Nous sommes assez habitués à voir des records d’overclocking, qui sont battus de temps en temps par des overclockeurs professionnels qui parviennent à élever la fréquence de fonctionnement d’un processeur à des niveaux bien supérieurs à la vitesse à laquelle ils fonctionnent en usine ; cependant, ces grandeurs sont généralement de l’ordre de moins de dix gigahertz.
D’autre part, l’actualité des processeurs qui ont atteint 350 GHz à température ambiante et qui ont atteint 500 GHz grâce à la cryogénisation ont également fait surface, mais comment est-ce possible ? Pour le comprendre, il faut « s’enfoncer dans la boue » pour comprendre les notions de commutation et de cadencement.
L’horloge et la commutation ne sont pas les mêmes
Quand on voit qu’un overclocker a battu un record de vitesse dans un processeur, ce qu’il a fait (expliqué de manière basique) est d’augmenter sa fréquence de fonctionnement, généralement en augmentant la tension.
Cela produit une plus grande génération de chaleur et c’est pourquoi ils utilisent généralement des systèmes de refroidissement avancés, tels que l’azote liquide, évitant ainsi les problèmes du système. En plus de augmenter la fréquence de fonctionnement du processeur, la fréquence du bus de base est également modifiée, donc en même temps la vitesse d’autres composants qui en dépendent, comme la RAM par exemple, est augmentée.
Par contre, en prenant l’exemple du processeur qui fonctionne à 500 GHz (c’était une expérience IBM), un système de cryogénisation a été utilisé pour son refroidissement, mais malgré cela à température ambiante il atteignait déjà 350 GHz… environ 3, 5 THz. Dans l’expérience, ils ont expliqué qu’ils utilisaient une technologie appelée BiCMOS SiGe pour vos transistors, mais dans tous les cas, où est le hic ? Il n’y a pas vraiment de piège, mais ils se réfèrent à des choses différentes : dans un cas, ils parlent de pointage, et dans un autre de commutation.
le pointage il parle de la fréquence d’horloge à laquelle fonctionne le processeur, c’est-à-dire de la vitesse à laquelle ses transistors commutent ensemble. Par exemple, lorsque nous disons qu’un processeur fonctionne à 5 GHz, nous disons en réalité que ses transistors sont capables de commuter (commuter entre des zéros et des uns) 5 000 000 000 fois par seconde.
D’autre part, le commutation est la vitesse à laquelle un transistor peut basculer et passer d’un état à un autre. C’est le cas de l’exemple IBM que nous vous avons donné précédemment, puisqu’il faisait référence au fait que les transistors utilisés avec la technologie BiCMOS SiGe étaient capables de commuter à une vitesse de 350 GHz à température ambiante ou 500 GHz avec refroidissement par cryogénisation ; Autrement dit, cela signifie que les transistors utilisés sont capables de changer d’état 500 000 000 000 fois en une seconde.
La différence est que lorsque vous parlez de synchronisation, vous parlez de la vitesse de commutation de tous transistors simultanément, qui est connu sous le nom de cycles d’horloge. D’autre part, lorsqu’on parle de commutation, il fait référence à la vitesse de commutation du transistors individuellementPar conséquent, une vitesse n’est pas comparable à l’autre.
Dans un microprocesseur moderne, de nombreux transistors fonctionnent en même temps et sont connectés les uns aux autres. Ces interconnexions créent des retards et donc la fréquence d’horloge doit être limitée sinon des erreurs et une instabilité se produiront. En fait, il faut faire très attention à la façon dont le signal d’horloge est distribué à travers les unités fonctionnelles de la puce pour qu’il fonctionne de manière homogène, car sinon c’est lorsqu’il y a instabilité, erreurs de calcul, « raccrocher », etc. que nous voyons plusieurs fois lors de l’overclocking (c’est pourquoi il est considéré comme un overclocking instable).
Par conséquent, nous devons être certains « prudent » lorsque nous voyons que nous parlons d’un processeur qui fonctionne à une vitesse stratosphérique comme l’exemple d’IBM dont nous avons parlé, car dans ce cas il fait référence à la vitesse de commutation mais pas même proche de la fréquence d’horloge du processeur.
La lithographie est essentielle pour déterminer la vitesse de commutation
La taille des transistors est un aspect fondamental pour déterminer leur vitesse de commutation, et pour cette raison, il est important que les fabricants mettent à jour leurs nœuds de fabrication en utilisant de nouvelles structures telles que FinFET, GAA, etc. pour réduire la capacité de la grille et ainsi améliorer la capacité de commutation.
En principe, le temps de retard dépend de plusieurs facteurs tels que la capacitance de la grille ou de la tension et du courant utilisés, mais cela dépend aussi des dimensions physiques du transistor puisque la vitesse de commutation dépend aussi de la largeur, de la longueur et de l’épaisseur de la porte logique. Si ces facteurs sont réduits à passer d’une lithographie à une autre (en comprenant qu’elle se déplace vers des transistors plus petits), la vitesse de commutation pourrait être augmentée en même temps.
En d’autres termes et expliqué simplement, plus la lithographie du nœud de fabrication dans lequel les transistors sont fabriqués est petite, plus la vitesse de commutation peut potentiellement être élevée, ce qui à son tour peut permettre (mais pas nécessairement) une fréquence de fonctionnement (clocking) plus élevée du processeur.
Como podéis ver, todos los parámetros influyen y están relacionados entre sí a la hora de determinar la velocidad, rendimiento y potencia de un chip, pero la litografía física y el nodo de fabricación que determina el tamaño de los transistores es una de las más importantes pour cela.