Transistorlekkage: Naarmate transistors kleiner worden, ervaren ze een grotere lekstroom, wat leidt tot een hoger energieverbruik en een hogere warmteafvoer. Dit beperkt de maximaal haalbare kloksnelheden zonder de thermische beperkingen te overschrijden.

Stroomverbruik en thermische dichtheid: Hogere kloksnelheden vereisen meer stroom, wat resulteert in een grotere warmteontwikkeling. Koeloplossingen worden steeds complexer en duurder naarmate de warmtedichtheid stijgt, en bereiken uiteindelijk een punt waarop het onpraktisch of onbetaalbaar wordt om een ​​betrouwbare werking te behouden.

Vertraging signaaldoorgifte: Bij krachtige CPU's wordt de snelheid van de signaalvoortplanting tussen transistors een beperkende factor. De tijd die signalen nodig hebben om over de chip te reizen, brengt uitdagingen met zich mee bij het synchroniseren van bewerkingen en het handhaven van de stabiliteit bij extreem hoge frequenties.

Afwegingen in prestaties en efficiëntie: Hoewel hogere kloksnelheden in bepaalde scenario's de prestaties kunnen verbeteren, kunnen ze ook resulteren in afnemende rendementen als gevolg van andere prestatieknelpunten of een verhoogd stroomverbruik. CPU's bereiken vaak een betere algehele efficiëntie door kloksnelheden in evenwicht te brengen met andere optimalisaties zoals architectonische verbeteringen, parallellisatie en verbeterde geheugenhiërarchieën.

Productie-uitdagingen: Het produceren van chips met extreem hoge kloksnelheden kan steeds moeilijker en duurder worden als gevolg van complexe productieprocessen, strenge testvereisten en lagere opbrengsten.

Vermogensafgifte: Om voldoende stroom te leveren aan een snelle CPU zijn efficiënte stroomcircuits en een zorgvuldig bordontwerp vereist. Dit wordt steeds uitdagender naarmate de kloksnelheden stijgen, vooral in compacte vormfactoren.

Algemene systeembalans: In moderne computersystemen werkt de CPU samen met andere componenten, zoals geheugen, opslag en randapparatuur. Voor het bereiken van optimale prestaties is het nodig dat de kloksnelheid van de CPU in evenwicht wordt gebracht met de mogelijkheden en beperkingen van deze andere componenten.

Gezien deze factoren werken moderne CPU's doorgaans met kloksnelheden variërend van enkele gigahertz (GHz) tot enkele tientallen GHz. Gespecialiseerde processors die zijn ontworpen voor specifieke toepassingen met hoge prestaties kunnen dit bereik overschrijden, maar het handhaven van stabiliteit, betrouwbaarheid en energie-efficiëntie brengt aanzienlijke technische uitdagingen met zich mee.