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Taktraten

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  1. Taktraten

    Autor: blaub4r 17.05.17 - 01:43

    Kann mir mal einer erklären warum der Takt aktueller CPUs quasi gar nicht steigt ? Ist nicht mehr machbar oder warum bleibt der so stabil.

    Wenn ich da an die Athlon xp Zeiten denke hätte ich gemeint wir sind mittlerweile bei 20 ghz und mehr so sind die monatlich gestiegen.

  2. Re: Taktraten

    Autor: L3G0 17.05.17 - 03:21

    Rein Physikalisch dürfe nicht viel mehr möglich.
    --- An alle die meine folgende Aussage vielleicht falsch finden, es sollte nur eine schnelle Abschätzung sein bei der ich aus Unwissenheit viele annahmen treffe. Ich fände es jedoch Spannend wenn jemand mit mehr Wissen und Zeit mich korrigiert. ---

    Eine Grenze ist die Lichtgeschwindigkeit, welche für unsere hier benötigte Maßeinheit 299.792.458.000 mm/s beträgt. Ich kenne die Lichtgeschwindigkeit im Silizium nicht, daher nehme ich die des Vakuums an.

    Es ist schwer die Diagonale eines Kerns zu ermitteln, Skylake-K hat eine Fläche von 122.4mm², wodurch ich mit Hilfe eines Die Fotos in etwa eine Diagonale von 4.23 mm angenommen habe. Dies ist bedeutend, da ich bei dieser Abschätzung annehme das mindestens innerhalb eines Cores während eines Taktest überall das selbe Potential hinkommen muss, damit das System stabil Funktionieren kann.

    Somit wäre:
    4,23mm/299.792.458.000 mm/s = 1.4e-11s (vom einem Ende des Cores zum anderem)
    1Hz = 1/s
    -> 1/1.4e-11s = 70821019583Hz = 70 GHz

    Hätte man keinerlei Verzögerung durch Bauteile oder ähnliches würde man allein durch die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum bei der jetzigen Die Fläche maximal 70Ghz erreichen.
    Hiervon müssen nun die Schaltzeiten, Stromlaufwege, Synchronisationen, Kommunikation mit dem Cache, sowie eine gewissen Sicherheit ... abgezogen werden.
    Folglich wäre das Geschätzte absolute Maximum bei der eine CPU dieser Größe noch Funktionieren könnte vielleicht 1/10 davon also 7GHz.
    Nun kommen aber noch Produktionsschwankungen, Unreinheiten im Silizium, Energielimits ... hinzu, weshalb ich es für Faszinierend halte, das wir es überhaupt schaffen CPUs mit mehr als 4GHz zu produzieren.

    --- Um es noch einmal zu sagen, dies sollte nur eine Abschätzung sein und erhebt keinerlei Anspruch auf Richtigkeit. ---



    2 mal bearbeitet, zuletzt am 17.05.17 03:30 durch L3G0.

  3. Re: Taktraten

    Autor: Anonymer Nutzer 17.05.17 - 03:38

    L3G0 schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Rein Physikalisch dürfe nicht viel mehr möglich.
    > --- An alle die meine folgende Aussage vielleicht falsch finden, es sollte
    > nur eine schnelle Abschätzung sein bei der ich aus Unwissenheit viele
    > annahmen treffe. Ich fände es jedoch Spannend wenn jemand mit mehr Wissen
    > und Zeit mich korrigiert. ---
    >
    > Eine Grenze ist die Lichtgeschwindigkeit, welche für unsere hier benötigte
    > Maßeinheit 299.792.458.000 mm/s beträgt. Ich kenne die
    > Lichtgeschwindigkeit im Silizium nicht, daher nehme ich die des Vakuums
    > an.
    >
    > Es ist schwer die Diagonale eines Kerns zu ermitteln, Skylake-K hat eine
    > Fläche von 122.4mm², wodurch ich mit Hilfe eines Die Fotos in etwa eine
    > Diagonale von 4.23 mm angenommen habe. Dies ist bedeutend, da ich bei
    > dieser Abschätzung annehme das mindestens innerhalb eines Cores während
    > eines Taktest überall das selbe Potential hinkommen muss, damit das System
    > stabil Funktionieren kann.
    >
    > Somit wäre:
    > 4,23mm/299.792.458.000 mm/s = 1.4e-11s (vom einem Ende des Cores zum
    > anderem)
    > 1Hz = 1/s
    > -> 1/1.4e-11s = 70821019583Hz = 70 GHz
    >
    > Hätte man keinerlei Verzögerung durch Bauteile oder ähnliches würde man
    > allein durch die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum bei der jetzigen Die Fläche
    > maximal 70Ghz erreichen.
    > Hiervon müssen nun die Schaltzeiten, Stromlaufwege, Synchronisationen,
    > Kommunikation mit dem Cache, sowie eine gewissen Sicherheit ... abgezogen
    > werden.
    > Folglich wäre das Geschätzte absolute Maximum bei der eine CPU dieser Größe
    > noch Funktionieren könnte vielleicht 1/10 davon also 7GHz.
    > Nun kommen aber noch Produktionsschwankungen, Unreinheiten im Silizium,
    > Energielimits ... hinzu, weshalb ich es für Faszinierend halte, das wir es
    > überhaupt schaffen CPUs mit mehr als 4GHz zu produzieren.
    >
    > --- Um es noch einmal zu sagen, dies sollte nur eine Abschätzung sein und
    > erhebt keinerlei Anspruch auf Richtigkeit. ---

    TL;DR

  4. Re: Taktraten

    Autor: MSW112 17.05.17 - 04:59

    Das ist sicherlich auch ein Grund, der Hauptgrund ist aber schon seit einigen Jahren: Die Abwärme.

    Es ist technisch ohne weiteres möglich einen Singlecore auf den Markt zu werfen, der 6 oder gar 7 Ghz liefert.
    Aber entsprechend hoch ist die Aufnahme und entsprechend Abwärme.
    Schaltet man dagegen einfach zwei (oder eben mehr) Kerne zusammen, hat man nicht nur eine größere Abwärmefläche (die leichter zu kühlen ist), sondern auch die selbe Leistung.

  5. Re: Taktraten

    Autor: Anonymer Nutzer 17.05.17 - 05:49

    blaub4r schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Kann mir mal einer erklären warum der Takt aktueller CPUs quasi gar nicht
    > steigt ? Ist nicht mehr machbar oder warum bleibt der so stabil.

    Scheint der Sweetspot zwischen Leistungsfähigkeit und Stromaufnahme zu sein.

    > Wenn ich da an die Athlon xp Zeiten denke hätte ich gemeint wir sind
    > mittlerweile bei 20 ghz und mehr so sind die monatlich gestiegen.

    Das Hätte Intel mit dem Pentium5 sicher geschafft. Dann wäre die Pipeline noch länger und die Effizienz noch schlechter. Hätten sich aber sicher gut verkauft, vor allem wenn man die Märkte weiterhin über Bestechungsgelder vom Konkurrenten fern gehalten hätte (Media Markt, Dell,...)

  6. Re: Taktraten

    Autor: NaruHina 17.05.17 - 07:21

    Die CPUs haben zwar ähnlich viel takt wie früher, jedoch die Leistung pro takt ist ebenfalls massiv gestiegen...

  7. Re: Taktraten

    Autor: FreiGeistler 17.05.17 - 07:46

    L3G0 schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Rein Physikalisch dürfe nicht viel mehr möglich.
    > --- An alle die meine folgende Aussage vielleicht falsch finden, es sollte
    > nur eine schnelle Abschätzung sein bei der ich aus Unwissenheit viele
    > annahmen treffe. Ich fände es jedoch Spannend wenn jemand mit mehr Wissen
    > und Zeit mich korrigiert. ---
    >
    > Eine Grenze ist die Lichtgeschwindigkeit, welche für unsere hier benötigte
    > Maßeinheit 299.792.458.000 mm/s beträgt. Ich kenne die
    > Lichtgeschwindigkeit im Silizium nicht, daher nehme ich die des Vakuums
    > an.
    [...]

    Dachte, der limitierende Faktor ist mehr die Trägheit der Elektronen in den Dotierungen/Silizium und das Limit bei 5 - 6 Ghz?
    Experimentelle Graphen-Transistoren ("verklebte" Graphen erhalten halbleitende Eigenschaften) schaffen um die 500 Ghz, theoretisch mehrere Thz. Dürfte aber noch 10 - 15 Jahre dauern, bis die Technologie reif ist :-(
    growing-the-terahertz-transistor



    1 mal bearbeitet, zuletzt am 17.05.17 07:48 durch FreiGeistler.

  8. Re: Taktraten

    Autor: Kleba 17.05.17 - 07:49

    Es gibt hier einmal einen Beitrag der einigermaßen darauf eingeht und hier eine Frage-Antwort-Diskussion.
    Nach einem kurzen Querlesen scheint der Hauptgrund zu sein, dass ab einen bestimmten Punkt (in den Antworten der Diskussion wird von ~ 3 Ghz gesprochen) die Hitzeentwicklung exponentiell ansteigt (was wohl auch einer der Hauptgründe ist, dass Mobil-CPUs in Smartphones und Laptops tendenziell deutlich niedriger takten und eher mehr Kerne bekommen). Die höchste Single-Core-Frequenz liegt wohl bei etwa 8,7 Ghz, mit einer Kühlung aus flüssigem Stickstoff.

  9. Re: Entsprechend hoch ist auch...

    Autor: Signator 17.05.17 - 08:14

    Entsprechend hoch ist auch der Energieverlust zur gewonnenen Leistung.
    Diese berühmte Kurve dürfte wohl bei allem gleich sein ;D

    So leicht ist es nicht einfach 6 oder 7GHz in den CPU zu knallen. Dazu müssten dann auch alle anderen Komponenten zusätzlich mitspielen.
    Ich glaube da werden sich Mama und Papa sich auch nicht mehr freuen ihr Kind einfach nur vorm Rechner abgestellt zu haben ;D

  10. Re: Taktraten

    Autor: My2Cents 17.05.17 - 08:34

    Was bringt die schnellste CPU wenn die externe Anbindung nicht analog besser wird - 10% Spezialfälle mal außer acht gelassen?
    Dass sie 20 statt 8 Zyklen auf den Input aus dem Speicher warten darf? Ok, es wurde viel herumgebastelt, Pipelines, Sprungvorhersage, Out of order execution... aber letztendlich sind das alles nur Krücken für die relativ langsame Anbindung des ganzen "drumherum" - Speicher, Schnittstellen... hätte man RAM mit 0 Latenz und vollem CPU-Takt würde die Architektur wesentlich einfacher und schlanker aussehen ;)

    Kerne kann man nie genug haben - ein Blick in den Task-Manager zeigt aktuell 90 Prozesse mit > 1000 Threads. Auch wenn es aufwändiger zu Programmieren ist, der Trend geht bei ziemlich jeder Software in Richtung möglichst hohes Multi-Threading, selbst beim Browser (Chrome).

  11. Re: Taktraten

    Autor: Hotohori 17.05.17 - 12:39

    NaruHina schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Die CPUs haben zwar ähnlich viel takt wie früher, jedoch die Leistung pro
    > takt ist ebenfalls massiv gestiegen...

    Gibt wohl immer noch Leute, die CPUs nach Takt Leistungsmäßig einordnen. Das war vor 10+ Jahren ganz schlimm. "Aber der Intel hat doch einen höheren Takt als der AMD, also schneller!" XD

  12. Re: Taktraten

    Autor: Graveangel 17.05.17 - 12:55

    blaub4r schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Kann mir mal einer erklären warum der Takt aktueller CPUs quasi gar nicht
    > steigt ? Ist nicht mehr machbar oder warum bleibt der so stabil.
    >
    > Wenn ich da an die Athlon xp Zeiten denke hätte ich gemeint wir sind
    > mittlerweile bei 20 ghz und mehr so sind die monatlich gestiegen.


    Es wurde noch nicht erwähnt und ich habe die weiterführenden Links nicht gelesen, aber meines Wissens nach ist die Grenze vor allem durch die Trägheit der Transistoren gegeben.

    Das ist wie bei einer Tür, sie langsam auf und zu zu machen erfordert wenig Kraft und einen Energiebetrag "x".
    Um sie schnell auf und zu zu machen benötigt man in etwa den gleichen Energiebetrag "x", muss diesen aber in viel kürzerer Zeit auf die Tür bringen.
    Die Geschwindigkeit mit der man die Tür beschleunigt ist die Spannung, die Kraft mit der man die bewegt ist die Stromstärke (in Ampere oder mA) und der gesamte Arbeitsaufwand ist die Leistung (in Watt).

    Für das schnelle öffnen und schließen benötigt man jetzt mehr Volt (eine höhere Geschwindigkeit bzw. Spannung), aber die gleiche Kraft.
    Die Leistung pro Schaltung (auf und zu) ist somit in etwa gleichbleibend, die Menge der Schaltungen pro Zeiteinheit hingegen steigend und somit der Verbrauch und die daraus resultierende Abwärme steigend.

    Dazu kommt, dass eine höhere Spannung dazu führen kann, dass Transistoren zerstört werden können oder der Strom stellen überspringt (wie Funken).
    Dadurch ist die maximale Spannung stark begrenzt und wird durch die kleineren Strukturen immer weiter begrenzt.

    Dass die Taktraten stabil bleiben mit kleineren Strukturen liegt vor allem daran, dass kleinere Transistoren weniger Energie benötigen (gleiche Frequenz bei niedrigerer Spannung) und somit die niedrigere maximale Spannung ausgeglichen wird.

    Es gibt sicher noch mehr Wahrheiten dahinter, aber das ist mein Verständnis davon.

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