Про быстродействие современных процессоров

[wrest]

Dmitriy40 в сообщении #1231266 писал(а):

На самом деле частота там может и не такая (скорее вдвое меньше ибо DDR же), но биты сменяют друг друга именно за время меньше 100пс.

Вдвое меньше тоже очень быстро по сравнению с десятком сантиметров.
То есть эти биты едут параллельно, все 256 штук, с выводов шины данных микросхемы памяти в процессор (или куда там они едут) на расстояния в десяток сантиметров, и соответственно на протяжении этих десятка сантиметров "живут" несколько разных бит (ибо природу-то не обманешь), но длины путей спроектированы одинаковыми так что все одновременное выехавшие с контактов микросхемы памяти биты доезжают до контактов процессора (или куда там они едут) одновременно, я верно понимаю?

-- 03.07.2017, 17:42 --

Dmitriy40 в сообщении #1231266 писал(а):

Длина волны думаю роли вообще не играет, важнее время прохождения "ступеньки" напряжения.

То есть вы думаете (или знаете), что там фронт сигнала это не синус 10ГГЦ, а круче, скажем 30ГГц (или еще круче) и предприняты какие-то спецмеры чтобы фронт не расплывался (природу, опять же, не сильно-то обманешь и дисперсия должна делать своё черное, размывающее фронт, дело)?

[realeugene]

Munin в сообщении #1231260 писал(а):

Это основной параметр, с которым борются в реальных чипах. Длина межсоединения.

В современных кристаллах внутри используется несколько частот. Вычислительные ядра могут работать со своими регистрами побыстрее. А шины к медленной периферии - помедленнее. Шину при этом можно сделать широкой. Плюс иерархия кэшей. Чем дальше от ядра - тем допустимо медленнее.

-- 03.07.2017, 18:06 --

Alex-Yu в сообщении #1231236 писал(а):

Если линия согласована

А внутри чипов используют согласованные линии?

[Dmitriy40]

wrest
Да, в общем правильно. Небольшое уточнение: биты едут по 32, от каждой микросхемы немного по своему, тактовые сигналы на каждую микросхему свои (как и задержки тоже немного различаются).
Но в таком "путешествии" бит по проводу нет особо удивительного, вспомните хоть широкораспространённый гигабитный ethernet, там "биты" (точнее символы) идут по проводам со скоростью 125Мбит/с на дальность в 100м, а длина волны меньше трёх метров. И ничего, работает.

wrest в сообщении #1231270 писал(а):

То есть вы думаете (или знаете), что там фронт сигнала это не синус 10ГГЦ,

Нет, там далеко не синус, каждый бит там примерно как четверть периода синуса, а то и меньше. И на самом деле экспонента вместо синуса (синус хорош малостью помех, но тут важнее скорость). Если хотите взглянуть на реальную картину сигнала в линии - поищите картинки по словам "глазковая диаграмма", красивые и страшные (в том смысле что надёжно выделить из них сигнал ...).

realeugene в сообщении #1231279 писал(а):

А внутри чипов используют согласованные линии?

Если только через весь чип - яркий пример будет тактовый сигнал. Но там не совсем согласование линии, скорее согласование длин всех ветвей, чтобы сигнал во все точки приходил одновременнно. Остальные сигналы в согласовании собственно и не нуждаются: далеко они не ходят, ёмкости затворов малы (да, это не противоречие, эталоны сравнения разные), сопротивления каналов (источников сигнала) велики, согласование ничего не улучшит.

-- 03.07.2017, 18:17 --

wrest в сообщении #1231270 писал(а):

предприняты какие-то спецмеры чтобы фронт не расплывался (природу, опять же, не сильно-то обманешь и дисперсия должна делать своё черное, размывающее фронт, дело)?

Не то чтобы прям уж меры, просто просчитывают время, за которое напряжение гарантированно изменится на сколько-то (долей) вольт и всё. Это время и будет тактовой частотой. И жёстко ограничивают худшие параметры линии связи (провода), чтобы не вылезти за расчётные времена. Плюс добавляют самонастройку (самокалибровку) линий связи при включении устройства для обеспечения этих вот условий.

[Munin]

Alex-Yu в сообщении #1231263 писал(а):

Не надо передергивать. Речь была о том, что сопротивление соединительных проводников второстепенно. В реальном чипе их вообще можно считать идеальными проводниками. В отличие от сопротивления каналов транзисторов.

Вот это как раз и есть враньё.

Удельное сопротивление - да, у каналов транзисторов выше. Но сами каналы обычно короткие, а межсоединения - бывают очень длинные.

Alex-Yu в сообщении #1231263 писал(а):

Перезарядка емкости здесь совсем ни при чем. Постоянная времени зарядки затвора определяется сопротивлением КАНАЛА транзистора, а никак не сопротивлением проводов.

А зачем тогда их стремятся короткими сделать? Все layout design & timing analysis tools на это нацелены.

(Оффтоп)

Ох, я-то надеялся летом отдохнуть...

Dmitriy40 в сообщении #1231266 писал(а):

99.99% транзисторов работают на затворы соседних транзисторов.

Ну, как прям 99,99 %... Я бы на глаз сказал, что 90 %, причём эта цифра может гулять ещё на десятки процентов. В RAM arrays, например, вообще половина или около того.

[realeugene]

Tauon в сообщении #1231202 писал(а):

Так нельзя ли этот вакуум пристроить внутрь процессора

Скорость распространения сигнала по проводнику - это только один из важных параметров технологии. Хитростей в чипах применяется множество для обеспечения работоспособности системы в целом на максимальной частоте. Не вакуум, но напряженный кремний, например. В целом тут уже упоминалось, что сейчас скорость компьютера отграничивает тепловыделение. Которое сваязано не только с потерями на переключение, но и со статическими потерами. В общем, эта область очень сложная и всё, что сейчас технологически реализуемо, наверняка и так применяется.

[Munin]

realeugene в сообщении #1231279 писал(а):

В современных кристаллах внутри используется несколько частот. Вычислительные ядра могут работать со своими регистрами побыстрее. А шины к медленной периферии - помедленнее. Шину при этом можно сделать широкой. Плюс иерархия кэшей. Чем дальше от ядра - тем допустимо медленнее.

Ну и чё вы этим сказали. Да, всё так. Однако внутри ядра межсоединения всё равно длинные. (Вот не знаю, в SOC принято делать разные IP-блоки на одинаковых частотах или нет. Вы не подскажете?)

[realeugene]

Dmitriy40 в сообщении #1231282 писал(а):

125Мбит/с

Вы перепутали мегабиты с мегагерцами :)

-- 03.07.2017, 18:25 --

Dmitriy40 в сообщении #1231282 писал(а):

Но там не совсем согласование линии, скорее согласование длин всех ветвей

Это две большие разницы. Но и согласование длин всех ветвей - это тоже неверно. Точно всё равно не согласуешь, так что, все задержки клоков и линий данных просто аккуратно учитываются и согласовываются (задержки, а не линии).

[Dmitriy40]

realeugene в сообщении #1231285 писал(а):

сейчас скорость компьютера отграничивает тепловыделение. Которое сваязано не только с потерями на переключение, но и со статическими потерами.

Нет, статические потери для 100Вт процессора составят пару ватт. А для экономичных процессоров (по чуть другому техпроцессу с теми же нормами) - вообще доли ватта для всего процессора.

realeugene в сообщении #1231287 писал(а):

Вы перепутали мегабиты с мегагерцами :)

Скорее с Мбод, но с битами было понятнее. А Гц в этих бодах (символах в секунду) ещё вдвое меньше.

-- 03.07.2017, 18:29 --

Munin в сообщении #1231283 писал(а):

Ну, как прям 99,99 %... Я бы на глаз сказал, что 90 %, причём эта цифра может гулять ещё на десятки процентов. В RAM arrays, например, вообще половина или около того.

Да, пожалуй с процентами я погорячился. И не только для памяти, многое и в логике реализуется не чисто на комплементарных парах. Но сопротивление проводов в любом случае во много раз меньше сопротивления каналов - что собственно и позволяет применять в локальных соединениях поликристаллический кремний, а не лишь металл.

[realeugene]

Munin в сообщении #1231286 писал(а):

SOC принято делать разные IP-блоки на одинаковых частотах или нет. Вы не подскажете?

В известных мне SOC была иерархия клоков и набор частот. Как и иерархия шин. Для группы периферии можно было програмно выбрать требуемую рабочую частоту. Предельная рабочая частота периферии как правило ниже частоты ядра.

-- 03.07.2017, 18:31 --

Dmitriy40 в сообщении #1231291 писал(а):

Скорее с Мбод, но с битами было понятнее. А Гц в этих бодах (символах в секунду) ещё вдвое меньше.

Вообще-то в RJ-45 всего четыре пары ;)

-- 03.07.2017, 18:35 --

Munin в сообщении #1231286 писал(а):

Однако внутри ядра межсоединения всё равно длинные.

Длинные межсоединения конвейеризуются. Как и глубокая логика.

[Dmitriy40]

realeugene в сообщении #1231294 писал(а):

Вообще-то в RJ-45 всего четыре пары ;)

Вики.

[Munin]

realeugene в сообщении #1231287 писал(а):

Но и согласование длин всех ветвей - это тоже неверно. Точно всё равно не согласуешь

В аналоговых трактах точно согласовывают, там есть приёмы для этого. А в цифровых - можно линейку буферов с синхронизацией поставить, и она всё подравняет.

Dmitriy40 в сообщении #1231291 писал(а):

Но сопротивление проводов в любом случае во много раз меньше сопротивления каналов

Да что за чушь-то!?

Dmitriy40 в сообщении #1231291 писал(а):

что собственно и позволяет применять в локальных соединениях поликристаллический кремний, а не лишь металл.

В локальных, заметьте. А быстродействие чипа ограничивают не они.

-- 03.07.2017 18:44:03 --

realeugene в сообщении #1231294 писал(а):

В известных мне SOC была иерархия клоков и набор частот.

Иерархия - в том смысле, что все они друг другу кратные? Не бывает частот с нецелыми отношениями? Ну, в общем, я так и думал: зачем дизайнерам наживать себе чирей на ровном месте...

realeugene в сообщении #1231294 писал(а):

Длинные межсоединения конвейеризуются.

Это один из приёмов, да. Их много. Но проблема всё равно стоит, иначе бы и приёмов не потребовалось. Она одна из центральных в layout design. А Alex-Yu взял и заявил, что её просто нет. Офигеть. (Не, есть, конечно, СВЧ-техника...)

[wrest]

Dmitriy40 в сообщении #1231282 писал(а):

Но в таком "путешествии" бит по проводу нет особо удивительного, вспомните хоть широкораспространённый гигабитный ethernet, там "биты" (точнее символы) идут по проводам со скоростью 125Мбит/с на дальность в 100м, а длина волны меньше двух метров. И ничего, работает.

Не, я и не удивляюсь. Throughput это, конечно, не быстродействие. Я просто не знал что в параллельных интерфейсах делают так, что на линии может находиться несколько сигналов.
Связанные с этим трудности ранее неизменно приводили к вытеснению параллельных интерфейсов последовательными (и синхронных интерфейсов асинхронными), значит пока до оперативной памяти дело еще не дошло, хотя вопрос, видимо, созрел.

[realeugene]

Dmitriy40 в сообщении #1231299 писал(а):

Вики
.

ОК, 250 МБит/с, 125 МБод/с, спектр ещё почти в два раза уже.

-- 03.07.2017, 18:49 --

Munin в сообщении #1231300 писал(а):

Иерархия - в том смысле, что все они друг другу кратные? Не бывает частот с нецелыми отношениями?

Врать не буду, не помню. В принципе, FIFO с полностью асинхронными портами можно сделать довольно надёжными. Так что, не вижу проблем в нецелых отношениях.

Иерархия в том смысле, что есть быстрые шины со сложными протоколами, по которым гоняют большие потоки, и простые медленные шины для доступа к медленной периферии. Медленные шины поключаются к быстрым, но большие потоки данных на них не заходят.

-- 03.07.2017, 18:59 --

wrest в сообщении #1231301 писал(а):

что на линии может находиться несколько сигналов.

На линии один сигнал, но многоуровневый, который кодирует сразу несколько бит. Во флешах, сейчас тоже по несколько бит в ячейке кодируют.

[wrest]

realeugene в сообщении #1231302 писал(а):

На линии один сигнал, но многоуровневый, который кодирует сразу несколько бит.

Ну в упоминаемом 1000BASE-T уровней 5 а кодируемых бит -- два. А сигналов на 100-метровой длине получается таки несколько десятков. Но я не знаю насколько там параллельный интерфейс -- идет ли по обоим парам тот же байт или все-таки разные.

При частоте следования сигналов 100 пикосекунд на контактах микросхем памяти GDDR5X и длине линии в десятки сантиметров, как тут говорилось, сигналов на линии будет опять же несколько (5-10).

[realeugene]

wrest в сообщении #1231301 писал(а):

Я просто не знал что в параллельных интерфейсах делают так, что на линии может находиться несколько сигналов.

В параллельные цифровые интерфейсы ещё и эквалайзеры с эхоподавителями встраивают. А что делать, если нужно повысить пропускную способность канала, а спектр ограничен?

-- 03.07.2017, 19:13 --

wrest в сообщении #1231311 писал(а):

А сигналов на 100-метровой длине получается таки несколько десятков.

Не сигналов, а периодов сигнала. В радиоэфире их могут быть десятки тысяч, а для дальней космической связи даже предстаивть сложно сколько, считать нужно.

-- 03.07.2017, 19:20 --

wrest в сообщении #1231311 писал(а):

Но я не знаю насколько там параллельный интерфейс -- идет ли по обоим парам тот же байт или все-таки разные.

Там модем. Пакет байт преобразуется в поток символов. Кстати, символ - это 5-уровневая модуляция сразу по 4 линиям, так что, 1000 Мбит/с=125 Мбод/с. 1 символ - 1 байт. Плюс отдельно кодируется служебная информация, старт/стоп например. $5^4=625$, а для передачи байта достаточно 256 значений, так что, избыточности хватает.

-- 03.07.2017, 19:28 --

wrest в сообщении #1231311 писал(а):

При частоте следования сигналов 100 пикосекунд на контактах микросхем памяти GDDR5X и длине линии в десятки сантиметров, как тут говорилось, сигналов на линии будет опять же несколько (5-10).

В PCIe время задержки на линии может составлять много тактов. Такие линии, разумеется, тщательно согласованные.