Такого предела не существует. Теоретически, можно представить себе огромный ЦП, где сигнал от одного транзистора до другого будет идти с ощутимой задержкой, но… такой процессор должен быть размером с небоскреб, а то и больше.
Тут суть вот в чем.
Все процессоры вытравливаются в основном на кремниевых пластинах. Размер такой пластины ограничивает максимальный размер ЦП, обычно пластины имеют диаметр 300 мм. Но не это главная проблема.
Настоящая загвоздка в том, что пластины не идеальны, 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.
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, изготовленных на этой пластине.
Но на каждой пластине в конечном итоге будут дефекты.
Процессоры проектируются так, что неисправность в одной части не обязательно 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), впервые проданный в 1976 году, который имел около 9000 транзисторов.
Это, безусловно, старый и медленный процессор даже по меркам середины 1980-х годов. Люди хотели 16-, а затем 32-, а затем 64-битные процессоры для дополнительной скорости, и хотели мегабайты, а в конечном итоге и гигабайты DRAM (оперативной памяти). И они хотели, чтобы процессоры работали быстро, поэтому проектировщики установили 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
Вот такой небольшой ликбез по компьютерам.
