এক সময় ছিল যখন CPU ক্লক স্পীড বছর পর বছর ড্রামেটিক্যালি বেড়েছিল। ৯০ এবং ২০০০-এর দশকের শুরুতে প্রসেসরগুলো অবিশ্বাস্য গতিতে বেড়েছিল, এক দশকে ৬০ MHz পেন্টিয়াম চিপ থেকে গিগাহার্টজ-লেভেল প্রসেসর পর্যন্ত পৌঁছাতে।
এখন, যেন হাই-এন্ড প্রসেসরগুলোর ক্লক স্পীড বাড়তেই থেমে গেছে। ডেডিকেটেড ওভারক্লকাররা 베স্ট সিলিকনকে লিকুইড নাইট্রোজেন কুলিং সিস্টেম দিয়ে প্রায় ৯ GHz পর্যন্ত ধাক্কা দিতে পারে, কিন্তু অধিকাংশ ইউজারের জন্য, ৫ GHz একটি লিমিট যা এখনো অতিক্রম করা হয়নি।
Intel একসময় ১০-GHz প্রসেসরে পৌঁছানোর পরিকল্পনা করেছিল, কিন্তু এটা আজ যেন দশ বছর আগের মত অপ্রাপ্য। প্রসেসর ক্লক স্পীড কেন বাড়তে বন্ধ করল? প্রসেসর ক্লক স্পীড কি আবার বাড়তে শুরু করবে, অথবা সেই সময় কি শেষ হয়ে গেছে?
CPU ক্লক স্পীড কেন বাড়ছে না: হিট এবং পাওয়ার
মুরের সূত্র থেকে আমরা জানি, ট্রানজিস্টর সাইজ নিয়মিত সঙ্কুচিত হচ্ছে। এর মানে আরও বেশি ট্রানজিস্টর একটি প্রসেসরে প্যাক করা যায়। সাধারণত এটা মানে বেশি প্রসেসিং পাওয়ার। এখানে আরেকটি ফ্যাক্টর কাজ করছে, যাকে Dennard scaling বলা হয়। এই প্রিন্সিপল বলে যে, একটি নির্দিষ্ট ইউনিট ভলিউমে ট্রানজিস্টর চালানোর জন্য যেটা পাওয়ার লাগে সেটা কনস্ট্যান্ট থাকে এমনকি ট্রানজিস্টর সংখ্যা বেড়েলেও।
যedoch, আমরা Dennard scaling-এর লিমিটের সম্মুখীন হয়েছি, এবং কিছু লোক মুরের সূত্রও স্লো ডাউন হচ্ছে বলে চিন্তিত। ট্রানজিস্টরগুলো এত ছোট হয়ে গেছে যে Dennard scaling আর ধরে নেই। ট্রানজিস্টর ছোট হচ্ছে, কিন্তু সেসব চালানোর জন্য লাগने वाली পাওয়ার বেড়ে যাচ্ছে।
থার্মাল লসও চিপ ডিজাইনে একটি মেজর ফ্যাক্টর। এক চিপে বিলিয়ন বিলিয়ন ট্রানজিস্টর ঠাসিয়ে সেকেন্ডে হাজার হাজারবার অন-অফ করলে প্রচুর হিট উৎপন্ন হয়। ওই হিট হাই-প্রিসিশন এবং হাই-स্পিড সিলিকনের জন্য মেরসাইল। ওই হিট কোথাও যেতে হবে, এবং প্রপার কুলিং সলিউশন এবং চিপ ডিজাইন দরকারリーズনেবল ক্লক স্পীড মেইনটেইন করতে। যত বেশি ট্রানজিস্টর যোগ হবে, তত বেশি রবাস্ট কুলিং সিস্টেম দরকার হবে বেড়ে যাওয়া হিট ট্যাকল করতে।
ক্লক স্পীড বাড়াতেও ভোল্টেজ বাড়াতে হয়, যা চিপের জন্য কিউবিক্যালি পাওয়ার কনসাম্পশন বাড়ায়। তাই ক্লক স্পীড বেড়েলে, আরও হিট জেনারেট হয়, আরও পাওয়ারফুল কুলিং সলিউশন দরকার। সেই ট্রানজিস্টরগুলো চালানো এবং ক্লক স্পীড বাড়াতে বেশি ভোল্টেজ লাগে, যেটা ড্রামেটিক্যালি পাওয়ার কনসাম্পশন বাড়ায়। তাই আমরা ক্লক স্পীড বাড়াতে চাইলে, আমরা পাই যে হিট এবং পাওয়ার কনসাম্পশন ড্রামেটিক্যালি বেড়ে যায়। শেষে, পাওয়ার রিকোয়ারমেন্ট এবং হিট প্রোডাকশন ক্লক স্পীড ইনক্রিজকে পেছনে ফেলে দেয়।
CPU ক্লক স্পীড কেন বাড়ছে না: ট্রানজিস্টর সমস্যা
ট্রানজিস্টর ডিজাইন এবং কম্পোজিশনও আমাদের যেসব সহজ হেডলাইন ক্লক স্পীড একসময় পেতাম সেসব থেকে বাধা দিচ্ছে। যেদ়ো ট্রানজিস্টরগুলো নির্ভরযোগ্যভাবে ছোট হচ্ছে (প্রসেস সাইজ সঙ্কুচিত হওয়ার সাক্ষ্য), সেগুলো আরও দ্রুত অপারেট করছে না। সাধারণত, ট্রানজিস্টরগুলো দ্রুত হয়েছিল কারণ তাদের গেটস (কারেন্টের প্রতিক্রিয়ায় যেটা মুভ করে) পাতলা হয়ে যাচ্ছিল। যedoch, Intel-এর ৪৫nm প্রসেস থেকে, ট্রানজিস্টর গেট প্রায় ০.৯nm মোটা, বা প্রায় এক সিঙ্গেল সিলিকন অ্যাটমের চওড়াই। ভিন্ন ট্রানজিস্টর ম্যাটেরিয়াল দ্রুত গেট অপারেশন দিতে পারে, কিন্তু যেসব সহজ স্পীড ইনক্রিজ আমরা পেতাম সেগুলো সম্ভবত চলে গেছে।
ট্রানজিস্টর স্পীডও ক্লক স্পীডে একমাত্র ফ্যাক্টর নয়। আজকাল, ট্রানজিস্টরগুলো কানেক্ট করার ওয়ায়ারগুলো সমীকরণের বড় অংশ। যেনে ট্রানজিস্টর ছোট হচ্ছে, সেসব কানেক্ট করার ওয়ায়ারও ছোট হচ্ছে। যত ছোট ওয়ায়ার, তত বেশি ইমপিডেন্স এবং কম কারেন্ট। স্মার্ট রাউটিং ট্রাভেল টাইম এবং হিট প্রোডাকশন কমাতে সাহায্য করতে পারে, কিন্তু একটি ড্রামেটিক স্পীড ইনক্রিজ ফিজিক্সের नियम পরিবর্তন করতেই পারে।
উপসংহার: আমরা কি আরও ভালো করতে পারি না?
এটা শুধু ব্যাখ্যা করে কেন দ্রুত চিপ ডিজাইন করা কঠিন। কিন্তু চিপ ডিজাইনের এই সমস্যাগুলো আগেও জিত ছিল, ঠিক না? কেন পর্যাপ্ত রিসার্চ এবং ডেভেলপমেন্টের সাথে সেগুলো আবার জিতা যাবে না?
ফিজিক্সের লিমিটেশন এবং বর্তমান ট্রানজিস্টর ম্যাটেরিয়াল ডিজাইনের কারণে, ক্লক স্পীড বাড়ানো বর্তমানে কম্পিউটেশনাল পাওয়ার বাড়াতে সেরা উপায় নয়। আজ, পাওয়ারে বৃহত্তর উন্নতি আসছে মাল্টি-কোর প্রসেসর ডিজাইন থেকে। ফলস্বরূপ, আমরা AMD-এর সম্প্রতি অফারিংসদেখতে পাচ্ছি, dramati cally ইনক্রিজড নম্বর অফ কোরসহ। সফটওয়্যার ডিজাইন এখনো এই ট্রেন্ডের সাথে ক্যাচ আপ করেনি, কিন্তু এটা চিপ ডিজাইনের প্রাইমারি ডিরেকশন লাগছে।
দ্রুত ক্লক স্পীডের মানে দ্রুত এবং ভালো কম্পিউটার নয়। কম্পিউটার ক্যাপাবিলিটি এখনও বেড়ে যেতে পারে এমনকি প্রসেসর ক্লক স্পীড প্ল্যাটো করলেও। মাল্টি-কোর প্রসেসিং-এর ট্রেন্ড একই হেডলাইন স্পীডে বেশি প্রসেসিং পাওয়ার দেবে, বিশেষত যেনে সফটওয়্যার প্যারাললাইজেশন উন্নত হবে।
