जैसे-जैसे प्रौद्योगिकी का आकार घटता जाता है, तार प्रतिरोध / धारिता अब तेजी से / छोटे ट्रांजिस्टर के प्रसार विलंब के अनुपात में नहीं बढ़ सकता है। उस वजह से, देरी काफी हद तक तार पर हावी हो जाती है (जैसा कि फाटकों को सिकोड़ने वाले ट्रांजिस्टर अपने इनपुट समाई और आउटपुट ड्राइव क्षमताओं दोनों में कमी करते हैं)।
तो, एक तेज ट्रांजिस्टर और एक दिए गए लोड के लिए एक ही ट्रांजिस्टर की ड्राइव क्षमताओं के बीच एक व्यापार है। जब आप समझते हैं कि अधिकांश डिजिटल फाटकों के लिए सबसे महत्वपूर्ण भार वायर फाटक और ESD संरक्षण है, तो आपको एहसास होगा कि एक ऐसा बिंदु है जिस पर ट्रांजिस्टर को छोटा (तेज और कमजोर) बनाते हुए सीटू में देरी को कम नहीं किया जा सकता है। (क्योंकि गेट का भार तार और ESD प्रतिरोध / तारों के धारिता और अगले द्वार के लिए ESD संरक्षण का प्रभुत्व है)।
सीपीयू इसे कम कर सकता है क्योंकि आनुपातिक रूप से तारों के साथ सब कुछ एकीकृत है। फिर भी, गेट देरी स्केलिंग को इंटरकनेक्ट देरी स्केलिंग के साथ मिलान नहीं किया जा रहा है। वायर को छोटा (छोटा और / या पतला) बनाकर और पास के कंडक्टर से इंसुलेट करके वायर कैपेसिटी को कम किया जाता है। तार को पतला बनाना भी तार प्रतिरोध को बढ़ाने का दुष्प्रभाव है।
एक बार जब आप ऑफ-चिप जाते हैं, तो व्यक्तिगत आईसी को जोड़ने वाले तार आकार निषेधात्मक रूप से बड़े (मोटाई और लंबाई) हो जाते हैं। एक आईसी बनाने का कोई मतलब नहीं है जो 2GHz पर स्विच करता है जब यह व्यावहारिक रूप से केवल 2fF ड्राइव कर सकता है। अधिकतम ड्राइव क्षमताओं को पार किए बिना आईसीएस को एक साथ जोड़ने का कोई तरीका नहीं है। एक उदाहरण के रूप में, नई प्रक्रिया प्रौद्योगिकियों में एक "लंबा" तार (7-22nm) 10-100um लंबा (और शायद 120nm चौड़ा द्वारा 80nm मोटी) के बीच है। आप अपने व्यक्तिगत मोनोलिथिक आईसी के प्लेसमेंट के साथ चाहे आप कितने भी स्मार्ट क्यों न हों, इसे उचित रूप से प्राप्त नहीं कर सकते।
और मैं ईएसडी और आउटपुट बफरिंग के बारे में भी जोंक से सहमत हूं।
आउटपुट बफ़रिंग के बारे में एक संख्यात्मक उदाहरण के रूप में, एक व्यावहारिक वर्तमान तकनीक पर विचार करें एनएएनडी गेट में एक उपयुक्त भार के साथ 25ps की देरी है, और एक इनपुट ~ 25ps की नींद है।
ईएसडी पैड / सर्किट्री के माध्यम से जाने में देरी को अनदेखा करना; यह गेट केवल ~ 2-3fF ड्राइव कर सकता है। आउटपुट पर एक उपयुक्त स्तर तक इसे बफर करने के लिए आपको बफर के कई चरणों की आवश्यकता हो सकती है।
बफर के प्रत्येक चरण में 4 के एक फैनआउट पर लगभग ~ 20ps की देरी होगी। इसलिए आप देख सकते हैं कि जब आप आउटपुट को इतना अधिक बफर करते हैं तो आप बहुत तेजी से फाटकों का लाभ खो सकते हैं।
ईएसडी सुरक्षा + तार (लोड जो प्रत्येक गेट को ड्राइव करने में सक्षम होना चाहिए) के माध्यम से इनपुट कैपेसिटेंस को मानने की अनुमति देता है 130fF के आसपास, जो शायद बहुत कम आंका गया है। प्रत्येक चरण के लिए ~ 4 के धूमधाम का उपयोग करने के लिए आपको 2fF-> 8fF-> 16fF-> 32fF-> 128fF: बफरिंग के 4 चरणों की आवश्यकता होगी।
यह NAND 25ps की देरी को 105ps तक बढ़ा देता है। और यह उम्मीद है कि अगले गेट पर ईएसडी सुरक्षा में भी काफी देरी होगी।
तो, "सबसे तेज़ संभव गेट का उपयोग करने और आउटपुट को बफर करने" और "धीमी गेट का उपयोग करने के बीच संतुलन है जो स्वाभाविक रूप से (बड़े ट्रांजिस्टर के कारण) में अधिक आउटपुट ड्राइव है, और इस प्रकार आउटपुट बफरिंग के कम चरणों की आवश्यकता होती है"। मेरा अनुमान है कि यह देरी सामान्य प्रयोजन के तर्क फाटकों के लिए 1ns के आसपास होती है।
बाहरी दुनिया के साथ इंटरफेस करने वाले सीपीयू को अपने बफरिंग निवेश पर अधिक रिटर्न मिलता है (और इसलिए अभी भी छोटी और छोटी तकनीकों का पीछा करना पड़ता है) क्योंकि हर एक गेट के बीच उस लागत का भुगतान करने के बजाय, वे इसे प्रत्येक I / O पोर्ट पर एक बार भुगतान करते हैं।