- CPUs no son "simples" por cualquier tramo de la imaginación. Debido a que tienen un par de millones de transistores, cada uno de los cuales tendrá algunas pequeñas fugas en reposo y tiene a cargo y de la compuerta de descarga y de interconexión de la capacitancia en otros transistores cuando el cambio. Sí, cada uno dibuja una pequeña corriente, pero si se multiplica por el número de transistores, que terminan con un número sorprendentemente grande. 64A es de un promedio actual ya...cuando de conmutación, los transistores pueden sacar mucho más que el promedio, y esto se suaviza por condensadores de bypass. Recuerde que su 64A figura provino de trabajar hacia atrás a partir de la TDP, lo que realmente 64A RMS, y puede haber una variación significativa en torno a que en muchas escalas de tiempo (variación durante un ciclo de reloj, la variación durante las diferentes operaciones, las variaciones entre los estados de sueño, etc.). También, usted puede ser capaz de salirse con la ejecución de una CPU diseñado para operar a 3 GHz en 1,2 voltios y 64 amperios a 1 voltios y 1 amperio....sólo tal vez a 3 MHz. Aunque en ese momento usted entonces tiene que preocuparse acerca de si el chip utiliza la lógica dinámica que tiene un mínimo de frecuencia de reloj, así que tal vez tendría que ejecutar en un par de cientos de MHz a un GHz y ciclo en el sueño profundo periódicamente para obtener el promedio actual. La línea de fondo es que el poder = rendimiento. El rendimiento de la mayoría de las Cpu modernas en realidad es térmicamente limitada.
- Esto es relativamente fácil de calcular - \$I = C v \alpha f\$, donde \$I\$ es el actual, \$C\$ es la capacitancia de la carga, \$v\$ es el voltaje, \$\alpha\$ es el factor de actividad, y \$f\$ es la frecuencia de conmutación. Voy a ver si puedo conseguir estadio de los números de un FinFET de la puerta de la capacitancia y de edición.
- Tipo de. El más rápido de la puerta de la capacitancia es cargada o descargada, el más rápido el transistor conmutador. Carga más rápido requiere un menor capacitancia (determinado por la geometría) o un mayor actual (determinado por la interconexión de la resistencia y la tensión de alimentación). Individuales de los transistores de conmutación más rápida, a continuación, significa que puede cambiar más a menudo, lo que resulta en un mayor promedio de consumo de corriente (proporcional a la frecuencia de reloj).
Edit: por lo tanto, http://www.synopsys.com/community/universityprogram/documents/article-iitk/25nmtriplegatefinfetswithraisedsourcedrain.pdf tiene una figura para la puerta de la capacitancia de un 25nm FinFET. Voy a llamar a 0.1 fF por el bien de mantener las cosas simples. Al parecer varía con la tensión de polarización y sin duda, va a variar con el tamaño de transistor (transistores de tamaño de acuerdo a su propósito en el circuito, no todos los transistores serán del mismo tamaño! Más transistores son 'más fuerte' como se puede cambiar más actual, pero también un mayor puerta de la capacitancia y requieren más actual a la unidad).
Conectar 1.25 voltios, 0.1 fF, 3 GHz, y \$\alpha = 1\$, el resultado es \$0.375 \mu A\$. Multiplicar por 1 mil millones de dólares y se obtiene 375 A. Que es el requerido promedio de la puerta de la corriente (carga por segundo en la puerta de la capacitancia) para cambiar de 1 mil millones de estos transistores a los 3 GHz. Que no cuenta 'disparar a través de', que tendrá lugar durante la conmutación en CMOS de la lógica. También es un promedio, por lo que la corriente instantánea podrían variar mucho - pensar en cómo el consumo de corriente asintóticamente disminuye como un circuito RC cargos. Condensadores de Bypass en el sustrato, de paquete, y la placa de circuito con suavizar esta variación. Obviamente, esto es sólo una cifra aproximada, pero parece ser un orden de magnitud. Esto también hace que no se considere la posibilidad de fuga de corriente o carga almacenada en otros valores parásitos (es decir, el cableado).
En la mayoría de los dispositivos, \$\alpha\$ será mucho menor que 1 ya que muchos de los transistores va a estar inactivo en cada ciclo de reloj. Esto variará dependiendo de la función de los transistores. Por ejemplo, los transistores en el reloj de la red de distribución se han \$\alpha = 1\$, ya que pasar dos veces por cada ciclo de reloj. Algo así como un contador binario, el LSB habría \$\alpha\$ de 0,5 como se cambia una vez por ciclo de reloj, el siguiente bit habría \$\alpha = 0.25\$ como se cambia la mitad de la frecuencia, etc. Sin embargo, para algo así como una memoria caché, \$\alpha\$ podría ser muy pequeña. Tomar de 1 MB de caché, por ejemplo. Un 1 MB de memoria caché integrada con 6T SRAM células tiene 48 millones de transistores solo para almacenar los datos. Tendrá más para la lectura y escritura de la lógica, demultiplexers, etc. Sin embargo, sólo un puñado nunca iba a cambiar en un determinado ciclo de reloj. Digamos que la línea de la memoria caché es de 128 bytes, y una nueva línea que está escrito en cada ciclo. Eso es de 1024 bits. Suponiendo que el contenido de la celda y los nuevos datos son al azar, 512 bits, se espera que para ser volteado. Eso es 3072 transistores de 48 millones de dólares, o \$\alpha = 0.000061\$. Tenga en cuenta que esto es sólo para la matriz de memoria en sí misma; los circuitos de apoyo (decodificadores, lectura/escritura de la lógica, amplificadores de señal, etc.) será mucho mayor \$\alpha\$. Por lo tanto, por la memoria caché del consumo de energía es generalmente dominada por la corriente de fuga - que es una gran cantidad de inactividad de los transistores sentados en torno a una fuga en lugar de cambiar.
