Почему выделение тепла увеличивается как тактовая частота ЦП увеличения?
Целые многоядерные дебаты получили меня взгляды.
Намного легче произвести два ядра (в одном пакете) затем ускорение одного ядра фактором два. Почему точно это? Я погуглил немного, но нашел главным образом очень неточные ответы из-за синхронизации плат, которые не объясняют базовую Физику.
Напряжение, кажется, оказывает большую часть (квадратичного) влияния, но я должен выполнить ЦП при более высоком напряжении, если я хочу более быструю тактовую частоту? Также мне нравится знать, почему точно (и сколько) нагреваются, полупроводниковая схема производит, когда она работает в определенной тактовой частоте.
6 ответов
Каждый раз такты системных часов Вы заряжаете или разряжаете набор конденсаторов. Энергия для зарядки конденсатора:
E = 1/2*C*V^2
Где C емкость и V напряжение, к которому это было заряжено.
Если Ваша частота f[Hz], затем Вы имеете f циклы в секунду и Ваше питание:
P = f*E = 1/2*C*V^2*f
Именно поэтому питание повышается в линейно с частотой.
Вы видите, что это повышается квадратично с напряжением. Из-за этого Вы всегда хотите работать при самом низком возможном напряжении. Однако, если Вы хотите повысить частоту, также необходимо повысить напряжение, потому что верхние частоты требуют более высоких рабочих напряжений, таким образом, напряжение повышается линейно с частотой.
Поэтому питание повышается как f^3 (или как V^3).
Теперь при увеличении числа ядер Вы в основном увеличиваете емкость C. Это независимо от напряжения и от частоты, таким образом, питание повышается линейно с C. Именно поэтому это - больше питания, эффективного для увеличения числа ядер, что это должно увеличить частоту.
Почему необходимо увеличить напряжение для увеличения частоты? Ну, напряжение конденсатора изменяется согласно:
dV/dt = I/C
где I ток. Так, чем выше ток, тем быстрее можно заряжаться, емкость логического элемента транзистора к "на" напряжении ("на" напряжении не зависит от рабочего напряжения), и быстрее можно включить транзистор. Текущие повышения линейно с рабочим напряжением. Вот почему необходимо увеличить напряжение для увеличения частоты.
Очень в основном:
- Транзистор переключается быстрее при применении большего напряжения к нему.
- современный IC потребляет большую часть энергии, когда swithing от одного состояния до следующего (на такте системных часов), но не потребляют энергии для пребывания в том же состоянии (хорошо, существует утечка, таким образом, не точно никакое питание) так, чем быстрее Вы переключаетесь, тем больше переключателя в секунды Вы имеете, больше энергии, которую Вы потребляете.
Очень хорошая книга по всем подробностям архитектуры процессора: Компьютерная организация и дизайн David A. Patterson, John L. Hennessy.
Каждый раз транзистор переключает состояние, текущий потрачен. Верхняя частота означает более быстрое переключение, более актуальное потраченный впустую. И импеданс всего преобразовывает его для нагревания. P=I^2*R и все это. И P является V^2/R. В этом случае, хотя, Вы действительно хотели бы, чтобы среднее число V и я со временем смогли вычислить, и это будет квадратичным к напряжению и текущим оба.
1) два ядра по сравнению с ускорением одного ядра
Для ускорения одного ядра, Вам нужна новая технология для ускорения транзисторов, переключающихся от одного состояния до другого. Для добавления другого ядра, Вам просто нужно больше тех же транзисторов.
2) Тепло
Рассеяние мощности в форме тепла. Питание = Напряжение * Текущий. Напряжение = Resistace * Текущий. Питание = Voltage^2 / Сопротивление. Таким образом, рассеянное тепло пропорционально напряжению, в квадрате.
Ну, в электроэнергии существует два вида питания, реактивной мощности и действительной мощности. Некоторые люди называют реактивную мощность динамическим питанием. Реактивная энергия никогда не потребляется или теряется. Например, если идеальный конденсатор будет подключен к источнику напряжения переменного тока идеальными проводами без потерь, то конденсатор будет заряжаться и разряжаться, беря энергию от генератора в одном цикле, и возвращая энергию генератору в следующем цикле. Чистый убыток является нулем.
Однако, если провода являются неидеальными и резистивными, то энергия рассеивается в проводах во время зарядки и разряда конденсатора. Это рассеянное питание является потерей действительной мощности и не может быть восстановлено. Когда тактовая частота повышается, уровень зарядки и разряда повышается, увеличивая потери мощности в проводах.
Логические элементы транзисторов ведут себя как конденсаторы. Когда тактовая частота повышается, больше реактивной мощности обеспечивается конденсаторам. Часть которого потеряна в резистивных проводах также, повышается.
Одна вещь не упомянула до сих пор - микросхемы становятся быстрее, и процесс литографии для создания их получает меньшие компоненты. Они стали столь маленькими, что они - несколько атомов, широких в некоторых случаях. Теперь существует значительная текущая утечка, которая обычно рассеивается как тепло.