CPU 的執行速度受光速影響嗎?

時間 2021-05-05 18:19:46

1樓:木文迪

這個沒有實際研究,所以我就拿三體裡面的來說吧

三體裡面有一段是程心他們掉入了低光速空間,在這種空間裡,光速是正常光速的多少分之一吧,懶得去查了,在這個空間任何事物的行動都會因為光速變慢,包括電子傳輸,你想想啊,你在乙個空間裡,居然有東西的速度快於光速,那還不逆天?

2樓:

相對光速還是絕對光速?也就是說

是相對自身慣性系的光速降低

還是相對空間的光速降低?

如果是前者的話,這是不可能的,任何慣性系下光速不變如果是後者,那就是廣義相對論中的情況,對於外界觀察者而言,可以這麼理解(這裡不全面開啟了,累……),引力場內光速相對於空間的速度降低,時間降低,那cpu的運算速度也就同步降低了。

狹義相對論中的情況就不答了,原因是……唉,作為乙個負責的民科,得先普及相對論的知識才能再普及反相對論的內容,太累了……

看到不少答主對cpu執行挺熟悉,但真的不怎麼熟悉相對論,突然感覺……唉,任重而道遠……

3樓:枝木喵

基本不受到光速影響,或者光速的影響可以忽略。

CPU的速度限制,大部分來自電晶體導通後對節點電容充電的時長。電晶體導通後受遷移率有限的影響,可以仍然理解為乙個不小的電阻。外加導線足夠的細且薄,本身也有較大的阻抗。

節點電容一般由MOS管的柵電容和導線間的寄生電容累加。

最後的訊號從0到1的過程就變成了:

1.控制訊號到來,MOS管經過一定延時後導通。

2.MOS導通後從電源端開始拉電流。

3.拉來的電流經過MOS的電阻,又經過導線的電阻,緩緩地充進了節點電容。

上面的過程一般極限時間0.05ns左右,對應20GHz。但CPU由於需要時鐘同步,所有的電晶體不能因為節奏不一致跑飛起來;外加功耗限制,所以一般工作在低於5GHz的頻率下,保證穩定執行。

4樓:南山原

已有專業回答:https://www.

zhihu.com/question/20807847/answer/432060544老狼:為什麼主流CPU的頻率止步於4G?我們觸到頻率天花板了嗎?

5樓:

基本不受影響。

雖然光速限制了電場速度,但並沒有要求整個CPU必須工作在同乙個時刻下。

CPU只需要輸入訊號的時間節拍匹配,這個只需要在乙個計算單元內做到時間同步。但並沒有要求從輸入到輸出的瞬間都在同乙個時刻。

你可以看看USB3.1,用一對訊號線傳輸,理論速度已經做到了10Gbps。如果考慮到光速,那麼在1秒的10G分之一的時間內,光只能走3cm。

然而我覺得你可能不到這麼短的USB線吧?

CPU可以考慮為乙個資訊加工的工廠。輸入的原料是資料,輸出的產品還是資料。比如說,乙個產線,把兩種原料混合,攪拌1秒,做出乙個產品。

那麼我只需要關心在攪拌之前兩種原料必須到達,攪拌之後產品必須取走。但沒有理由要求原料必須在1秒之內走完整個產線。

一條可樂灌裝線,一秒不到就可以下線一瓶可樂,但並沒有乙個水分子是在1秒之內從產線的進水管跑到可樂瓶裡的。

現在的CPU中,受制於光速限制,已經無法做到輸入與輸出在同乙個時刻了。至於CPU能做到多塊,最終影響CPU的不是光速,而是設計與工藝。

6樓:北極

CPU執行速度受電場的速度影響,電場的速度等於光速,所以說CPU的執行速度受到光速的影響也是有道理的。

但實際情況更複雜一些。

CPU中有大量的電容、電晶體等,電場在通過這些元器件的速度要低於光速,比如電容的充放電時間就很慢(相對光速而言),並且導線介質本身也會影響電場傳播速度。所以最終在CPU的層面上,電場的實際傳播速度要低於光速,不是專門做這方面的,手頭沒有具體資料,印象裡大概是幾千到幾萬km/s的樣子。

因為電場在CPU上傳播的速度很慢,所以CPU的主頻實際上是會受到電場的速度的影響的。

假設CPU上電場的速度是100000km/s,Intel i7-9700k的Die Size是177mm^2,按正方形算的話,大概是13*13mm,計算得到的理論的主頻上限就是100000km/13mm,大概7.69GHz,實際理論值要高一些,主要原因包括:CPU採用流水線機制,不同區域的頻率並不是完全一致的,最終主頻能更高。

但就現在的民用CPU來說10~20GHz應該是乙個極限值。

關於電流、電場的內容,參見:

電流有速度嗎?如果有下面這個問題怎麼解釋?

電流訊號的速度?

發現很多人並不仔細看回答,我直接拿diesize計算只是為了舉例,我後面講了CPU上整體並不是乙個頻率,是有流水線的。但堆流水線並不是沒有上限的,況且佔面積大頭的cache的頻率必然是一致的,否則資料一致性都不一定能保證。

7樓:dione

事實上目前cpu執行的速度已經受到光速的制約了。差分訊號不等長會影響高頻訊號的完整性,cpu內部不是全差分的,設計的時候如果不能規避,需要加上時延電路讓快的訊號等待慢的訊號。

8樓:Jiajia

電流就不說了很慢。

電勢的傳遞如果是近似電磁波的話那麼即是光速。

但是極端情況(黑洞附近)在乙個體系裡面幾個CPU邏輯單元部分時間不同,也就是光速不同,按照現在的CPU設計,那麼是極有可能導致出問題的。

9樓:

首先非常肯定的告訴你,是的

光子、粒子速度都是光速,電子的能級躍遷也是光速,CPU的工作原理就是電子能級變化。所以是的。

有看過三體的都知道,當程心和關一帆的飛船進入光幕以後,光速降低,所以飛船上的電腦都無法正常執行,關一帆啟動了飛船的生物計算機才脫險。

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