題主眼光非常獨到。為什麽CPU沒能變得更快？題主是在闡述一個電腦架構裏的現象。主流中央處理器的確在05年之後就很少超過4GHz的頻率。登納德定律說單核上晶體管數量每兩年能翻一倍，然而05年之後碰到了瓶頸，之後就很少提登納德定律，只能依靠並列運算來為摩爾定律續命。我們可以看到上圖的綠線指示的是主流中央處理器的頻率，不但沒能上升，近來還有下降的趨勢。工程師們天生是要為整個系統做權衡的。而在登納德定律和摩爾定律都生效的年代，電子工程師不需要權衡，只要做一件事：把晶體管做小。無需權衡，只要做小，那簡直是電子工程師的黃金年代。然而五十年過去了，黃金時代已經過去，工程師們必須做權衡。
需要權衡的瓶頸包括是記憶體讀取瓶頸，指令行並列處理瓶頸，和散熱瓶頸。而散熱瓶頸被認為是最難以跨越的。[1]先說記憶體讀取。中央處理器和記憶體是分離的兩個區域，之間依靠通道連線，而通道是有頻寬的。處理器的晶體管數量每兩年翻一倍，然而頻寬的增長達不到它的速度，所以記憶體讀寫所占的時間逐漸超過處理器計算的時間，削弱了創新的動力。
再說指令行並列處理。CPU主頻每翻一倍，只要所有元件都能完成運算，整個系統的執行速度就能上升一倍。然而每個元件和電線都是有物理內容的；電訊號傳過元件後會有延遲，受元件電阻和電容影響；電訊號在電線中也只能以介質中的光速傳播，小於3億米每秒，大約2億米每秒。4GHz時是每秒40億下時鐘，電訊號只能前進6厘米。工業界近20年來為了加快主頻，在其他方式都到極限後采用了流水線式設計，把一條指令拆成多個時鐘來完成，以此在一條指令完成時間不變的情況下，增加單位時間的吞吐量。上圖是我學架構時設計的五級流水線式處理器構架，把一條機械語言拆成取指令，解碼指令，處理，寫回記憶體，和寫回寄存器五級。而英特爾i7現在的技術把整個指令拆到了二十四級[2]，如此細致的拆分令人發指，同時也很難再想象如何再改進。
而溫度是最可怕的權衡。超過4GHz後，溫度上升造成的效能損失超過了指令行處理加速獲得的效能提升。如果說前兩個瓶頸還能依靠設計解決，那這個瓶頸就只能靠新材料或是工藝來解決了。而現代電腦所依賴的物理元件，MOSFET，全稱金氧半導體場效應管，從登納德定律出現到05年四十年時間內都沒有更好的替代產品。最新出了一批新的場效應管，然而沒能在根本上解決散熱的問題。
