Sebagian besar berkaitan dengan lamanya interkoneksi dan keterlambatan propagasi melalui gerbang. Jika kita mengurangi CPU pada esensinya, itu adalah mesin umpan balik. Sekelompok sirkuit logika kombinatorial menghitung beberapa fungsi boolean di atas kondisi mesin saat ini, dan fungsi-fungsi tersebut menentukan status baru, yang terkunci oleh sirkuit sekuensial ketika tepi jam baru tiba. Semua sirkuit kombinatorial memiliki penundaan. Periode jam tidak bisa lebih pendek dari waktu yang diperlukan untuk jalur paling lambat melalui gerbang ini untuk menghasilkan hasil yang stabil karena satu bit yang salah menghentikan pertunjukan.
Selanjutnya, logika sekuensial memiliki persyaratan waktu. Sebelum ujung jam tiba, ada beberapa waktu pengaturan minimum bahwa input harus stabil dan kemudian mereka harus stabil untuk beberapa waktu penahanan. Jika ini dilanggar, negara menjadi sampah.
Penundaan propagasi disebabkan oleh hal-hal seperti seberapa cepat kapasitansi parasit dapat mengisi daya, seberapa cepat arus dapat membangun dalam menghadapi induktansi dan seberapa cepat perangkat silikon dapat beralih. Misalnya, transistor bipolar dengan basis yang lebih kecil dapat beralih lebih cepat dari yang memiliki basis yang lebih besar, sehingga transistor kecil pada sebuah chip akan lebih cepat daripada yang terpisah.
Di jawaban sebelumnya yang saya hapus, saya menulis tentang efek saluran transmisi. Tetapi saya tidak menganggap bahwa efek ini bahkan tidak muncul pada kecepatan yang kita bicarakan karena, katakanlah, pada 10 Mhz, panjang gelombang masih sekitar 30 meter. Jadi pada skala papan sirkuit berukuran biasa, pulsa pada skala waktu beberapa megahertz masih mencapai semua bagian dari jaringan tembaga secara bersamaan.
Jadi, jika Anda membuat CPU dari komponen diskrit, Anda tidak akan mencapai komponen kecil dengan waktu switching yang cepat, dan kedekatan yang sama yang meminimalkan kapasitansi dan induktansi yang menyimpang.
Namun demikian, mesin komponen diskrit kuno pada 1960-an memang berjalan sedikit lebih cepat daripada mesin homebrew ini. Butuh beberapa waktu dan kelicikan untuk sampai ke sana. Sebagai contoh, IBM 360 Model 44 (1964) beroperasi pada 4 Mhz. Itu mungkin masih "kecepatan homebrew", tetapi CDC 7600 dirilis hanya beberapa tahun kemudian pada tahun 1969 melampaui 36 Mhz. Artikel Wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/CDC_7600 memberikan petunjuk tentang beberapa trik yang ditarik, misalnya:
"Seperti biasa, desain Cray juga berfokus pada pengemasan untuk mengurangi ukuran, memperpendek jalur sinyal, dan dengan demikian meningkatkan frekuensi operasi. ... Modul sirkuit sebenarnya terdiri dari hingga enam papan PC, masing-masing diisi dengan resistor subminiature, dioda , dan transistor. Keenam papan ditumpuk dan kemudian saling berhubungan di sepanjang tepinya, membuat modul yang sangat ringkas, tetapi pada dasarnya tidak dapat diperbaiki. "
Jadi CPU homebrew tidak perlu dibangun untuk potensi sebenarnya karena beberapa efek perancu berkaitan dengan kualitas dan tata letak build. Namun, siapa pun yang membangun CPU dari sirkuit terintegrasi individu dan komponen diskrit yang berjalan pada beberapa megahertz harus diberi tepuk tangan.
