Такого предела не существует. Теоретически, можно создать огромный ЦП (центральный процессор), в котором сигнал от одного транзистора до другого будет идти с заметной задержкой, но…такой процессор будет размером с дом, а то и с целый квартал.
Тут вот в чем дело.
В основном все процессоры вытравливаются на кремниевых пластинах. Поэтому размер ЦП будет ограничен размером пластины, которые обычно имеют диаметр 300 мм. Но не в этом проблема.
Настоящая проблема в том, что пластины неидеальны, и травление иногда происходит с погрешностями. Если сделать ЦП размером хотя бы с письменный стол, то вероятность дефекта где-то внутри станет очень высокой. Это приведет к тому, что большая часть произведенных ЦП окажется бракованной, а это очень дорогие потери.
Поэтому процессоры стараются делать небольшими. И если на кремниевой пластине возникнет дефект, то он затронет лишь небольшое количество ЦП.
Это называется «выход годных». Чем выше этот «выход» (процент работающих ЦП), тем дешевле производство.
И тут в игру вступает закон Мура. Он описывает, насколько дорого обходится создание процессора с определенным количеством транзисторов, учитывая выход годных. Благодаря уменьшению транзисторов и совершенствованию производственных процессов, создание ЦП «оптимального» размера становится вдвое дешевле каждые 18 месяцев. По крайней мере, так гласит закон Мура.
Конечно, можно, вложив достаточное количество денег, создать огромный процессор с квадриллионами транзисторов, но это будет совершенно нерентабельно. Без преувеличения.
Поэтому никто этого не делает.
Одна кремниевая пластина (300 мм) стоит около 17 000 долларов. Чтобы ее окупить, надо продать большую часть CPU/GPU (центральных и графических процессоров), изготовленных на этой пластине.
Но на каждой пластине, скорее всего, будут дефекты.
Процессоры проектируются так, что неисправность в одной части необязательно должна сломать весь процессор. Она может вывести из строя несколько «ядер». В этом случае ядра отключают и продают процессор как модель более низкого класса с меньшим количеством ядер.
AMD решает эту проблему, создавая процессоры из нескольких отдельных чиплетов. Это позволяет делать большие процессоры, сохраняя при этом экономическую эффективность производства маленьких.
Intel и Nvidia тоже этим занимаются.
Зачем процессору вообще так много транзисторов?
Это уже интереснее.
Каждый транзистор представляет собой бит информации. Больше транзисторов означает более высокую производительность.
Вспомните самый первый микропроцессор Z-80 (подробности можно посмотреть в Википедии), состоявший из почти 9000 транзисторов. В 70-х годах это был хит, топ, круть, одним словом.
Но к середине 1980-х годов этот процессор уже сильно устарел, его производительность отвечала возросшим запросам пользователей. Люди хотели 16-, а затем 32-, а затем 64-битные процессоры для скорости, и мегабайты, гигабайты DRAM (оперативной памяти). Они хотели, чтобы компьютеры работали быстро, и проектировщикам приходилось устанавливать мегабайты кэш-памяти для более быстрого отклика.
Поэтому основная причина большого количества транзисторов в современных процессорах — это огромные кэш-памяти. И, конечно же, множество периферийных устройств, упакованных в один чип. Но кэш-память — это главная причина (каждый бит в кэше требует 6 транзисторов). Около 60% площади процессора — это кэши. Остальное – все остальное.
Подводя итог, можно сказать, что большое количество транзисторов в ЦП обусловлено требованиями к производительности, функциональности и эффективности при обработке задач, а также за счет технологий, которые позволяют увеличить плотность транзисторов.
Вот такой небольшой ликбез по компьютерам.
