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之前根据网上零碎的信息,在我的认知中为什么CPU的频率会在5Ghz这么个量级,一个简单的原因是光速,光速3*10^8 米/s,而5Ghz=5*10^9 ,那么每hz光也就走了0.06m,也就是6厘米,直线距离就这么大,这个就是理论的极限了。另外一个就是热量的问题,电路都是有电感电容的,频率越高,单位时间内改变电容电感状态的次数越多,需要的能量越多,换言之功率越大。这些电量最后基本上全部转化成了热量,散热和温度都是有限制的。需要的cpu内部的走线又是弯弯绕绕,做到指甲盖那么大,估计也就是5Ghz是个工程上比较合理的极限。
基于上面的想法,MCU的规模和大小都很小,单路也简单,为什么频率反而很低。网上移植没有找到答案,直到最近看了《手把手教你设计CPU——RISC-V处理器》,才明白,因为MCU的流水线一般都在二三级。内容如下:
**流水线的级数越多,意味着流水线被切得越细,每一级流水线内容纳的硬
件逻辑便越少。熟悉数字同步电路设计的读者应该比较熟悉,在两级寄存器(每一级 流水线由寄存器组成〉之间的硬件逻辑越少,则意味能够运行到更高的主频。因此, 现代的处理器流水线极深主要是由于处理器追求高频的指标所驱使。高端的ARM Cortex-A 系列由于有十几级的流水线,所以能够运行到高达2GHz 的主频,而Intel 的x86 处理器甚至采用几十级的流水线深度将主频推到3 ~4GHz 的高度。**
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