2. Tension et puissance
La tension est la différence de potentiel électrique entre deux points. La puissance est le taux d’énergie électrique consommée ou émise par un appareil. La tension et la puissance sont étroitement liées à la vitesse du processeur. Plus la tension appliquée au processeur est élevée, plus le courant électrique circulant dans le processeur est fort.
Plus le courant électrique circulant dans le processeur est fort, plus le processeur peut passer rapidement d’un état à un autre. Plus le processeur peut passer rapidement d’un état à un autre, plus la fréquence d’horloge du processeur peut atteindre est élevée. Ainsi, la tension affecte positivement la vitesse du processeur.
Cependant, la tension affecte également négativement la vitesse du processeur. Plus la tension appliquée au processeur est élevée, plus la puissance consommée par le processeur est importante. Plus la puissance consommée par le processeur est importante, plus la chaleur générée par le processeur est importante.
Plus la chaleur générée par le processeur est importante, plus la température que le processeur doit gérer est élevée. Plus la température que le processeur doit supporter est élevée, plus le risque d’endommagement ou de défaillance du processeur est élevé. Ainsi, la tension affecte négativement la vitesse du processeur.
3. Refroidissement
Le refroidissement est le processus de réduction de la température d’un objet ou d’un système. Le refroidissement est étroitement lié à la vitesse du processeur. Plus le refroidissement fourni au processeur est bon, plus la température que le processeur doit gérer est basse.
Plus la température que le processeur doit supporter est basse, moins il y a de risques d’endommagement ou de défaillance du processeur. Moins il y a de risques d’endommagement ou de défaillance du processeur, plus la fréquence d’horloge que le processeur peut atteindre est élevée. Ainsi, le refroidissement a un effet positif sur la vitesse du processeur.
Cependant, le refroidissement affecte également négativement la vitesse du processeur. Plus le refroidissement fourni au processeur est de qualité, plus le coût de construction et de fonctionnement du système de refroidissement est élevé.
Plus le coût de construction et d’exploitation d’un système de refroidissement est élevé, plus le fardeau que les fabricants de processeurs et les consommateurs doivent supporter est lourd. Ainsi, le refroidissement affecte négativement la vitesse du processeur.
Défis liés à l’augmentation de la vitesse du processeur
D’après les facteurs affectant la vitesse du processeur, on peut voir que les ingénieurs et les scientifiques sont confrontés à plusieurs défis pour augmenter la vitesse du processeur. Ces défis sont les suivants :
1. Limites physiques
Les limites physiques sont des limites déterminées par les lois de la physique. Les limites physiques relatives à la vitesse du processeur sont la taille du transistor, la tension et la chaleur. La taille du transistor ne peut pas être réduite en continu sans causer de problèmes. L’ un des problèmes qui peuvent survenir est l’effet tunnel quantique, qui est un phénomène dans lequel les électrons peuvent traverser les transistors sans être gênés par des obstacles potentiels.
L’effet tunnel quantique peut rendre les transistors instables et incapables de fonctionner correctement. La plus petite taille de transistor qui peut être fabriquée aujourd’hui est d’environ 5 nanomètres (mm), et on estime que la taille du plus petit transistor qui pourra être fabriqué à l’avenir est d’environ 1 nm. Ainsi, la taille du transistor a une limite physique qui ne peut pas être franchie.
La tension ne peut pas non plus être augmentée en continu sans causer de problèmes. Un problème qui peut survenir est la surchauffe, qui est un phénomène où la température du processeur devient trop élevée et dépasse la limite de tolérance.
Une surchauffe peut endommager ou arrêter le processeur. La température maximale tolérable du processeur aujourd’hui est d’environ 100 °C, et on estime que la température maximale tolérable du processeur à l’avenir sera d’environ 200 °C. Ainsi, la tension a une limite physique qui ne peut pas être franchie.
La chaleur ne peut pas non plus être réduite en continu sans causer de problèmes. Un problème qui peut survenir est une limite de refroidissement, qui est un phénomène où le système de refroidissement ne peut pas abaisser la température du processeur en dessous de la température ambiante.
Les limites de refroidissement peuvent empêcher le processeur de fonctionner de manière optimale. La température ambiante la plus basse que l’on puisse atteindre aujourd’hui est d’environ -273 °C, et on estime que la température ambiante la plus basse réalisable à l’avenir est d’environ -273 °C. Ainsi, la chaleur a une limite physique qui ne peut pas être franchie.