Tại sao CPU của máy tính lại có kích cỡ như hiện nay vậy? chẳng phải CPU to hơn đồng nghĩa với nhiều sức mạnh tính toán hơn, và thậm chí chẳng cần phải phát triển những công nghệ tiên tiến hơn sao?
_____________________
Link Reddit: https://redd.it/gkupku
_____________________
u/RhynoD (12.0k points – x1 gold – x2 silvers & 6 more)
Mặc dù dòng điện lan truyền rất nhanh (gần với vận tốc ánh sáng), nhưng không phải là không tốn thời gian. Các vi xử lý hiện đại ngày nay hoạt động với tần suất 3,000,000,000 chu kỳ mỗi giây. Mỗi chu kỳ chỉ cần dài ra hoặc ngắn đi một tý tý teo, một phần cực cực nhỏ của 1 giây thôi là CPU đã chạy chậm đi hoặc nhanh lên rất nhiều rồi. Vậy nên bạn sẽ muốn xếp mọi thứ càng gần nhau càng tốt. Làm vi xử lý nhỏ hơn với số lượng bóng bán dẫn không đổi sẽ khiến nó nhanh hơn bởi dùng điện phải di chuyển qua khoảng cách ngắn hơn.
Việc sản xuất CPU nhỏ như vậy cũng đồng thời mang lại hiệu suất cao hơn, vì kim loại và vật chất bán dẫn có điện trở. Càng tốn ít kim loại để làm ra CPU, tổng điện trở của nó càng nhỏ, và tốn càng ít năng lượng để vận hành.
Nhưng lại có 1 vấn đề mới khi ta xếp các nguồn nhiệt lại gần nhau. Kim loại và chất bán dẫn sinh ra nhiệt mỗi chu kỳ, để chúng cạnh nhau cũng giống như việc để một đống máy sưởi trong một căn phòng vâỵ. Và nhiều nhiệt tỏa ra hơn đồng nghĩa với việc cần đến các bộ tản nhiệt mạnh và hiệu quả hơn.
Khi các linh kiện nằm quá gần nhau, chúng bắt đầu “rò rỉ” tín hiệu điện, dẫn đến sai sót tín hiệu và đòi hỏi các trình kiểm tra và sửa lỗi phải làm việc, giảm tốc độ xử lý của CPU xuống. Do đó nếu không có công nghệ tiên tiến hơn, các khoảng cách giữa các bộ phận trong CPU ngày nay đã đạt đến giới hạn và không thể được xếp gần nhau hơn nữa.
Vậy tại sao không tạo ra các vi xử lý to hơn, với kích thước của các linh kiện bên trong không đổi, nhưng số lượng thì nhiều hơn? Một phần là vì giá cả. CPU mạnh hơn thì luôn đắt hơn. Và sức mạnh tính toán sẽ đạt đến một ngưỡng mà ở đó, tất cả các yêu cầu của hơn 90% người dùng đều đã được thỏa mãn và họ không muốn chi thêm tiền cho 1 CPU mạnh hơn nữa. Không phải là không có những CPU to hơn cỡ thông thường mà ta hay nhìn thấy, nhưng những CPU đó thường được sử dụng cho mục đích đặc biệt như ở trong máy chủ chẳng hạn. Một vấn đề khác là chúng cũng yêu cầu bo mạch chủ đặc biệt để có thể tương thích nữa.
Hầu hết bo mạch chủ cho người sử dụng thông thường chỉ tương thích với 1 cỡ CPU. Các CPU đời sau được thiết kế để có sự tương thích giống như các CPU đời trước, để bạn có thể nâng cấp lên 1 CPU tốt hơn mà không cần phải vứt đi 1 nửa cái máy tính. Cổng kết nối của tất cả các loại CPU đều có cùng kích cỡ để giúp người thiết kế bo mạch chủ biết họ nên làm cổng kết nối to chừng nào là đủ. CPU dùng cho máy chủ cũng thường cần đến RAM đặc biệt và nguồn điện mạnh hơn. Đến một lúc nào đó nó sẽ là vô ích khi sản xuất một CPU to hơn mà chẳng có khách hàng nào thèm mua. Nếu sản xuất ra, tốt hơn hết là thiết kế chúng để phục vụ cho mục đích chuyên biệt và đưa ra giá cả phù hợp.
CPU lớn hơn tỏa nhiều nhiệt hơn, CPU với nhiều linh kiện cấu thành hơn còn tỏa nhiệt nhiều hơn nữa. Bộ tản nhiệt lớn hơn, khỏe hơn thì lại đắt, vậy nên, một lần nữa, hầu hết người dùng sẽ chẳng muốn tiêu tiền vào đó đâu. Chuyện sẽ có thể thay đổi trong tương lai, khi thị hiếu và nhu cầu của mọi người tăng lên, nhưng từ những số liệu cho thấy 90% đang không làm gì đòi hỏi quá nhiều sức mạnh tính toán hơn gõ văn bản và lướt web,… tương lai đó còn xa lắm.
TL;DR (dài quá không đọc): Khoảng cách ngắn hơn giữa các linh kiện làm CPU nhanh hơn, như kiểu đi qua những con đường ngắn vậy đó. Các vấn đề về vật lý như đường hầm lượng tử và sự tỏa nhiệt do điện trở giới hạn về kích thước tối thiểu và khoảng cách tối thiểu mà các linh kiện trong CPU có thể đạt đến. Kinh tế giới hạn thứ mà khách hàng sẵn sàng chi trả, nên làm CPU với nhiều linh kiện hơn sẽ khiến các nhà sản xuất lỗ vốn. Thế hệ CPU hiện nay đang nằm ngay điểm giao đẹp về kích thước, số lượng linh kiện và túi tiền của khách hàng. (Và vẫn có sự đa dạng về loại, kích cỡ, giá cả để mọi người thoải mái lựa chọn)
Chỉnh sửa: Một số bình luận phía dưới chỉ ra rằng quá trình sản xuất CPU sẽ đạt được hiệu quả cao hơn nếu sử dụng những đĩa bán dẫn nhỏ hơn, bởi vì tỉ lệ xảy ra lỗi tỉ lệ với kích cỡ của đĩa bán dẫn. Tôi đã không để ý đến điều này. Hãy kéo xuống đọc (và upvote) cho họ nhé.
Chỉnh sửa 2: Đúng vại, xu hướng của Intel là làm cho các CPU đời sau không còn tương thích với đời trước, và họ cũng rất tệ nữa. Chỉnh sửa này được viết bởi 1 fanboy AMD
_____________________
u/dale_glass (509 points)
Không. Thực tế, CPU nhỏ hơn thì nhanh hơn. CPU bị giới hạn bởi tốc độ của ánh sáng, tốc độ của nó phụ thuộc vào thời gian mà tín hiệu đi từ đầu vào đến đầu ra.
Một vấn đề khác là khi sản xuất CPU, có một xác suất xảy ra lỗi nhất định. CPU càng lớn, xác suất xảy ra lỗi càng cao. Khi xảy ra lỗi thì CPU đó phải được bỏ đi, mà giá của những CPU lỗi vẫn sẽ bao gồm trong giá của những CPU được bán ra, nên CPU nhỏ hơn sẽ làm giảm giá thành chung của chúng xuống.
_____________________
u/GrinningPariah (97 points)
Những lời giải thích ở trên đều rất tuyệt vời, nhưng tôi yêu câu hỏi này bởi những phép toán sẽ giúp chúng ta nhận ra vấn đề 1 cách dễ dàng.
Bắt đầu với việc 1 bộ xử lý thường to cỡ nào, khoảng 3 đến 5 cm đúng không?
Tiếp đến nghĩ xem chung làm việc nhanh cỡ nào. CPU nhanh nhất bây giờ có tần số khoảng 4.0 GHz, biểu thị số phép toán nó có thể làm trong 1 giây. Ở đây ta có 4 tỷ phép toán 1 giây.
Vậy thì làm 1 phép toán sẽ tốn bao nhiêu thời gian? Tính nhanh ta sẽ có kết quả là 200 pico giây (ND: 1 pico giây bằng 1/10^12 giây, chính xác ở đây phải là 250 pico giây)
Ta cũng biết tốc độ ánh sáng đúng không? c bằng khoảng 300,000 km/s
Câu hỏi đặt ra là, ánh sáng, thứ nhanh nhất trong vũ trụ, đi được bao nhiêu trong 200 pico giây? Kết quả không quá bất ngờ, 6 cm. Bạn cũng cần biết thêm là trong CPU dòng điện sẽ không đi thẳng mà còn rẽ chỗ này chỗ kia. Có lẽ không quá khó để nhận ra rằng một CPU không thể nào có kích cỡ lớn hơn 3-5cm mà vẫn giữ được tốc độ nhanh như vậy.
_____________________
Bài đăng của bạn Bùi Ngọc Thanh Sơn trong group:
https://www.facebook.com/groups/rvn.group/permalink/562711874639025
[Image: AMD]
