Qu'est-ce qui fait la vitesse d'un processeur ? - Carte mère - Hardware
Marsh Posté le 25-02-2004 à 02:53:08
je ne pense pas être assez qualifié pour te sortir un cours sur l'architecture interne du processeur d'un pc, je laisse plutôt la parole sur ce sujet à quelqu'un de qualifié.
Par contre il y a quelque chose de très évident, que tu aies un 386 à 16 mhz ou un p4c à 3ghz le courant circule bien sûr a la même vitesse à l'intérieur, vu que la vitesse du courant est constante.
Marsh Posté le 25-02-2004 à 03:06:36
ccp6128 a écrit : je ne pense pas être assez qualifié pour te sortir un cours sur l'architecture interne du processeur d'un pc, je laisse plutôt la parole sur ce sujet à quelqu'un de qualifié. |
+1
Marsh Posté le 25-02-2004 à 04:11:58
Heu.. j'vais p'têt dire une connerie parce que tu affirmes la constance de la vitesse du courant avec tellement d'assurance, mais la vitesse du courant n'est elle pas tributaire de la conductivité (pureté) du matériaux dans laquelle il se déplace ?
Un exemple, la conductivité d'un métal avec presque pas d'impureté n'est-elle pas meilleure que celle d'un métal totalement oxydé ? (je prend deux extrème, mais c'est une image).
Marsh Posté le 25-02-2004 à 04:29:53
Je ne pourrais pas t'affirmer avec certitude que la vitesse d'un électron est constante dans tous les milieux, je t'avoue même que je ne sais pas vu que j'ai juste appris qu'un électron dans un fil de cuivre se déplace à 1mm/s environ
Par contre, que ce soit pour un fil, ou un processeur, il y a ce principe simple: les électrons se poussent l'un l'autre. Donc dès qu'il y en a un qui entre dans un milieu, il y en a un qui en sort, et ceci à vitesse de la lumière ou presque. Donc quel que soit le milieu (sauf isolant) on peut considérer que le courant le parcourt à vitesse de la lumière, donc constante.
Marsh Posté le 25-02-2004 à 04:36:29
en réfléchissant plus à ta question tu te trompes effectivement, puisque la conductivité est la capactité d'un métal à conduire plus ou moins bien les électrons, donc elle n'influence aucunement leur vitesse (a cause du principe du "train" ) mais le nombre d'électrons qui circulent dans un laps de temps.
Oki je suis vraiment fatigué là, je crois que je vais aller me coucher
Marsh Posté le 25-02-2004 à 04:37:27
je vous conseil www.x86-secret.com vous y trouverez surment la réponse sur le site ou sur le forum
Marsh Posté le 25-02-2004 à 09:19:32
Citation : on peut considérer que le courant le parcourt à vitesse de la lumière, donc constante. |
Faux. La vitesse de déplacement de l'information sur une ligne de transmission dépendra de la géométrie de celle-ci et des constantes diélectriques des matériaux la constituant. En gros, dans un CPU c'est ~= c/sqrt(eps) où eps est la constante diélectrique dans la couche d'interco. La formule est valable pour une ligne mircroruban et donc est de moins en moins correcte vu que les interconnexions ont désormais des rapport W/H (largeur/hauteur) proche de l'unité, voire inférieurs à ceele-ci (or pour une ligne microruban on veut W/H >> 1).
De toute façon, c'est pas encore le temps de transmission sur les interconnexions qui limite la fréquence de fonctionnement des processeurs (quoiqu'on y arrive doucement).
Marsh Posté le 25-02-2004 à 09:46:06
Blue Apple a écrit :
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Ouch ...
C'est visiblement pas un article d'initiation à la micro dans Marie-Claire
Marsh Posté le 25-02-2004 à 09:51:19
ReplyMarsh Posté le 25-02-2004 à 10:04:24
Blue Apple a écrit :
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heu...
oui, mais non
ça ce sont les cours théoriques de microélectronique pour un milieu diélectrique constant(ligne microruban dont tu donne l'exemple)
quand on parle de microprocesseur, on parle de millions de transistors en intéraction
la vitesse de l'électron dans ce genre de milieux est variable, en fonction de la tension réelle interne et de la fréquence de fonctionnement, mais reste tout de même constante dans chaque transistor(équation de conservation du courant)
quoi je suis pas clair....
alors I=f(V interne, f)=cste
ce qui ne veux pas dire que I1 sera tjrs égal à I2
(je reste à disposition pour de plus amples renseignements )
mais ça ne répond pas à la question de notre ami
ce qui limite la montée en fréquence des transistor, pour ma part je pense qu'il y a une grande part de marketting
c'est plus rentable de passer de 2GHz à 2.1 à 2.2 à 2.3 etc....
que de passer de 2GHz à 5 à 10
10GHz étant la limite que ne peux pas dépasser un transistor en silicium et donc la limite de tout transistor en silicium (en l'état actuel de la recherche, peut être qu'on trouvera un moyen pour passer cette barrière mais rien n'est moins sur)
donc ce qui limite la montée en fréquence, c'est la finesse de gravure et le matériaux en lui même
Marsh Posté le 25-02-2004 à 11:22:19
C'est pas l'horloge qui fait la fréquence ??? lol
Les électrons ne se déplacent pas dans les fils, ils restent sur place, attachés à leur atomes, c'est le champ électrique qui joue.
Vitesse de la lumière : 300 000 km/s (ds le vide, mais bon, ça simplifie).
300 MHz, un top d'horloge fait 1 mètre de déplacement lumière, 3GHz 10 cm. Faut que tous les organes concernés soient à la distance adhoc pr tenir compte du retard à l'arrivée des infos (signal champ électrique).
Marsh Posté le 25-02-2004 à 11:31:47
Citation : La vitesse de déplacement de l'information sur une ligne de transmission dépendra de la géométrie de celle-ci et des constantes diélectriques des matériaux la constituant. En gros, dans un CPU c'est ~= c/sqrt(eps) où eps est la constante diélectrique dans la couche d'interco. La formule est valable pour une ligne mircroruban et donc est de moins en moins correcte vu que les interconnexions ont désormais des rapport W/H (largeur/hauteur) proche de l'unité, voire inférieurs à ceele-ci (or pour une ligne microruban on veut W/H >> 1). |
Citation : quand on parle de microprocesseur, on parle de millions de transistors en intéraction |
Citation : Les électrons ne se déplacent pas dans les fils, ils restent sur place, attachés à leur atomes, c'est le champ électrique qui joue. |
..... y'a de ces ouffff ici
Marsh Posté le 25-02-2004 à 11:35:30
HidE a écrit : , ça pourrait devenir intéréssant |
->
Moi j'ai apprit ça en cours d'achitecture mais j'ai pas honte de dire que je me suis endormis pendant le cours et que je suis incapable de répondre de manière précise à cette question .. ceux qui savent pas et qui tente de répondre c'est .
Et puis d'ailleur j'ai qu'à ouvrir mon bouquin et trouver la réponse vite fait .
Marsh Posté le 25-02-2004 à 11:39:42
chaced a écrit : et les transistors ? je présume qu'ils ne commutent pas a la meme vitesse sur une 386 et un P4... |
C'est clair
Seek :
Bon moi aussi je vais jeter quelques mots sur le sujet
La fréquence c'est important pour une architecture donnée; mais on ne peut pas comparer deux architectures différentes naïvement.
Pour essayer de faire simple, on va dire qu'en fonction de l'architecture un processeur sera capable de traiter plus ou moins d'instructions dans un seul cycle d'horloge.
De plus le nombre d'instructions traitées sur un processeur ne sera pas non plus comparable au nombre d'instructions traitées sur un autre processeur; pour le dire de manière très schématique sur une architecture on pourra avoir besoin de plusieurs instructions pour faire l'équivalent d'une seule instruction sur une autre archi ( historiquement on peut prendre l'exemple de la comparaison RISC / CISC qui n'a plus vraiment la même signification aujourd'hui ).
En fait il y a beaucoup de choses à dire sur ce sujet!
Si tu lis un peu l'anglais je te conseille l'article suivant qui est un peu vieux, mais toujours intéressant:
http://www.arstechnica.com/cpu/4q9 [...] rvc-1.html
Edit : je n'ai pas répondu à ta question d'un point de vue electro, c'est clair, mais je pense que ce qui t'interesse en fait c'est de savoir pourquoi un processeur est plus rapide qu'un autre, non ?
Marsh Posté le 25-02-2004 à 11:43:25
bah c'est un peu comme les Athlon et pentium nan ? (j'y connai rien)
un pentium à 1900Mhz sera moins performant qu'un Athlon a 1900Mhz... c'est dû à l'architecture ça, paske en fréquence brute c'est la meme chose...
Marsh Posté le 25-02-2004 à 11:51:27
Nicool a écrit : |
+1 pour la puissance de calcul
ce n'est pas la même chose que la montée en fréquence
la question posée peux aussi être interprêtée de cette manière et en fait c'est plus de ce côté (optimisation d'une architecture) qu'il faudra rechercher de la puissance de calcul
Marsh Posté le 25-02-2004 à 11:59:53
Citation : quand on parle de microprocesseur, on parle de millions de transistors en intéraction |
Oui, des centaines de millions de transistors organisés en blocs fonctionnels reliés entre eux par les couches d'interco les plus élevées qui se comportent comme de simples lignes de transmission. Sans parler du système de distribution du signal d'horloge (près de la moitié du budget puissance par les temps qui courent) qui n'est finalement qu'un réseau très dense de lignes de transmission (avec éventuellement des realis quoique ce ne soit pas tjrs nécessaire, cfr l'excellent article sur le réseau du POWER4 dans le journal de rcherche d'IBM).
Parler de vitesse de transmission dans les portes logiques elles-mêmes n'a guère de sens. Celles-ci sont simplement caractérisées par le temps nécessaire une fois qu'il y a des entrées stables pour obtenir une sortie stable. Ce temps dépend des caractéristiques des transitors (géométrie, dopage...), de la tension d'alimentation et surtout du design de la porte elle-même (une porte en CMOS statique ressemblera à une tortue à côté de la même en logique à domino NMOS)). Le nombre de sortie raccordées aura lui aussi évidemment une grande influence sur le résultat.
Dans un CPU moderne, le budget temps de l'étape la plus lente du pipeline dicte la fréquence maximale de fonctionnement (f = 1/temps, of course). Celui-ci peut se décomposer en
1) temps de passage au travers des diverses portes
2) temps passé dans les couches d'interco
3) incertitude (marge) sur le signal d'horloge (clock skew)
Ces facteurs sont donnés par ordre d'importance aujourd'hui - bien que le P4 ait certaines étapas qui servent simplement à transporter l'info et donc dominés exclusivement par 2) - mais la situation évolue avec les process de plus en plus avancés. En effet, 1) continue à baisser tandis que 2) reste +/- constant lorsque l'on réduit la taille des crcuits (d'où le développement de process intégrant des matériaux à constante diélectrique faible pour les couches d'interco). 3) semble maîtrisé aujourd'hui mais reste une limite 'hard' lorsque l'on cherche les limites théoriques du pipelining.
Marsh Posté le 25-02-2004 à 12:04:10
je vais faire un resumer de ce que je me rappele des cours d'architecture
Rappel :
386SX -> 32bits interne, 16bits externe.
386DX -> 32bits interne, 32bits externe.
486SX -> 386DX + 8ko de cache
486DX -> 486SX + copro 487SX
Pentium -> Double ALU d'un 486SX + Copro + Pipeline
Pentium2 -> Pipeline ettendu, unité de prédiction des branchements, cache externe à 1/2 fréquence cpu, d'habitude soudé a la carte et a la vitesse du FSB.
Pentium3 -> Pentium2 avec Cache Level2 intégré et a pleine fréquence.
Pentium4 -> Architecture Burst, conçu pour monter en fréquence, enorme pipelining !!! qui ralentit le systeme mais, permet d'augmenter la fréquence.
Bien sur, avec une meilleure gravure, la fréquence augmente, les transistors sont plus vif....
Je rapelle que la mise en pipeline permet de meilleures performances, toutes les instructions sont mises a la suite dans le pipeline, et les unités travaillent a flux tendu car quand une unité a finie, elle passe son travail a la seconde... probleme, si l'unitée de prediction se plante (ce n'est pas madame soleil) il faut vider la pipeline et tout recommencer.
pour l'athlon, c'est une autre histoire, c'est un cpu risc avec convertisseur cisc en sortie, ce qui fonctionne plutot bien, et comme ça pipeline est plus petite que sur le P4, il est plus rapide a fréquence identique, mais monte bien moins haut, d'ou l'apparition du fameux PR Rating!
Marsh Posté le 25-02-2004 à 12:18:44
Citation : 386SX -> 32bits interne, bus 16bits externe. |
Voilà, c'est un peu mieux.
Citation : c'est un cpu risc avec convertisseur cisc en sortie |
Ca, ça ne veut absolument rien dire. Ce qui caractérise une architecture RISC ou CISC, c'est son jeu d'instruction, c-à-d comment elle parait au programmeur. Il serait plus correct de dire que les K5, K6, P6 ou P4 ont en leur coeur une architecture load/store avec format d'instruction fixe (ce qui est la caractéristique des CPU RISC) tandis que les processeurs de chez Transmeta ont un coeur VLIW. Mais ils restent tous des processeurs x86 et donc CISC.
Marsh Posté le 25-02-2004 à 12:28:48
en gros et pôur faire simple :
plus ya d'instructions , mois c rapide ( différence entre risc et x86 ) sur les calculs de base ( virgule flottante )
plus ya de bits de traiement simultané , 16 ,32,64 .. etc plus rapide sera me traiement , si le prog est optimisé et utilise tous les bits
plus ya de couches , mois c rapide ( delay de traitement de couche a couche )
-> cas du p4e et du p4c
plus ya de couches , mieux sa monte en fréquence ( cas du p4e )
plus c'est gravé fin , plus vite le déclenchement des portets des transistors intégré se fait , d'ou , plus l'on grave fin, plus on peu monter en fréquence , un autre fait intervient , vu que l'on grave plus fin, on on besoind e moins de watt pour executer la meme tache , a meme fréquence , sur un meme circuit ( voir les Xp 0.18 et les 0.13 )
une conséquence de ce dernier fait est que plus on grave fin, plus a voltage équivalent ion peu monter en fréquence ( cas des xp 0.13 et 0.18 )
Marsh Posté le 25-02-2004 à 12:50:17
pour en revenir a la question de base, ce qui fait -grandement- augmenter la vitesse d un processeur, c est la finesse de la gravure du circuit, laquelle facilite la transmission de l impulsion electrique. C est l un des enjeux actuels majeurs pour les fabriquants de puce.. On en est à 0.13U je crois ces temps ci et il y a des processeurs qui se dirigent vers 0.09 voire 0.0845 a ce que j ai pu lire.
De ce que j en ai compris, plus la gravure est fine, moins il y a de frottements et de desordre dans le flux electronique. Or, ce qui freine reellement l acces a des vitesses de flux elevés, c est la surchauffe du processeur (gravure plus fine=moins de surchauffe=augmentation du FSB sans risque de tout cramer)
voila, enfin, c est une partie du prob je crois
Marsh Posté le 25-02-2004 à 12:57:13
Blue Apple a écrit :
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désolé, je ne me suis pas relu, c'est un CPU risc a convertisseur X86 bien sur et ça fait 5 ans que j'ai eu le cours de microprocesseur et bus
Marsh Posté le 25-02-2004 à 13:00:47
pierrot-belge a écrit : 10GHz étant la limite que ne peux pas dépasser un transistor en silicium et donc la limite de tout transistor en silicium (en l'état actuel de la recherche, peut être qu'on trouvera un moyen pour passer cette barrière mais rien n'est moins sur) |
Là se situe ton erreur, la limite de 10GHz étant donnée par la taille d'un atome de silicium, et donc la finesse de gravure maximale... (30nm je crois)
Marsh Posté le 25-02-2004 à 13:16:42
carbon_14 a écrit : |
Mhhh, ça me parait bizarre le coup des electrons qui restent collés à leurs atomes : c'est la définition d'un isolant ça...
Il faut obligatoirement des electrons libres pour que tout ce bordel puisse marcher quand même!
Marsh Posté le 25-02-2004 à 13:20:32
Gigathlon a écrit : |
oui je me rappelais bien de la limite de 10Ghz, mais je me rappelais plus de la limite de gravure
Marsh Posté le 25-02-2004 à 00:46:21
Je veux dire électroniquement, qu'est-ce qui fait que le courant passe plus vite d'une puce a l'autre ? sa miniaturisation ?