এক সময় ছিল যখন সিপিইউ ঘড়ির গতি বছরের পর বছর নাটকীয়ভাবে বৃদ্ধি পায়। 90-এর দশকে এবং 2000-এর দশকের শুরুর দিকে প্রসেসরগুলি অবিশ্বাস্য গতিতে বৃদ্ধি পায়, এক দশকের মধ্যে 60 মেগাহার্টজ পেন্টিয়াম চিপ থেকে গিগাহার্টজ-স্তরের প্রসেসরগুলিতে শুটিং করা হয়৷
এখন, মনে হচ্ছে এমনকি হাই-এন্ড প্রসেসরগুলি তাদের ঘড়ির গতি বৃদ্ধি করা বন্ধ করে দিয়েছে। ডেডিকেটেড ওভারক্লকারগুলি তরল নাইট্রোজেন কুলিং সিস্টেমের সাথে সর্বোত্তম সিলিকনকে প্রায় 9 GHz করতে বাধ্য করতে পারে, তবে বেশিরভাগ ব্যবহারকারীর জন্য, 5 GHz একটি সীমা যা এখনও অতিক্রম করা হয়নি৷
ইন্টেল একবার 10-গিগাহার্টজ প্রসেসরে পৌঁছানোর পরিকল্পনা করেছিল, তবে এটি দশ বছর আগের মতো আজও নাগালের বাইরে রয়েছে। কেন প্রসেসর ঘড়ি গতি বৃদ্ধি বন্ধ? প্রসেসরের ঘড়ির গতি কি আবার বাড়তে শুরু করবে, নাকি সেই সময় পেরিয়ে গেছে?
কেন CPU ঘড়ির গতি বাড়ছে না:তাপ এবং শক্তি
আমরা মুরের সূত্র থেকে জানি, ট্রানজিস্টরের আকার নিয়মিতভাবে সঙ্কুচিত হচ্ছে। এর মানে আরও ট্রানজিস্টর একটি প্রসেসরে প্যাক করা যেতে পারে। সাধারণত এই বৃহত্তর প্রক্রিয়াকরণ ক্ষমতা মানে। খেলার মধ্যে আরেকটি ফ্যাক্টর আছে, ডেনার্ড স্কেলিং বলা হয়। এই নীতিটি বলে যে একটি নির্দিষ্ট ইউনিট ভলিউমে ট্রানজিস্টর চালানোর জন্য প্রয়োজনীয় শক্তি ট্রানজিস্টরের সংখ্যা বাড়লেও স্থির থাকে৷
যাইহোক, আমরা ডেনার্ড স্কেলিং এর সীমার সম্মুখীন হতে শুরু করেছি, এবং কেউ কেউ চিন্তিত যে মুরের আইন ধীর হয়ে যাচ্ছে। ট্রানজিস্টর এত ছোট হয়ে গেছে যে ডেনার্ড স্কেলিং আর ধরে না। ট্রানজিস্টর সঙ্কুচিত হয়, কিন্তু তাদের চালানোর জন্য প্রয়োজনীয় শক্তি বৃদ্ধি পায়।
তাপীয় ক্ষতিও চিপ ডিজাইনের একটি প্রধান কারণ। একটি চিপে কোটি কোটি ট্রানজিস্টর ক্র্যাম করা এবং প্রতি সেকেন্ডে হাজার হাজার বার চালু এবং বন্ধ করার ফলে এক টন তাপ তৈরি হয়। সেই তাপ উচ্চ-নির্ভুলতা এবং উচ্চ-গতির সিলিকনের জন্য মারাত্মক। সেই তাপকে কোথাও যেতে হবে, এবং যুক্তিসঙ্গত ঘড়ির গতি বজায় রাখার জন্য সঠিক শীতল সমাধান এবং চিপ ডিজাইনের প্রয়োজন। যত বেশি ট্রানজিস্টর যোগ করা হবে, বর্ধিত তাপকে সামঞ্জস্য করার জন্য কুলিং সিস্টেম তত বেশি শক্তিশালী হতে হবে।
ঘড়ির গতি বৃদ্ধিও ভোল্টেজ বৃদ্ধিকে বোঝায়, যা চিপের জন্য বিদ্যুতের খরচে ঘনক বৃদ্ধির দিকে পরিচালিত করে। তাই ঘড়ির গতি বাড়ার সাথে সাথে আরও তাপ উৎপন্ন হয়, আরও শক্তিশালী শীতল সমাধানের প্রয়োজন হয়। এই ট্রানজিস্টর চালানোর জন্য এবং ঘড়ির গতি বাড়ানোর জন্য আরও ভোল্টেজের প্রয়োজন হয়, যা নাটকীয়ভাবে বেশি বিদ্যুতের খরচের দিকে পরিচালিত করে। তাই যখন আমরা ঘড়ির গতি বাড়ানোর চেষ্টা করি, আমরা দেখতে পাই যে তাপ এবং বিদ্যুতের ব্যবহার নাটকীয়ভাবে বৃদ্ধি পায়। শেষ পর্যন্ত, বিদ্যুতের প্রয়োজনীয়তা এবং তাপ উৎপাদনের বাইরের গতি ঘড়ির গতি বৃদ্ধি পায়।
কেন CPU ঘড়ির গতি বাড়ছে না:ট্রানজিস্টরের সমস্যাগুলি
ট্রানজিস্টর ডিজাইন এবং কম্পোজিশনের সহজ শিরোনাম ঘড়ির গতি আমরা একবার দেখেছি তা প্রতিরোধ করছে। যদিও ট্রানজিস্টরগুলি নির্ভরযোগ্যভাবে ছোট হয়ে আসছে (সময়ের সাথে সাথে সাক্ষী সঙ্কুচিত প্রক্রিয়ার আকার), তারা আরও দ্রুত কাজ করছে না। সাধারণত, ট্রানজিস্টরগুলি দ্রুততর হয়েছে কারণ তাদের গেটগুলি (যে অংশটি কারেন্টের প্রতিক্রিয়ায় চলে) পাতলা হয়ে গেছে। তবুও ইন্টেলের 45nm প্রক্রিয়ার পর থেকে, ট্রানজিস্টর গেটটি প্রায় 0.9nm পুরু, বা একটি একক সিলিকন পরমাণুর প্রস্থ। যদিও বিভিন্ন ট্রানজিস্টর উপাদান দ্রুত গেট পরিচালনার জন্য অনুমতি দিতে পারে, আমাদের একবার যে সহজ গতি বৃদ্ধি পেয়েছিল তা সম্ভবত চলে গেছে।
ট্রানজিস্টরের গতিও আর ঘড়ির গতির একমাত্র কারণ নয়। আজ, ট্রানজিস্টরগুলির সাথে সংযোগকারী তারগুলিও সমীকরণের একটি বড় অংশ। ট্রানজিস্টর যেমন সঙ্কুচিত হয়, তেমনি তারগুলিকে সংযুক্ত করে। তারগুলি যত ছোট হবে, প্রতিবন্ধকতা তত বেশি হবে এবং কারেন্ট কম হবে। স্মার্ট রাউটিং ভ্রমণের সময় এবং তাপ উত্পাদন কমাতে সাহায্য করতে পারে, তবে একটি নাটকীয় গতি বৃদ্ধির জন্য পদার্থবিজ্ঞানের নিয়মগুলির পরিবর্তনের প্রয়োজন হতে পারে৷
উপসংহার:আমরা কি আরও ভাল করতে পারি না?
এটি কেবল ব্যাখ্যা করে কেন দ্রুত চিপ ডিজাইন করা কঠিন। কিন্তু চিপ ডিজাইনের সাথে এই সমস্যাগুলি আগে জয় করা হয়েছিল, তাই না? পর্যাপ্ত গবেষণা ও উন্নয়নের মাধ্যমে কেন তাদের আবার কাবু করা যায় না?
পদার্থবিজ্ঞানের সীমাবদ্ধতা এবং বর্তমান ট্রানজিস্টর উপাদান ডিজাইনের জন্য ধন্যবাদ, ঘড়ির গতি বৃদ্ধি করা বর্তমানে গণনা শক্তি বাড়ানোর সেরা উপায় নয়। আজ, মাল্টি-কোর প্রসেসর ডিজাইন থেকে পাওয়ারে আরও বেশি উন্নতি আসে। ফলস্বরূপ, আমরা AMD-এর সাম্প্রতিক অফারগুলির মতো চিপগুলি দেখতে পাই, যেখানে একটি নাটকীয়ভাবে বর্ধিত কোরের সংখ্যা রয়েছে। সফ্টওয়্যার ডিজাইন এখনও এই প্রবণতাকে ধরতে পারেনি, তবে এটি আজ চিপ ডিজাইনের প্রাথমিক দিক বলে মনে হচ্ছে৷
দ্রুত ঘড়ির গতির মানে দ্রুততর এবং ভালো কম্পিউটার বোঝায় না। প্রসেসরের ক্লক স্পিড প্লেটস হলেও কম্পিউটারের ক্ষমতা এখনও বাড়তে পারে। মাল্টি-কোর প্রক্রিয়াকরণের প্রবণতা একই শিরোনাম গতিতে অধিকতর প্রক্রিয়াকরণ শক্তি প্রদান করবে, বিশেষ করে সফ্টওয়্যার সমান্তরালকরণের উন্নতির সাথে সাথে।
