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极速鲨课堂81:越大越强 CPU咋不做成巴掌大?

我们都知道,CPU的性能和芯片中所拥有的晶体管数量呈正相关。可想而知,在制程不变的前提下,只要芯片的面积翻倍,性能也会相应的提升,像64核128线程的AMD 3990X处理器的封装确实很大,已经有小半个手掌的面积。那么如果把CPU做到巴掌大甚至脸盆大,岂不是就能获得几乎无限的性能了吗?

半个巴掌大的3990X处理器

其实并不是这样的,CPU目前的大小,已经是综合各方面考量之后的最优解。如果无脑堆料增大芯片面积,只会落得性价比暴跌;性能、散热和供电无法平衡;数据传递效率难以满足的下场。

01 价格

CPU的价格可并不只取决于几大硬件厂商的良心,最重要的还是产品的成本。

首先我们要知道,CPU芯片是从一整片晶圆上切割下来的小方块。在现在的技术条件下,晶圆并不能做到完美无瑕,而如果某片CPU所在的区块内出现了瑕疵,这片CPU就成为了废品。

晶圆切割

假设一片晶圆上有5个坏点,分别处在5片CPU的范围内,且晶圆可以切割成100枚CPU,很容易可以得出,这片晶圆的良品率为95%。而如果将CPU的长宽翻倍,晶圆可以切割成25片CPU,那么,5个坏点就会使晶圆的良品率降至80%,成本上的激增是显而易见的。

如果一片晶圆只做成一枚CPU,那么,良品率会无限趋近于0,需要无数片晶圆才能制作出1枚合格的产品。那时的电脑甚至不能用奢侈品来定位,大概只能算传说中才存在的东西了。

02 性能、散热和供电

CPU的散热一直是大问题,随着CPU性能的上升,发热量也随之剧增。面对目前的顶级CPU,360水冷的散热效率也只能勉强够用。如果将核心面积继续增大,乃至翻倍。或许360×360的水冷阵列也无法满足散热要求。

图源网络

而供电方面,目前的主板CPU供电接口最多大概是3*8PIN接口,可以满足1080W的功耗需求,我们日常的电脑电源总功率一般只有五六百W左右,这已经是非常恐怖的数据了。而随着晶体管数量的上升,CPU的功耗也会急剧增高。线程撕裂者3990X的满载功耗已经达到了800W,更高的功耗会给主板和电源带来巨大压力。

03 数据传输效率

虽然CPU与主板之间的数据传输是通过针脚来完成的,但针脚最终也会转接至主板平面,向CPU四周传输而出。虽然CPU面积增大一倍,可以放置针脚的面积也同步增大一倍,但最终传输数据的CPU周长则只能增加0.4倍左右,这样一直增大下去,CPU周围的走线空间最终将会告罄,满足供电和数据传输的要求变得非常困难。

CPU的周长无法随着面积同步增大

正是因为种种限制,CPU才在逐代更新和慢慢优化下,发展成了目前封装大约5厘米见方的标准规格。而大大小小的CPU芯片,也就隐藏在这一封装下面。如果强行把芯片做到封装的大小甚至更大,只能落得事倍功半的效果。

现在,大家明白为什么CPU不能做到巴掌大了吗?

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