CPUスケーリングの終焉:1つのコアから多数のコアへ—そして私たちがまだ行き詰まっている理由

CPUウェーハ

IntelがTejasをキャンセルし、新しいマルチコアアーキテクチャの計画を発表してから8年近くになります。報道機関は、従来のCPUスケーリングが無効であることを宣言するのに少しの時間を無駄にしました。メディアは製品、トレンド、そして場合によっては有効期限のかなり前に人々を埋める傾向がありますが、これは時の試練に耐えた1つの宣言です。

2004年に何が起こったのかを理解するには、次の表を参考にするとよいでしょう。トランジスタ数、クロック速度、消費電力、および命令レベルの並列処理(ILP)が表示されます。トランジスタの数が2年ごとに2倍になることはムーアの法則として知られていますが、時間の経過とともに、パフォーマンスと消費電力についての仮定も行われ、同様の流れで進んでいることが示されました。ムーアはすべての功績がありましたが、彼は仕事での唯一の先見者ではありませんでした。何十年もの間、マイクロプロセッサはデナードスケーリングとして知られているものに従いました。デナードは、酸化物の厚さ、トランジスタの長さ、およびトランジスタの幅はすべて、一定の係数でスケーリングできると予測しました。デナードスケーリングは、ムーアの法則にその歯を与えたものです。これが、汎用マイクロプロセッサが他のタイプのコンピュータを追い越し、支配することができた理由です。



CPUスケーリングトランジスタ密度、消費電力、および効率を示すCPUスケーリング。元のチャート 無料ランチは終わりました:ソフトウェアの同時実行に向けた基本的な転換



元の8086の消費電力は約1.84 W、P3 1 GHzの消費電力は33 Wでした。つまり、CPUの消費電力は17.9倍に増加し、CPU周波数は125倍に向上しました。これには、L1 / L2キャッシュの採用、アウトオブオーダー実行の発明、プロセッサの効率を改善するためのスーパースケーリングとパイプラインの使用など、同じ期間に発生したその他の進歩は含まれないことに注意してください。このため、1990年代はスケーリングの黄金時代と呼ばれることもあります。このムーアの法則の拡張版は2000年代半ばまで当てはまり、その時点で消費電力とクロック速度の改善は崩壊しました。 90nmでの問題は、トランジスタのゲートが薄くなりすぎて、電流が基板に漏れないようにすることでした。

インテルおよびその他の半導体メーカーは イノベーションで戦った ひずみシリコン、hi-kメタルゲート、FinFET、FD-SOIのように—しかし、これらのどれも、かつて楽しんだスケーリングのようなものを再び有効にするものはありません。 2007年から2011年にかけて、最大CPUクロック速度(ターボモードを有効にした場合)は2.93GHzから3.9GHzに上昇し、33%増加しました。 1994年から1998年にかけて、CPUクロック速度は300%上昇しました。



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