¿Por qué generan calor los ordenadores?

Question

Los ordenadores generan calor cuando funcionan. ¿Es resultado del procesamiento de la información o de la fricción (resistencia)? ¿Son formas diferentes de describir lo mismo? ¿O una parte determinada del calor "procede de cada explicación"?

A menudo leo que es un subproducto necesario del procesamiento de la información. Hay operaciones irreversibles, como las compuertas AND, y el resto de la información se calienta.

Pero muchas otras cosas también generan calor. Una bombilla, las placas eléctricas, los engranajes, etc. (Probablemente no procesen la información como lo hace el ordenador, pero puedo estar equivocado desde una perspectiva física). Antes siempre había supuesto que el ordenador también es así. Básicamente tiene pequeños cables en el procesador y la resistencia podría explicar el calor.

Quizá sean explicaciones paralelas. El aspecto del procesamiento de la información puede decir que hay tiene que ser algo de calor como subproducto de alguna manera en cualquier realización de un ordenador abstracto, y el aspecto de fricción podría entonces describir cómo esto ocurre realmente en esta implementación física concreta de tipo cables y transistores del ordenador abstracto.

Pero quizá las dos explicaciones expliquen cantidades distintas del calor. O puede que una explique un subconjunto de la otra, de nuevo de forma parcialmente paralela.

¿Puede alguien aclararlo?

Answer 1

Principio de Landauer (documento original pdf | doi ) expresa un límite inferior no nulo de la cantidad de calor que deben generar los ordenadores.

Sin embargo, este calor necesario para la entropía es enano por el calor generado a través de la resistencia eléctrica ordinaria de los circuitos (la misma razón por la que desprenden calor las bombillas).

Answer 2

Los ordenadores manipulan valores internos almacenados " 0 " y " 1 "representados como tensiones diferentes. Cada cambio de 0 a 1 y de 1 a 0 implica el paso de una corriente eléctrica I a través de una resistencia R del circuito, lo que da lugar a una tensión óhmica o "Calefacción "Joule .

Answer 3

El calor generado en un ordenador no tiene nada que ver con la condición de reversibilidad del principio de Landauer. Los cálculos pueden realizarse de forma reversible, si es necesario. Lo que no puede hacerse reversible es el RESET del ordenador.

La primera vez que encendemos la máquina, la memoria se encuentra en un estado aleatorio, y se necesita energía y entropía para convertir ese estado aleatorio en un estado inicial bien definido, sin el cual no se pueden realizar cálculos.

Lo mismo ocurre con el estado de la memoria del programa... así que escribir el programa, como cabría esperar ingenuamente, requeriría una cantidad de energía y entropía distinta de cero. Como se ha señalado, las implementaciones tecnológicas están a muchos órdenes de magnitud de estos límites (que, por cierto, son muy, muy inferiores a las demandas de energía del cerebro humano), sin los cuales el resultado del ordenador carece totalmente de sentido.

Answer 4

El calor producido por un ordenador tiene dos componentes principales. El primero se debe al uso de energía en "estado estacionario". Es la energía necesaria cuando el ordenador no hace nada. El segundo componente es proporcional y se debe a la cantidad de cálculos que se realizan. Cuantos más cálculos se realicen por segundo, más energía se necesitará, lo que generará adicional calor.