¿Por qué un procesador se caliente?

Question

Me gustaría entender cómo el proceso de cálculo hace que el procesador se caliente. Entiendo que el calor es generado por los transistores.

1. ¿Cómo funciona el transistores de generar el calor exactamente?
2. Es la correlación entre el número de fichas y el calor generado lineal?
3. Hacer de la CPU a los fabricantes optimizar las posiciones de un solo transistores con el fin de minimizar el calor generado?

Answer 1

Un transistor FET (en la modernidad ICs) nunca cambia al instante de APAGADO total a full ON. Hay un período, mientras que la de encender o apagar donde la FET actúa como una resistencia (incluso cuando está completamente EN él todavía tiene una resistencia).

Como usted sabe, pasar una corriente a través de un resistor genera calor (\$P=I^2R\$ o \$P=\frac{V^2}{R}\$).

Los más de los transistores de cambiar más el tiempo que pasan en la que resistiva estado, por lo que el más calor que generan. Así que la cantidad de calor generado puede ser directamente proporcional a la cantidad de transistores, pero también depende de que los transistores están haciendo qué y cuándo, y que depende de lo que el chip se le indique.

Sí, los fabricantes de mayo de posición cuadras específicas de su diseño (y no los transistores, pero los bloques que forman una función completa) en ciertas áreas, dependiendo del calor que el bloque podría generar, para que en un lugar con mejor el calor de la vinculación, o para ponerlo de otro bloque que puede generar calor. También hay que tener en cuenta la distribución de energía dentro del chip, por lo que la colocación de los bloques de forma arbitraria puede no ser siempre posible, por lo que tienen que llegar a un compromiso.

Answer 2

Todo el flujo de corriente en cualquier cosa que no es un superconductor genera calor. En fichas, es sobre todo fluye en aluminio "metal" capas (¿por qué no cobre? Desagradable interacción química con otras partes de la silicona, que resulta).

Lo que causa que la corriente fluya? Cada vez que un transistor cambia de estado, esto puede ser modelado como un condensador (FET puerta de la lógica impulsada por la puerta más parasitaria de alambre de la capacitancia de carga/descarga a través del alambre y salida de FET de la puerta anterior. Esta es la "conmutación" o "dinámica" de energía. Es proporcional a la velocidad de conmutación y el cuadrado de la tensión; por lo tanto la unidad de 5V a 3.3 V y 1,8 V para una mejor eficiencia.

Los aisladores no son perfectos, y en algunos lugares son muy delgadas. Los transistores pueden no ser totalmente "off". Si un FET tiene una resistencia de un megaohm, y pones un millón de ellos en paralelo, se ve como un 1 ohm resistor. Esta es la "fuga" de energía. Es proporcional al número de transistores.

Me pasé una década trabajando en un inicio en el poder de la optimización. :) Hay un montón de técnicas: velocidad/fugas de compensaciones ("high k metal gate"), desactivando partes del circuito completamente, el reloj de la compuerta, la reducción de la frecuencia de reloj, tamaño y ubicación.

Answer 3

1) en Cualquier momento si existe flujo de corriente, el calor es generado por las colisiones de los electrones. 2) Sí, en general, la correlación es lineal. 3) es muy poco probable que la CPU fabrica optimizar la posición del individuo transistores, para minimizar el calor generado (que son todos dentro de la misma carcasa).
Cuando la CPU está "inactivo", aunque se utiliza una mínima cantidad de corriente, se genera calor. Como el procesador empieza a "proceso" de la información, el individuo transistores que cambian de estado. Este cambio también se genera calor. Además, la frecuencia de cambio afecta a la generación de calor de la tasa, la mayor es la frecuencia, mayor es la generación de calor de la tasa. Desde la disipación de calor de la capacidad del chip es fija, no se puede sobrecalentar si se opera a una frecuencia más alta de lo que fue diseñado para operar.