CPU 的运行速度受光速影响吗?

CPU 的运行速度受光速影响吗?

CPU 运行速度受电场的速度影响,电场的速度等于光速,所以说 CPU 的运行速度受到光速的影响也是有道理的。

但实际情况更复杂一些。

CPU 中有大量的电容、晶体管等,电场在通过这些元器件的速度要低于光速,比如电容的充放电时间就很慢(相对光速而言),并且导线介质本身也会影响电场传播速度。所以最终在 CPU 的层面上,电场的实际传播速度要低于光速,不是专门做这方面的,手头没有具体数据,印象里大概是几千到几万 km/s 的样子。

需要特别提醒的是:电场的速度不等于电子的速度,电子的速度很低,并且跟温度相关(热运动)。

因为电场在 CPU 上传播的速度很慢,所以 CPU 的主频实际上是会受到电场的速度的影响的。

假设 CPU 上电场的速度是 100000km/s,Intel i7-9700k 的 Die Size 是 177mm^2,按正方形算的话,大概是 13*13mm,计算得到的理论的主频上限就是 100000km/13mm,大概 7.69GHz,实际理论值要高一些,主要原因包括:CPU 采用流水线机制,不同区域的频率并不是完全一致的,最终主频能更高。但就现在的民用 CPU 来说 10~20GHz 应该是一个极限值。

关于电流、电场的内容,参见:

电流有速度吗?如果有下面这个问题怎么解释?

电流信号的速度?

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发现很多人并不仔细看回答,我直接拿 diesize 计算只是为了举例,我后面讲了 CPU 上整体并不是一个频率,是有流水线的。但堆流水线并不是没有上限的,况且占面积大头的 cache 的频率必然是一致的,否则数据一致性都不一定能保证。