Kecepatan CPU atau clock speed adalah salah satu faktor yang menentukan kinerja komputer. Semakin tinggi kecepatan CPU, semakin cepat komputer dapat melakukan perhitungan dan menjalankan program. Pada tahun 1970-an hingga 2000-an, kecepatan CPU meningkat secara drastis dari beberapa megahertz (MHz) hingga beberapa gigahertz (GHz).
Namun, pada dekade terakhir, peningkatan kecepatan CPU tampak melambat dan stagnan di kisaran 3-5 GHz. Mengapa hal ini terjadi? Apa yang menghambat perkembangan kecepatan CPU? Apakah ada batas maksimal untuk kecepatan CPU?
Bardimin akan menjawab pertanyaan-pertanyaan tersebut dengan menjelaskan beberapa faktor yang mempengaruhi kecepatan CPU dan tantangan yang dihadapi oleh para insinyur dan ilmuwan dalam meningkatkan kecepatan CPU.
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kecepatan CPU
Kecepatan CPU dapat diukur dengan dua cara, yaitu clock rate dan instructions per cycle (IPC). Clock rate adalah jumlah siklus yang dapat dilakukan oleh CPU dalam satu detik. Satuan yang digunakan untuk mengukur clock rate adalah hertz (Hz), yang berarti satu siklus per detik. Instructions per cycle (IPC) adalah jumlah instruksi yang dapat dieksekusi oleh CPU dalam satu siklus.
Instruksi adalah perintah dasar yang dapat dipahami oleh CPU, seperti penjumlahan, pengurangan, perkalian, pembagian, dan sebagainya. Jumlah instruksi yang dapat dieksekusi oleh CPU dalam satu siklus bergantung pada desain dan arsitektur CPU. Kecepatan CPU dapat dihitung dengan mengalikan clock rate dan IPC. Misalnya, jika CPU memiliki clock rate 4 GHz dan IPC 2, maka kecepatan CPU adalah 8 miliar instruksi per detik.
Faktor-faktor yang mempengaruhi clock rate dan IPC antara lain adalah:
1. Ukuran transistor
Transistor adalah komponen elektronik yang berfungsi sebagai saklar untuk mengontrol aliran arus listrik. Transistor dapat berubah dari keadaan on (menghantarkan arus) menjadi off (menghentikan arus), atau sebaliknya, dengan cepat. Transistor digunakan untuk membentuk logic gate, yaitu rangkaian yang dapat melakukan operasi logika, seperti AND, OR, NOT, dan sebagainya.
Logic gate digunakan untuk membentuk circuit, yaitu rangkaian yang dapat melakukan fungsi tertentu, seperti penjumlah, pengurang, pengganda, dan sebagainya. Circuit digunakan untuk membentuk unit, yaitu bagian dari CPU yang bertanggung jawab untuk melakukan tugas tertentu, seperti aritmatika, logika, kontrol, memori, dan sebagainya. Unit digunakan untuk membentuk CPU. Jadi, transistor adalah elemen dasar dari CPU.
Semakin kecil ukuran transistor, semakin banyak transistor yang dapat dimuat dalam CPU. Semakin banyak transistor yang dimuat dalam CPU, semakin banyak logic gate, circuit, dan unit yang dapat dibuat dalam CPU. Semakin banyak logic gate, circuit, dan unit yang dibuat dalam CPU, semakin tinggi IPC yang dapat dicapai oleh CPU.
Selain itu, semakin kecil ukuran transistor, semakin pendek jarak yang harus ditempuh oleh arus listrik dalam CPU. Semakin pendek jarak yang harus ditempuh oleh arus listrik dalam CPU, semakin cepat CPU dapat berubah dari satu keadaan ke keadaan lain. Semakin cepat CPU dapat berubah dari satu keadaan ke keadaan lain, semakin tinggi clock rate yang dapat dicapai oleh CPU. Jadi, ukuran transistor berpengaruh positif terhadap kecepatan CPU.
2. Tegangan dan daya
Tegangan adalah perbedaan potensial listrik antara dua titik. Daya adalah laju energi listrik yang dikonsumsi atau dipancarkan oleh suatu perangkat. Tegangan dan daya berhubungan erat dengan kecepatan CPU. Semakin tinggi tegangan yang diberikan kepada CPU, semakin kuat arus listrik yang mengalir dalam CPU.
Semakin kuat arus listrik yang mengalir dalam CPU, semakin cepat CPU dapat berubah dari satu keadaan ke keadaan lain. Semakin cepat CPU dapat berubah dari satu keadaan ke keadaan lain, semakin tinggi clock rate yang dapat dicapai oleh CPU. Jadi, tegangan berpengaruh positif terhadap kecepatan CPU.
Namun, tegangan juga berpengaruh negatif terhadap kecepatan CPU. Semakin tinggi tegangan yang diberikan kepada CPU, semakin besar daya yang dikonsumsi oleh CPU. Semakin besar daya yang dikonsumsi oleh CPU, semakin besar panas yang dihasilkan oleh CPU.
Semakin besar panas yang dihasilkan oleh CPU, semakin tinggi suhu yang harus ditangani oleh CPU. Semakin tinggi suhu yang harus ditangani oleh CPU, semakin besar risiko kerusakan atau kegagalan yang dapat terjadi pada CPU. Jadi, tegangan berpengaruh negatif terhadap kecepatan CPU.