ทำไมโปรเซสเซอร์ถึงร้อน

ฉันอยากจะเข้าใจว่ากระบวนการคำนวณทำให้โปรเซสเซอร์ร้อนแรงอย่างไร ฉันเข้าใจว่าทรานซิสเตอร์สร้างความร้อน

1. ทรานซิสเตอร์สร้างความร้อนได้อย่างไร?
2. ความสัมพันธ์ระหว่างจำนวนชิปกับความร้อนเกิดขึ้นเป็นเส้นตรงหรือไม่
3. ผู้ผลิตซีพียูปรับตำแหน่งของทรานซิสเตอร์เดี่ยวให้เหมาะสมเพื่อลดความร้อนที่เกิดขึ้นหรือไม่

ทรานซิสเตอร์ (FET ในวงจรรวมที่ทันสมัย) ไม่เคยเปลี่ยนจากเต็มปิดเป็นเต็มเปิด มีช่วงเวลาหนึ่งในขณะที่เปิดหรือปิดที่ FET ทำหน้าที่เหมือนตัวต้านทาน (แม้เมื่อเปิดเต็มที่ก็ยังคงมีความต้านทาน)

$P=I^2R$$P=\frac{V^2}{R}$

ยิ่งทรานซิสเตอร์เปลี่ยนมากขึ้นเวลาที่พวกเขาใช้ในสภาพต้านทานนั้นยิ่งร้อนขึ้นเท่านั้น ดังนั้นปริมาณของความร้อนที่เกิดขึ้นสามารถเป็นสัดส่วนโดยตรงกับจำนวนของทรานซิสเตอร์ - แต่มันก็ขึ้นอยู่กับว่าทรานซิสเตอร์กำลังทำอะไรและเมื่อใดและขึ้นอยู่กับสิ่งที่ชิปกำลังถูกสั่งให้ทำ

ใช่ผู้ผลิตอาจวางตำแหน่งบล็อกเฉพาะของการออกแบบของพวกเขา (ไม่ใช่ทรานซิสเตอร์แต่ละตัว แต่บล็อกที่มีฟังก์ชั่นสมบูรณ์) ในบางพื้นที่ขึ้นอยู่กับความร้อนที่บล็อกสามารถสร้าง - ไม่ว่าจะวางไว้ในสถานที่ที่ดีกว่า อยู่ห่างจากบล็อกอื่นที่อาจสร้างความร้อน พวกเขายังต้องคำนึงถึงการกระจายพลังงานภายในชิปด้วยดังนั้นการวางบล็อคโดยพลการอาจไม่สามารถทำได้เสมอไปดังนั้นจึงต้องมีการประนีประนอม

กระแสทั้งหมดในสิ่งที่ไม่ใช่ตัวนำยิ่งยวดสร้างความร้อน ในชิปมันส่วนใหญ่ไหลในชั้นอลูมิเนียม "โลหะ" (ทำไมไม่ทองแดงหรือไม่ปฏิกิริยาทางเคมีที่น่ารังเกียจกับส่วนอื่น ๆ ของซิลิคอนมันจะเปิดออก)

ทำให้กระแสไหลอะไร ทุกครั้งที่มีการเปลี่ยนแปลงสถานะของทรานซิสเตอร์สิ่งนี้สามารถสร้างแบบจำลองเป็นตัวเก็บประจุ (ประตู FET ของเกตลอจิกที่ขับเคลื่อนด้วยบวกกับความจุลวดกาฝาก) ชาร์จ / คายผ่านลวดและเอาท์พุท FET ของเกตก่อนหน้า นี่คือพลังงาน "การสลับ" หรือ "ไดนามิก" มันเป็นสัดส่วนกับความเร็วในการเปลี่ยนและกำลังสองของแรงดันไฟฟ้า ดังนั้นไดรฟ์จาก 5V ถึง 3.3V ถึง 1.8V เพื่อประสิทธิภาพที่ดีขึ้น

ลูกถ้วยไม่สมบูรณ์และในบางสถานที่บางมาก ทรานซิสเตอร์อาจไม่ "เต็ม" อย่างสมบูรณ์ ถ้า FET มีค่าความต้านทานแบบปิดหนึ่งล้านเมกะเฮิรตซ์และคุณใส่ล้านไปเป็นคู่ขนานมันจะดูเหมือนตัวต้านทาน 1 โอห์ม นี่คืออำนาจ "การรั่วไหล" มันเป็นสัดส่วนกับจำนวนทรานซิสเตอร์

ฉันใช้เวลาสิบปีในการเริ่มต้นในการเพิ่มประสิทธิภาพพลังงาน :) มีเทคนิคมากมาย: การแลกเปลี่ยนความเร็ว / การรั่วไหล ("ประตูโลหะสูง k") การปิดบางส่วนของวงจรทั้งหมดการปิดประตูนาฬิกาการลดความถี่สัญญาณนาฬิกาการปรับขนาดและการจัดวาง

1) เมื่อใดก็ตามที่มีกระแสไหลความร้อนจะเกิดจากการชนของอิเล็กตรอน 2) ใช่โดยทั่วไปความสัมพันธ์จะเป็นแบบเชิงเส้น 3) เป็นไปได้ยากมากที่ผู้ผลิตซีพียูจะปรับตำแหน่งของทรานซิสเตอร์แต่ละตัวให้เหมาะสมเพื่อลดความร้อนที่เกิดขึ้น (ซึ่งอยู่ภายในปลอกเดียวกัน )
เมื่อซีพียู "ไม่ได้ใช้งาน" แม้ว่าจะใช้กระแสไฟฟ้าในปริมาณต่ำสุด แต่จะสร้างความร้อน เมื่อโปรเซสเซอร์เริ่มต้นที่ "ประมวลผล" ข้อมูลทรานซิสเตอร์แต่ละตัวจะเปลี่ยนสถานะ การสลับนี้ยังสร้างความร้อน นอกจากนี้ความถี่การสลับมีผลต่ออัตราการเกิดความร้อนยิ่งความถี่สูงขึ้นอัตราการเกิดความร้อนก็จะสูงขึ้น เนื่องจากความสามารถในการกระจายความร้อนของชิปได้รับการแก้ไขจึงสามารถมีความร้อนสูงเกินไปหากทำงานที่ความถี่สูงกว่าที่ออกแบบมาเพื่อใช้งาน

เป็นเรื่องง่ายที่เรารู้ว่าตามกฎจูลส์ว่าเมื่อใดก็ตามที่อิเล็กตรอนไหลผ่านตัวนำความร้อนที่เกิดขึ้นเนื่องจากความต้านทานของวัสดุเนื่องจากตัวนำทุกตัวมีความต้านทานในระดับหนึ่ง