BLUEHOT_LX
26-05-29 08:43

微观上审视韬定律以及客观验证。

韬定律,“韬”是希腊字母τ(tau)的音译。在电路理论中,τ代表时间常数——信号从一种状态切换到另一种状态需要的时间。τ越小,电路切换越快。韬定律核心是“时间缩微”。它不再单纯追求尺寸的极限缩小,而是转向系统性降低时间常数(τ),即压缩信号在芯片内部传输的延迟。

文中:τ越小,电路切换越快,这其实就是频率的概念了。频率和时间是倒数关系。计算机系统中有个很重要的概念叫时钟周期,而频率f=1/T。

我们知道,电流的速度接近光速(并非电子的移动速度),而光的速度是每秒30万公里。
用科学计数法,光速或电流速度为:3.0*10^11毫米/秒。

现在我们根据客观实际,一块计算机IT芯片中的最长电路距离是50毫米,那么电流要走过这个里程距离所需要的时间是:1.67*10^-10秒,因此,这块CPU的最高理论频率经过计算,正好等于1/1.67*10^-10=6.0*10^9赫兹。即CPU的理论极限频率约为6GHz。

我们用CPU的最高频率去搜索当前社会存在的客观事实。可以得到一下信息。
“当前消费级CPU最高睿频约 ‌5.5–6.0 GHz‌(如i9-14900KS),超频纪录(9.2 GHz)属极端实验室条件,无实用意义。”

这里需要留意其中的最高超频记录,到了9.2GHz,超过了前面计算的理论极限了。
我们继续去搜索超频的具体细节可知,超频到最高9.2GHz,除了解决散热问题之外,还有一个核心的要点,就是禁用了CPU内部的某些核心,禁用了部分CPU内核,相当于减少了与其他核心的通讯,也相当于减少了电流通过的线路距离,从而得到了更高的频率。

因此,从理论上来说,在现有的技术上来说,人类制造的CPU已经接近或触摸到了物理的理论极限频率天花板了,没有提升的空间了,只能继续缩微化追求更低的纳米芯片技术堆叠处理核心来提高CPU性能了。

而韬定律,则仍然是追求τ越小,时间越少,信号传递的频率越高这个角度来提高处理器性能的。而要做到信号传输的时间越小越短,则可以减少电路的传输距离,因此从芯片制作技术从元件平面平铺布置,电路布线距离稍长,改为元件纵向逻辑堆叠,从而减少电路的布线距离,也就能直接得到一个更小的τ值来提高频率了。同时减少电路布线的空间,在逻辑上也能腾出线路空间来继续增加电子元件的集成度。可以同时从提高芯片集成度和追求更高的时钟频率两个方向上来提高处理器性能。

从底层逻辑上来看,τ韬定律是符合底层逻辑的。但是在最终实现阶段与解决芯片的散热问题上,还需要能承受考验,假如τ韬定律芯片能制作成功且能总体较大幅度提高芯片性能以及解决芯片散热问题,那么下一代CPU的外观形状,理论上和逻辑上会朝着立方体形状而演变了。

期待τ韬定律所内涵的原理和理论能被验证成功,并最终应用于广泛的社会实践中,更期待很多科幻片中的出现的类似魔方CPU的早日到来。

发布于 湖南