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Was macht eine CPU mit einer Milliarde Transistoren?

Mitglied: UserUW

UserUW (Level 1) - Jetzt verbinden

24.01.2020 um 19:03 Uhr, 1786 Aufrufe, 12 Kommentare, 1 Danke

Jede Generation hat mehr Transistoren, heute werden ein oder auch mehrere Milliardem erreicht.

Gleichzeitig nimmt die Taktfrequenz kaum noch zu.

Programme werden in Maschinencode übersetzt. Wie profitiert ein Maschinenbefehl von zusätzlichen Transistoren?

Ich kann mir folgendes vorstellen:

1. Die CPUs bekommen zusätzliche Cores. Wenn eine CPU mehr Transistoren hat, dann nicht notwendig auch der einzelne Core. Viele Cores sind also eine effektive Art, viele zusätzliche Transistoren zum Einsatz zu bringen.

Aber auch CPUs mit gleicher Core-Zahl haben sehr unterschiedliche Anzahlen von Transistoren.

2. Häufig wiederkehrende Gruppen von Maschinenbefehlen könnten als "Metabefehle" performanter abgearbeitet werden.

3. Programme könnten parallelisiert werden und der Code auf gut Glück ausgeführt werden. (Macht das dann der Compiler oder Optimizer oder wer sonst? So etwas passiert wohl auch. Der Optimizer müsste dann wohl sehr hardwarenah realisiert werden.)

Also - was ist es?
Mitglied: Lochkartenstanzer
24.01.2020 um 19:30 Uhr
Was macht eine CPU mit einer Milliarde Transistoren?

Energie verschwenden.

lks
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Mitglied: aqui
24.01.2020, aktualisiert um 19:41 Uhr
Und da war sie wieder unsere Freitagsfrage... !!
Was macht eine CPU mit einer Milliarde Transistoren?
Sich zu 99,99% langweilen und auf Eingaben des Humanoiden davor warten...
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Mitglied: Lochkartenstanzer
24.01.2020 um 19:43 Uhr
Zitat von aqui:

Und da war sie wieder unsere Freitagsfrage... !!
Was macht eine CPU mit einer Milliarde Transistoren?
Sich zu 99,99% langweilen und auf Eingaben des Humanoiden davor warten...

Sag ich doch, Energie verschwenden.

lks
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Mitglied: Spirit-of-Eli
24.01.2020, aktualisiert um 19:44 Uhr
Kennt ihr schon die Begründung wieso die Taktrate nicht mehr großartig steigt? Na weil die Frequenz eine Schwingung ist und diese sich langsam dem Strahlungs Niveau nährt.

Ich feiere es immer noch :D
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Mitglied: brammer
24.01.2020 um 19:59 Uhr
Hallo,


Einfach nachrechnen
Was macht ein Transistor

Brammer
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Mitglied: 142232
24.01.2020, aktualisiert um 22:14 Uhr
Macht das dann der Compiler oder Optimizer oder wer sonst?
Der Pumuckl wenn du brav warst B-)
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Mitglied: maretz
24.01.2020 um 23:17 Uhr
Is ganz einfach... Computer sind halt schneller als Menschen... Und machmal passiert es das sich nen männlicher und nen weiblicher Transistor anziehend finden. Und das was bei Menschen 9 Monate dauert geht da halt in Sekunden - und schon ist ne neue CPU-Generation da die wieder mehr Transistoren hat...

Und was machen die? Nun, wenns noch kleine Transistoren sind dann müssen die halt Zeitungen austragen, Teppiche knüpfen oder ggf. auch nur den Müll raustragen (in Java dann der garbage collector). Manche sind aber auch einfach alt... die sind dann eh schon langsam und machen nur noch die Zombi-Prozesse.

Deine Frequenzen dagegen nehmen aus nem einfachen Grund nicht mehr zu. Eigentlich arbeiten heute noch alle Rechner intern mit Lochkarten. Leider kannst du Papier (durch Reibung bedingt) nur mit begrenzter Geschwindigkeit durch den Leser schieben. Wird es schneller reisst das papier halt (dann stürzt dein Rechner ab) - oder schlimmer, es fängt Feuer und deine Hütte brennt (--> dafür hat aber ne CPU heute ne Overheat-Protection und macht dann schon langsamer). Um das zu vermeiden wird halt die Frequenz heute so gelassen... Du KANNST aber natürlich übertakten - indem du statt Papier einfach Pappe in den Rechner schiebst. Die is robuster - da gehts etwas schneller...
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Mitglied: IT-Prof
25.01.2020, aktualisiert um 13:05 Uhr
Gucke Mal wie groß teilweise die Speicher in CPUs geworden sind. Speichercontroller und diverse weitere Logik, die Mal über North- und Southbridges verteilt waren sind in die CPU gelangt.
Ein LTE oder gar 5G Modem ist sehr komplex und in SOCs untergebracht.

Die Parallelisierung ist lange Zeit effektiver und wirtschaftlicher als die Taktjagd. Höher Takt lebt von hohen Spannungen, die Strukturbreiten sind aber so klein, dass die Spannung die sogenannte Elektronenmigration anregt bzw verstärkt. Daher die Parallelisierung.

Leider ist nur wenig Software auf totale Parallelisierung getrimmt oder manchmal ist das nicht sinnvoll.
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Mitglied: Lochkartenstanzer
25.01.2020, aktualisiert um 17:08 Uhr
Zitat von maretz:

Deine Frequenzen dagegen nehmen aus nem einfachen Grund nicht mehr zu. Eigentlich arbeiten heute noch alle Rechner intern mit Lochkarten.

Stimmt so nicht ganz. Man hat festgestellt, daß das Papier hinderlich ist und läßt es weg und benutzt nur noch die Löcher. Die stellt man durch richtige Dotierung vom Silizium her.

Diese Löcher kann man viel schneller als Papierlöcher durch die CPU ziehen. Damit hat man Steigerungsraten von einigen zig Hertz auf einige Gigahertz hinbekommen. Allerdings kommen auch Siliziumlöcher langsam an die Überhitzungsgrenze, so daß man da der Glasherstellung entgegenwirkt und die allzu arg steigert. Dafür geht man in die Fläche und stellt mehr internen Speicher und mehr internen Cores zur Verfügung. Auch landen viele Funktionen, die früher von externen Chips wahrgenommen wurden jetzt mit auf dem CPU-Modul. vergleiche z.B. ein altes Board (TTL-Grab)

000000at - Klicke auf das Bild, um es zu vergrößern

mit einen SoC-Board:

0000-article-630x354.78305c6b - Klicke auf das Bild, um es zu vergrößern

lks
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Mitglied: maretz
26.01.2020 um 08:23 Uhr
WIE BITTE?!? Das sagst du mir jetzt?!? Das heisst mein Termin morgen beim Patentamt fürs drucken auf Endlos-Rolle (im Volksmund auch Klopapier genannt) is damit hinfällig?!? Und ich wollte schon meinen Nobelpreis-Antrag stellen - das erste Programm auf Lochkarte was am Ende wirklich am Arsch endet...
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Mitglied: emeriks
27.01.2020, aktualisiert um 10:29 Uhr
Zitat von Spirit-of-Eli:
Na weil die Frequenz eine Schwingung ist und diese sich langsam dem Strahlungs Niveau nährt.
Ja, ja, sicher ... Ich hoffe, Dein/e alte/r Physiklehrer/in liest das hier nicht.

Die Taktfreqenzen steigen schon lange nicht mehr. Meines Wissens seit man die 3 Komma nochwas GHz Grenze erreicht hat (irgendwann zwischen 2000-2005 ?). Und der Grund ist hier rein physikalischer Natur im mikroskopischen Bereich. Die heutigen Bauweisen geben da nicht mehr her. Das hat irgendwas mit Elektronenlaufzeiten usw. zu tun.
Erst wenn wir vollkommen andere Prozessoren bauen, welche andere physikalische Verfahren verwenden, können wir wieder an der Hertz-Schraube drehen. Oder jemand entdeckt ein anderes Material, welches im herkömmlichen Verfahren wieder Spielraum schafft.

@UserUW
Zu Deinem Punkt 3:
Die CPU selbst. Sie ist inszwischen quasi ein Computer im Computer. Siehe nur die Probleme mit Meltdown, Spectre und Konsorten.
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Mitglied: Spirit-of-Eli
27.01.2020 um 10:10 Uhr
Zitat von emeriks:

Zitat von Spirit-of-Eli:
Na weil die Frequenz eine Schwingung ist und diese sich langsam dem Strahlungs Niveau nährt.
Ja, ja, sicher ... Ich hoffe, Dein/e alte/r Physiklehrer/in liest das hier nicht.

Die Theorie kam damals vom Mathe Lehrer.
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