每当我们购买新款手机或电脑，总会被提及新一代芯片的强大性能，但为什么芯片公司不将CPU的面积做大一些，以此来换取更高的性能呢？在这里给大家带来一个关于芯片公司的热门话题。你也曾经好奇过为什么芯片公司不把CPU面积做大一些，以此来换取更高的性能吗？

扩展CPU的空间，为什么不利用更大的晶圆来容纳更多的内核，从而以速度换取空间？例如考虑一下将组件分割成小块而不是维护整体设计的基本原理。为什么不选择单芯片来节省芯片间通信消耗的能量，就像GPU的单芯片大得多一样？

在单个核心中进行放大，我们是否可以在一个单独的核心中堆叠更多更广泛的执行单元以换取速度？例如为什么SIMD宽度不能扩展到1024位或更高？为什么主流大核CPU中的SIMD FPU数量会惊人地相互呼应？难道再增加一些不是有益的吗？


1、CPU面积和性能的关系

芯片公司考虑到多个方面因素，决定不简单地扩大CPU的面积，而是采取了更加精细的方法来提升性能。以下是几个原因：


1. 热量管理

随着CPU面积的增大，功耗也随之增加。面积越大，电子元件之间的距离也会变长，导致电子信号的传输时间增加，进而造成功耗上升。如果不加以适当的处理，这些问题将导致CPU过热，并可能损坏芯片。

芯片公司为了保持CPU的正常工作温度，需要在面积的增大和散热的平衡上做出妥协。他们投入了大量的时间和资源来设计更高效的散热系统，例如采用先进的材料和设计，以确保CPU在高工作负载下依然保持稳定的温度。


2. 成本和制造

随着面积的增加，芯片生产的成本也会随之增加。更大的面积意味着需要更多的硅材料，更多的工艺步骤和更复杂的制造工艺。此外，制造过程中的缺陷率也可能增加，导致芯片成品率下降，进一步提高了成本。

因此，芯片公司需要仔细考虑面积与性能之间的平衡。他们必须在保证性能的同时控制成本，以便能够生产出更多的芯片，满足市场需求。


3. 动力和效能

除了热量管理和成本问题外，芯片公司还要考虑CPU的动力和效能。尽管增大面积可以提升性能，但也会带来更高的功耗和能源消耗。这对于移动设备的电池寿命和散热系统都是一个挑战。

为了提供更长的电池寿命和更好的散热性能，芯片公司需要在面积和功耗之间做出权衡。他们通过优化架构、改进制造工艺和引入先进的节能技术来平衡这些因素，从而提供高性能的芯片同时确保低功耗和高效能。

综上所述，尽管增大CPU面积可以在一定程度上提升性能，但芯片公司需要考虑热量管理、成本和制造、功耗和能源消耗等多个因素。他们必须在这些因素之间取得平衡，以确保生产出高性能、高效能且经济合理的芯片，满足用户的需求。


2、小晶片难题，是什么阻止我们堆积大量小晶片，以数量换取效率？

想象一下主板上满是CPU，一块主板相当于100个CPU。这些核心被制作在硅片上，在硅片上蚀刻精心设计的晶体管电路，然后将硅片切割成所需的CPU。因此考虑到晶圆片的固定尺寸和成本，扩大单个晶圆片的表面积将导致每个晶圆片上的晶圆片数量减少，从而导致每个芯片的成本膨胀。

GPU和CPU的架构原理截然不同。GPU通常更大，在单个PCB上容纳许多组件，但它们的核心GPU与CPU没有太大区别。升级CPU除了可能增加成本外，还可能加剧冷却方面的挑战。由于集成电路的规模和每单位面积的晶体管数量并不严格相关，仅仅增加尺寸并不一定转化为性能的提高。

晶片设计的出现是为了增强集成和效率。通过分离各种功能模块，每个功能模块都可以优化性能和功耗。此外高速接口减少了小芯片之间的通信延迟和能量消耗。

对于GPU来说，它们更大的芯片迎合了广泛的并行处理任务，提高了并行计算的能力。然而，扩展SIMD宽度需要平衡指令集架构、资源利用和热/电源管理等因素。矛盾的是，将SIMD扩展到1024位可能会导致资源浪费和功耗增加。

桌面CPU中SIMD FPU的数量是性能和功耗的微妙平衡。更多的FPU可能会促进某些应用，但代价是更大的功率和冷却需求。

集成额外的Chiplets可以提升集成和性能，但也会增加功率和冷却需求。此外它还增加了芯片间通信的延迟和复杂性。因此晶片数量必须在性能、功耗和成本之间进行明智的平衡。

CPU的设计和优化包含了许多因素，成本、功率、冷却、集成和性能。因此提高性能并不像仅仅扩大大小或数量那么简单。