週期為兩倍的時間所得到的是250ps。依照上面的數值在兩個時脈週期執行最長
的執行緒時是需要500ps。

在這樣的設計下，除了發熱量變高之外其他並沒有什麼顯著效果的提升。

當然，如果將時脈拉高可以減少初始化執行的時間，但也會帶來高延遲性的負面效果。

因此只能在兩者之間取得平衡。而提高時脈的方法就是縮短最常執行緒所需要的處理時間
https://i.imgur.com/btHR0Ve.jpg

但以目前的方法並無法實現，現階段只能透過外部(製程)的方式來實現

Victoria Zhislina最後還說了:所有執行緒都平均加速並且將所有執行緒的處理步驟縮
短是可以增加效能。看似很簡單，實際上也很難達成。(主要也是奈米製程下的複雜度)
而時脈的增加取決在於技術水平和不能突破的物理限制。

但即使如此，我們還是會朝這個方向去研發並達成這個目標

這個是Blog上的原文
https://goo.gl/p3YEyU

恩，這個10GHz我10年前也聽過，就那個噴火龍Prescott嘛

--
作者 KotoriCute (Lovelive!) 看板 PC_Shopping
標題 [情報] VEGA 56 vs 1070 部分遊戲的成績
時間 Thu Aug 3 09:59:24 2017

推 c52chungyuny: 去找一張比自己便宜快一萬的卡火拼丟臉到極點08/03 10:06

→ c52chungyuny: 那我也可以說1070狂肛460阿08/03 10:06

Tags: 3C

All Comments

By Lily
at 2018-03-01T20:43

去找一張比自己便宜快一萬的卡火拼丟臉到極點
那我也可以說1070狂肛460阿

By Isla
at 2018-03-04T00:52

靠盃，看不懂，有文組的版本嗎？

By Hazel
at 2018-03-06T02:51

完全看不懂

By Ethan
at 2018-03-06T10:58

跪求文組譯本

By Belly
at 2018-03-07T00:28

(趕快假裝點頭撇嘴)

By Irma
at 2018-03-11T15:10

有兩句話可以解釋的版本嗎

By Belly
at 2018-03-11T21:25

https://i.imgur.com/9vLn9QE.jpg

By Genevieve
at 2018-03-14T20:24

講白話點就是現有的製程和能力無法達成

By Yuri
at 2018-03-19T03:51

聽起來很像在講幹話，但也是事實

By Christine
at 2018-03-23T01:42

intel 20年前認為10Ghz是可能der 那時候剛要摸到1G

By Olive
at 2018-03-24T17:51

跟我想的一樣！

By George
at 2018-03-26T11:43

以為看到計組題目...

By Olive
at 2018-03-26T22:50

講白話就是粥的料再好只要有一顆老鼠屎就沒差(大概

By David
at 2018-03-28T07:17

就頻率拉一拉不知道為什麼就出現了很有趣的漏電

By Liam
at 2018-04-02T03:16

以及其他附加產物

By Thomas
at 2018-04-05T14:48

我看的意思是認為一個指令沒執行完也沒法加速下一個

By Anonymous
at 2018-04-07T14:07

前半部分是在講架構優化有極限，後半段說製程改良可
以加速執行

By Heather
at 2018-04-10T09:24

不如增加一次能執行的量來取代加速，粗淺的理解

By Iris
at 2018-04-14T21:31

所以堆核心的方式救出現先了?? 但是，不能平行運算
還是得等~~最慢的

By Iris
at 2018-04-15T01:43

就非同步週期就好啦嘻嘻

By Adele
at 2018-04-17T14:18

意思是x86架構就算頻率高也不會變快的意思？

By Rebecca
at 2018-04-19T22:51

不是那個意思吧

By Iris
at 2018-04-20T12:27

是架構上把週期縮短但是短過最長指令就沒效率

By Odelette
at 2018-04-22T20:38

最後那個段才是我們一般講的拉時脈

By Megan
at 2018-04-27T11:26

執行緒難以加速所以時脈提高無意義，是這樣吧

By Jack
at 2018-04-27T17:09

就是要等最慢那個的概念

By Skylar Davis
at 2018-04-30T05:55

白話就是要想新的基本架構才行 (招喚外星人ing)

By Zenobia
at 2018-05-02T13:14

翻譯：X86語法問題，打掉重練才有解

By Una
at 2018-05-06T17:48

反正amd都用黏的那黏個大小核好了

By Rachel
at 2018-05-06T19:43

GPU變相來說就是小核啊

By Hedwig
at 2018-05-11T01:58

pipeline/miss penalty

By Brianna
at 2018-05-14T22:34

power 架構不知道有沒有可能

By John
at 2018-05-18T17:21

通用運算很難啦不然ASIC是在強啥的QQ

By Catherine
at 2018-05-20T13:39

嗯嗯跟我之前想得一樣

By Bennie
at 2018-05-24T07:52

趕快推，不然別人以為我們看不懂

By Franklin
at 2018-05-25T05:06

跟我想的一樣

By Dinah
at 2018-05-28T11:40

Pipeline不可能無限拉長所以有極限

By Frederica
at 2018-05-28T23:42

管線拉長你就會看到NetBurst的結果

By Leila
at 2018-05-30T09:57

你這篇中文翻譯有點怪的解釋500ps的圖沒有出來頻
率升高無法加速指令運行的原因第一爲長指令第二即
便是短指令也由於指令的相依性而無法加速最後講到
超頻解釋了功耗為電壓三次方增幅

By William
at 2018-06-01T06:29

現在的U不是都比Netburst長了嗎XD

By Candice
at 2018-06-06T01:45

圖有補上去了

By Vanessa
at 2018-06-08T20:12

白話就是牙膏不能一次擠太多要慢慢擠

By Olga
at 2018-06-13T09:31

500ps是假設，2G是0.5ns 二分之一是250ps

By Quintina
at 2018-06-14T08:29

對手拿拐杖,用走的就贏,不用跑

By Oscar
at 2018-06-19T06:18

就算把CPU超到4G (250ps)，仍須要500ps跑執行緒

By Ivy
at 2018-06-24T05:56

cpu超得上去，但執行緒沒執行完，仍需多跑幾cycle

By Susan
at 2018-06-29T01:39

這樣不如時脈低點，待執行緒完成再繼續下個cycle
本魯有想到低級點的比喻，不敢po

By Franklin
at 2018-07-01T06:46

屁孩:你要買4GHz還是8GHz的i3?

By Sandy
at 2018-07-03T10:28

這有點老生常談，硬體不行，就從軟體下手

By Mia
at 2018-07-08T07:14

當年AMD的如意算盤就這樣啊

By Olivia
at 2018-07-08T16:50

減少最長執行緒的時間，eg化學中的速率決定步驟

By Caroline
at 2018-07-08T20:41

軟體的話就交給編譯器，intel有icc，AMD有gcc

By Puput
at 2018-07-10T05:25

CPU超上去其實是最後講的執行緒平均加速吧？

By Lauren
at 2018-07-14T07:40

有執行緒未完成，多跑的cycle浪費電

By Bennie
at 2018-07-16T09:02

短指令也會碰到相依性的問題啦現代處理器的解法就
是ooo 產生了最近很夯的spectre漏洞

By Kristin
at 2018-07-17T22:16

逗號跟句號，翻譯要注意別跟著用，這樣看了很痛苦，
中文句號代表一個段落，但是英文不是

By Yedda
at 2018-07-19T04:24

那個500ps跟250ps，那裡語意不通順，然後又用句號隔
開，看了第二次用250ps反推，我才懂是說時脈二倍

By Bennie
at 2018-07-20T07:33

加油囉，慢慢修改，翻譯辛苦了，還是給推

By William
at 2018-07-24T12:46

把step(of instruction)翻成執行續總覺得讀起來很怪

By Ina
at 2018-07-26T06:09

arm可以衝到上百GHz的頻率

By Irma
at 2018-07-29T16:08

這邊應該是指一個(或一段)邏輯電路的運算

By Olivia
at 2018-08-01T15:17

時脈再快，也只能去匹配一個最耗時的電路運算

By Suhail Hany
at 2018-08-03T17:25

longer pipeline means more miss penalty

By George
at 2018-08-05T12:37

然而，並沒有太多方法去縮短那個最耗時的運算，其中
之一是製程的改良

By Catherine
at 2018-08-05T23:08

不就是pipeline和hazard的觀念...如果沒記錯的話...

By Ina
at 2018-08-09T21:28

把stage加深可以拉高時脈...但一些指令的miss會造成

By Jake
at 2018-08-12T03:53

更高的penalty...所以單純拉高時脈其實意義不高...
不如提升編譯器的優化跟快取的效能...

By Sierra Rose
at 2018-08-13T15:38

不過我覺得x86指令集的設計應該已經到了極限了吧...
從AMD這次追上intel...而intel並沒有再次大幅躍進他

By Heather
at 2018-08-14T05:06

的效能...就像當初的控肉?記憶不知道有沒有誤立刻板

By Liam
at 2018-08-15T01:18

回K7那樣...現在大概就只能靠製程提升提高時脈了...
不過即便如此...有在算BOINC...有聽到之前的人在比

By Regina
at 2018-08-18T09:59

較跟手機ARM的架構比...每瓦能效比還是x86樂勝...

By Frederic
at 2018-08-22T06:50

計算機結構

By Edith
at 2018-08-25T00:57

簡單來說:
Clock就是一個口令一個動作

By Necoo
at 2018-08-29T03:13

如果你想要把口令間格變短(時脈提升)
那一個動作就要拆成更多動作去做也就是每個口令
做的事情變少

By Heather
at 2018-08-31T10:42

但這樣一直拆下去其實意義不大因為總有些事情
是比較複雜的已經不能拆了所以就變成大家等他一個

By Elizabeth
at 2018-09-01T22:33

大概是這樣....計算機概論快忘光了 orz

By Jacky
at 2018-09-04T09:20

紅明顯↑看上面↑

By Ivy
at 2018-09-05T06:10

好不容易考完計組了

By Charlotte
at 2018-09-07T20:33

X86架構綁死，懂?

By Hazel
at 2018-09-10T16:55

說什麼鬼話。執行序的延遲還不是跟製程技術有關。

By Xanthe
at 2018-09-10T19:28

不就想把L2做大一點、延遲降低一些，但太貴了不能量
產?

By Catherine
at 2018-09-13T10:48

趕快推不然別人以為我看不懂

By Yedda
at 2018-09-16T03:10

若對於 Intel 當年 pentium 4 架構有稍微涉獵的
應該還滿容易理解這一篇文章的

By Robert
at 2018-09-19T17:42

所以 Intel 當年要拆指令,加深管線,來把時脈推上去
但拆指令跟加深管線,不是沒有副作用

By George
at 2018-09-21T01:10

而當年的技術,其實以現在來講,也等同埋下這次爆炸的
兩大 bug 的遠因....

By Audriana
at 2018-09-25T02:11

想要推翻這個門檻,大概就只有出一套特殊的處理器

By Tom
at 2018-09-29T11:14

他的指令集完全是可以切到非常細,讓時脈能發揮到
最大限度

By Joseph
at 2018-10-03T14:33

現在再繼續拉升時脈,能有利的是短時脈可完成的部分

By Erin
at 2018-10-04T09:37

少數指令,但需要長時脈才能完成的,一樣還是沒改善

By Kyle
at 2018-10-08T05:15

或者是新的,能把 x86 指令拆分更細的 muOP 技術

By Necoo
at 2018-10-09T09:27

或者是把閒置的短指令時脈剩餘,給額外執行掉...
如上面那個指令之間的空白區域.....

By Blanche
at 2018-10-10T11:32

meltdown是Intel權限檢查的問題吧...

By Hamiltion
at 2018-10-15T07:02

一般超頻加壓原理是加快充電速度來提升整體運行吧?
我應該沒記錯計概丟得差不多了

By Eden
at 2018-10-17T13:34

其實拆指令,加深管線最經典不是吃土雞嗎 XD
吃土雞很能超也能平行化大量運算但是.......

By Zenobia
at 2018-10-22T09:47

其實推土機的那顆FPU效率有比K10強的樣子QQ

By Joseph
at 2018-10-24T00:50

不過之前看推土機的設計架構為了共用資源有夠複雜

By Brianna
at 2018-10-25T17:32

現在亂序執行的技術不是把那些浪費的時間拿來執行
其他uOP了嗎

By Cara
at 2018-10-26T18:35

不是所有指令都能那樣搞QQ 那算是資源回收

By Tristan Cohan
at 2018-10-30T00:31

P4時代不是說P4的極限就是10G?

By Mary
at 2018-11-03T04:30

切的非常細就Alpha,快到飛起但kernel難寫得要命
現代就power78,用CMT實作2ck b2b也是把Xeon E7電飛
沒上10g主因還是元件的variance,沒asyn效率很差

By Connor
at 2018-11-05T08:41

計組有講過大概懂

By Charlie
at 2018-11-09T20:13

現在最強的CPU是蘋果A系列和三星獵戶座了
過氣x86就別來刷存在感了

By Christine
at 2018-11-13T11:38

大濕XD

By Olga
at 2018-11-17T15:57

懷念那個時脈一直翻倍的時期

By Agatha
at 2018-11-21T08:53

從K7那時一出來之後...那才叫擠牙膏...時脈翻倍又多
核...

By Selena
at 2018-11-23T19:54

光速無法超越

Intel告訴你為何現在沒有10 GHz CPU的原 - 3C

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