芯片突破，CPU为何不增大面积，小面积为何更胜一筹？

在现代技术领域，CPU的尺寸和能力引发了一场有趣的争论。有人可能会想为什么不扩展CPU的物理空间，利用大小和数量来增强性能呢？这个问题展开为三个不同的调查轨迹。

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？

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。

深入研究CPU核心的制造过程可以提供一些见解。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。你对这错综复杂的技术决策有什么看法？