Idag säljs många av de snabbaste datorerna med klockfrekvenser på ungefär 3 GHz. Men så här har det varit ett tag nu. Varför har inte utvecklingen fortsatt i ett högt tempo till 4, 5, eller 10 GHz?

En viktigt anledning till det här är den enda hastighetsgränsen som moder natur har satt. Att ingenting kan röra sig snabbare än ljusets hastighet. ”Men det är ju oerhört snabbt — sju varv runt jorden på en sekund! Är vi verkligen där!?”, kan man då fråga sig.

En processor i en dator drivs i grund och botten av en snabb klocka. En klocka som inte tickar framåt en gång i sekunden, utan flera miljarder gånger i sekunden. Tre miljarder gånger för en processor som tickar i 3 GHz. Varje klockslag tickar fram beräkningskedjan ett steg framåt. Så klockslagen driver alltså på händelseförloppet i datorn, ungefär som att hjärtat i oss människor driver våra organ genom (indirekt) syretillförsel.

Så varför jobbar inte datorer med 10 GHz idag?

Med en klocka som tickar i 3 GHz (tre miljarder gånger i sekunden), hinner en signal som rör sig i ljusets hastighet 10 cm på en klockcykel (dvs tiden innan nästa ”tick” kommer). Det betyder att om ett chip behöver information från ett annat, och det är ett avstånd på över fem cm mellan dem, så kommer inte informationen att hinna fram på samma klockcykel. Med andra ord vore det då bara bortkastad energi att driva på en klocka med en snabbare hastighet än så. Detta chip skulle ändå inte kunna arbeta fortare, eftersom det skulle börja behöva vänta på information.

Det här är ett jätteproblem! Ett problem som i sig faktiskt inte går att lösa, hur många miljoner dollar Intel eller AMD än skulle slänga på problemet. Därför ser du inte processorer på, säg, 10 GHz idag. För pengar finns.

Istället får vi nu gå andra vägar, som t.ex. att försöka placera komponenterna närmare varandra i datorer. Kan vi inte öka hastighetsbegränsningen på de här motorvägarna, så kan vi åtminstone förkorta körtiden genom att minska sträckan! Då kan det ju också ge en del att öka klockfrekvensen ytterligare, eftersom med kortare avstånd så hinner informationen fram lättare trots ett högre tempo. Men det här fungerar ju förstås bara inom rimliga gränser…

Det här inlägget fungerar som ett exempel på vilka problem dataingenjörer brottas med idag. Det är faktiskt smått otroligt att datorer trots dessa problem fortsätter att bli snabbare, och hårddiskar större.

Ett bra mått på människans uppfinningsrikedom.

Fotnot: En förenkling i det här inlägget är att elektriciteten i datorerna inte rör sig med ljusets hastighet, men att elektricitet i koppar rör sig i ungefär 96% av ljusets hastighet. Det är ju däremot något som inte direkt gynnar ingenjörerna.