คอมพิวเตอร์เร่งความเร็วที่อุณหภูมิสูงขึ้นหรือไม่

ที่อุณหภูมิสูงคอมพิวเตอร์จะเร็วขึ้นไหม เห็นได้ชัดว่าเราต้องการให้คอมพิวเตอร์เย็นลงเพราะอุณหภูมิที่สูงขึ้นสามารถสร้างความเสียหายให้กับองค์ประกอบหลักได้

อย่างไรก็ตามมันเป็นความสัมพันธ์ระหว่างซิลิคอนซึ่งที่อุณหภูมิสูงกว่าจะปล่อยอิเล็กตรอนมากขึ้นและความต้านทานของส่วนประกอบโลหะที่จะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ หรือว่าเล็กน้อยในแง่ของประสิทธิภาพโดยรวมของคอมพิวเตอร์?

ให้แบ่งคำถามของคุณออกเป็นคำถามย่อย:

คอมพิวเตอร์ที่เร็วกว่า:

การวัดโดยทั่วไปของ "ความเร็ว" ของคอมพิวเตอร์คือความถี่สัญญาณนาฬิกาสูงสุด มาตรการนี้ไม่เคยมีความถูกต้องมาก่อน ( Megahertz myths ) แต่มันก็ไม่สำคัญเลยในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาหลังจากที่ตัวประมวลผลแบบมัลติคอร์กลายเป็นมาตรฐาน ในคอมพิวเตอร์ทุกวันนี้ประสิทธิภาพสูงสุดจะถูกกำหนดโดยปัจจัยที่ซับซ้อนมากกว่าแค่ความถี่สัญญาณนาฬิกาสูงสุด (ปัจจัยเหล่านี้รวมถึงทั้ง HW และ SW)

ผลกระทบของอุณหภูมิต่อความถี่สัญญาณนาฬิกา:

กล่าวว่าเรายังต้องการดูว่าอุณหภูมิมีผลต่อความถี่สัญญาณนาฬิกาของคอมพิวเตอร์อย่างไร คำตอบก็คือมันไม่ส่งผลกระทบต่อวิธีการที่เห็นคุณค่าใด ๆ นาฬิกาสำหรับคอมพิวเตอร์นั้น (มัก) มาจากคริสตัลออสซิลเลเตอร์ซึ่งไม่ร้อนขึ้นเลย ซึ่งหมายความว่าความถี่ของออสซิลเลเตอร์นั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ สัญญาณที่ผลิตโดย oscillator ถูกคูณด้วยความถี่ด้วย PLL ความถี่เอาต์พุตของ PLL จะไม่ได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิ (สมมติว่าได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสม) แต่ระดับเสียงรบกวนในสัญญาณนาฬิกาของ PLLs จะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ

การอภิปรายข้างต้นนำไปสู่ข้อสรุปดังต่อไปนี้: การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจะไม่เพิ่มความถี่ของนาฬิกา (โดยจำนวนที่ประเมินได้) แต่สามารถนำไปสู่ความล้มเหลวเชิงตรรกะเนื่องจากสัญญาณรบกวนที่เพิ่มขึ้นในสัญญาณนาฬิกา

ผลของอุณหภูมิต่อความถี่สัญญาณนาฬิกาสูงสุด:

อุณหภูมิไม่มีผลต่อความถี่ที่กำหนดไว้ล่วงหน้าของนาฬิกาอย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตามอุณหภูมิที่สูงขึ้นอาจอนุญาตให้ใช้ความถี่สูงกว่าได้

ก่อนอื่นคุณต้องเข้าใจว่าคอมพิวเตอร์ที่ทันสมัยไม่มีอัตราการส่งสัญญาณนาฬิกาถึงขีด จำกัด ของเทคโนโลยี คำถามนี้ได้รับการถามที่นี่

ข้างต้นหมายความว่าคุณสามารถเพิ่มความถี่ของ CPU ของคุณเหนือความถี่ที่กำหนดโดยค่าเริ่มต้น อย่างไรก็ตามปรากฎว่าในกรณีนี้อุณหภูมิเป็นปัจจัย จำกัด ไม่เป็นประโยชน์ เหตุผลสองประการคือ:

• ความต้านทานของสายไฟเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ
• อัตราการเกิดไฟฟ้าขึ้นกับอุณหภูมิ

ปัจจัยแรกนำไปสู่ความน่าจะเป็นที่สูงขึ้นของความล้มเหลวเชิงตรรกะที่อุณหภูมิสูง (ใช้ค่าตรรกะที่ไม่ถูกต้อง) ปัจจัยที่สองนำไปสู่ความน่าจะเป็นที่สูงขึ้นของความล้มเหลวทางกายภาพที่อุณหภูมิสูง (เช่นความเสียหายถาวรกับสายตัวนำ)

ดังนั้นอุณหภูมิจึงเป็นปัจจัย จำกัด ของความถี่สูงสุดของโปรเซสเซอร์ นี่คือเหตุผลว่าทำไมการโอเวอร์คล็อกที่ไม่เหมาะสมที่สุดของโปรเซสเซอร์นั้นเกิดขึ้นในขณะที่โปรเซสเซอร์นั้นเย็นตัวลงมาก

ผู้ให้บริการที่ได้รับความร้อนจากซิลิคอน:

ฉันเชื่อว่าคุณถูกนำไปสู่ข้อสรุปที่ผิดโดยความคิดที่ว่าความต้านทานของซิลิคอนลดลงตามอุณหภูมิ มันไม่ใช่กรณี

ในขณะที่อัตราการเกิดความร้อนนั้นเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ แต่ก็ไม่มีประโยชน์ใด ๆ สำหรับซิลิกอนภายใน ความจริงที่ว่าซิลิกอนส่วนใหญ่ที่ใช้ในอุตสาหกรรมนั้นเป็นสารเจือปนหมายความว่าผู้ให้บริการที่มีความร้อนสูงนั้นประกอบไปด้วยส่วนที่ไม่สำคัญของผู้ให้บริการอิสระในซิลิคอน ดังนั้นแม้อัตราการกระตุ้นความร้อนที่เพิ่มขึ้นอย่างมากจะไม่ส่งผลกระทบต่อความหนาแน่นของผู้ให้บริการอิสระ ตรวจสอบเครื่องคิดเลขนี้และลองค้นหาว่าอุณหภูมิของความหนาแน่นของตัวพาความร้อนที่เกิดจากความร้อนเข้าใกล้ระดับความเข้มข้นยาสลบปกติ ( ) - โปรเซสเซอร์ของคุณจะเผาไหม้นานก่อนที่ความร้อน ส่งผลกระทบต่อการนำไฟฟ้าของซิลิคอน$\geq 10^{16}cm^{-3}$

นอกจากนี้ความคล่องตัวของผู้ให้บริการอิสระมักจะลดลงตามอุณหภูมิ ดังนั้นแทนที่จะเพิ่มการนำไฟฟ้าของซิลิคอนคุณอาจสังเกตการลดลงซึ่งจะนำไปสู่ความน่าจะเป็นที่สูงขึ้นของความล้มเหลวทางตรรกะ

สรุป:

อุณหภูมิเป็นปัจจัยหลักที่ จำกัด ความเร็วของคอมพิวเตอร์

อุณหภูมิที่สูงขึ้นของโปรเซสเซอร์ทำให้อัตราการเกิดภาวะโลกร้อนสูงขึ้นซึ่งเป็นผลที่แย่มาก

หัวข้อขั้นสูงสำหรับผู้อ่านที่สนใจ:

คำตอบข้างต้นสำหรับความรู้ที่ดีที่สุดของฉันถูกต้องสมบูรณ์สำหรับเทคโนโลยีที่ลดลงถึง 32nm อย่างไรก็ตามรูปภาพอาจแตกต่างกันไปสำหรับเทคโนโลยี 22nm finFET ของ Intel (ฉันไม่พบการอ้างอิงสำหรับกระบวนการใหม่ล่าสุดนี้บนเว็บ) และมันจะเปลี่ยนไปอย่างแน่นอนเนื่องจากเทคโนโลยีกระบวนการยังคงลดขนาดลง

วิธีปกติในการเปรียบเทียบ "ความเร็ว" ของทรานซิสเตอร์ที่นำมาใช้โดยใช้เทคโนโลยีที่แตกต่างกันคือการกำหนดลักษณะการหน่วงเวลาการแพร่กระจายของอินเวอร์เตอร์ขนาดเล็กที่สุด ตั้งแต่พารามิเตอร์นี้ขึ้นอยู่กับวงจรการขับขี่และการโหลดของอินเวอร์เตอร์ตัวเอง, ความล่าช้าที่มีการคำนวณเมื่ออินเวอร์เตอร์ไม่กี่มีการเชื่อมต่อในวงปิดการขึ้นรูปแหวน Oscillator

หากความล่าช้าในการแพร่กระจายเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ (ตรรกะช้าลง) อุปกรณ์ดังกล่าวจะทำงานในระบบการควบคุมอุณหภูมิปกติ อย่างไรก็ตามขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการใช้งานของอุปกรณ์ความล่าช้าในการแพร่กระจายอาจลดลงตามอุณหภูมิ (ตรรกะที่เร็วกว่า) ซึ่งในกรณีนี้อุปกรณ์ดังกล่าวจะทำงานใน Reverse ระบอบการพึ่งพาอุณหภูมิ

แม้แต่ภาพรวมพื้นฐานที่สุดของปัจจัยต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องในการเปลี่ยนจากอุณหภูมิปกติเป็น Reverse นั้นอยู่นอกเหนือขอบเขตของคำตอบทั่วไปและต้องการความรู้เชิงลึกเกี่ยวกับฟิสิกส์ของเซมิคอนดักเตอร์ บทความนี้เป็นภาพรวมที่ง่ายและสมบูรณ์ที่สุดของปัจจัยเหล่านี้

บรรทัดล่างของบทความข้างต้น (และการอ้างอิงอื่น ๆ ที่ฉันพบบนเว็บ) คือไม่ควรสังเกตการพึ่งพาอุณหภูมิแบบย้อนกลับในเทคโนโลยีที่ใช้งานอยู่ในปัจจุบัน (ยกเว้นบางทีสำหรับ 22nm finFET ซึ่งฉันไม่พบข้อมูล)

คำตอบคือไม่

สาเหตุหลักมาจากคอมพิวเตอร์เป็นวงจรโอเวอร์คล็อก หาก CPU หรือคอมพิวเตอร์ทั้งหมดมีอุณหภูมิสูงกว่าวงจรนาฬิกาจะไม่ทำงานเร็วขึ้น ดังนั้นจำนวน MIPS หรือ FLOPS จึงเท่ากันโดยไม่คำนึงถึงอุณหภูมิ

แต่ดังที่เห็นในความคิดเห็นของคำถามของคุณอุณหภูมิอาจส่งผลต่ออัตรานาฬิกาสูงสุดที่ CPU ของคุณรองรับ

คอมพิวเตอร์วิ่งเร็วเท่าที่คุณบันทึกนาฬิกา ดังนั้นการให้ความร้อนแก่คอมพิวเตอร์โดยไม่ทำอะไรอย่างอื่นจะไม่ส่งผลต่อพลังการคำนวณจนกว่าจะได้รับความร้อนจนได้รับความเสียหายและกำลังการคำนวณจะเป็น 0

การใช้คอมพิวเตอร์ใช้พลังงานไฟฟ้าซึ่งกระจายอยู่ในคอมพิวเตอร์เป็นความร้อน ปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่ใช้เป็นส่วนหนึ่งตามสัดส่วนความเร็วสัญญาณนาฬิกา ซึ่งหมายความว่าคอมพิวเตอร์ที่ร้อนกว่าคือช้ากว่าที่คุณต้องนาฬิกาเพื่อหลีกเลี่ยงการถึงจุดวิกฤติที่มันไม่สามารถทำงานได้อีกต่อไปและอาจได้รับความเสียหายอย่างถาวร

นี่คือเหตุผลที่ comuputers ประสิทธิภาพสูงมีเซ็นเซอร์อุณหภูมิ วงจรภายนอกจะนาฬิกาคอมพิวเตอร์โดยเร็วที่สุด แต่ต้องไม่เกินอุณหภูมิการทำงานสูงสุด ดังนั้นการให้ความร้อนหนึ่งในหน่วยเหล่านี้จะลดพลังงานการคำนวณเนื่องจากวงจรการจัดการความร้อนจะนาฬิกาคอมพิวเตอร์ช้าลงเนื่องจากได้รับอนุญาตให้ใช้พลังงานไฟฟ้าน้อยกว่าก่อนที่จะถึงอุณหภูมิการทำงานสูงสุด

ฉันจำได้ว่าเคยเห็นโฆษณาจาก Intel เกี่ยวกับเรื่องนี้ พวกเขาแสดงให้เห็นว่าโปรเซสเซอร์มีการตรวจจับอุณหภูมิและวงจรปรับนาฬิกาในตัว พวกเขาแสดงคอมพิวเตอร์สองเครื่องเครื่องหนึ่งที่มีชิปและอีกเครื่องหนึ่งที่มีคู่แข่งใช้โปรแกรมเดียวกันด้วยความเร็วเดียวกัน จากนั้นพวกเขาก็นำแผ่นระบายความร้อนออกทั้งสองตัวประมวลผล หนึ่งที่มีวงจรการจัดการความร้อนภายในชะลอตัวลง อีกคนหนึ่งยังคงดำเนินต่อไปครู่หนึ่งจากนั้นก็หยุดเมื่อมันทำให้ตื่นเต้นมากเกินไป

ประเภทหลักขององค์ประกอบสวิตชิ่งในคอมพิวเตอร์ทั่วไปคือทรานซิสเตอร์ผลฟิลด์เซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์ อุปกรณ์ดังกล่าวมีประสิทธิภาพน้อยกว่าเมื่อผ่านกระแสเมื่อร้อนกว่าเมื่อเย็น ในขณะที่มีบางสถานการณ์ที่พฤติกรรมดังกล่าวสามารถเป็นสิ่งที่ดี (เช่นช่วยปรับปรุงความสามารถในการแบ่งปันโหลดของ MOSFET พลังงาน) ก็หมายความว่าฟังก์ชันตรรกะที่ใช้งานกับ MOSFET จะใช้เวลานานกว่าในการเปลี่ยนที่อุณหภูมิสูงขึ้น เนื่องจากการทำงานที่เชื่อถือได้ของคอมพิวเตอร์ต้องการให้วงจรทั้งหมดที่ควรจะสลับในวงจรที่กำหนดจัดการก่อนที่จะถึงรอบถัดไปคอมพิวเตอร์โดยทั่วไปไม่สามารถทำงานได้อย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิสูงเช่นที่อุณหภูมิต่ำ

นอกจากนี้ปริมาณความร้อนที่เกิดขึ้นจากคอมพิวเตอร์โดยใช้ตรรกะเสริม MOSFET นั้นอยู่ในการวัดขนาดใหญ่ตามสัดส่วนของความเร็วที่เกิดขึ้นจริง เพื่อป้องกันความเสียหายจากความร้อนสูงเกินไปจำนวนโปรเซสเซอร์มีวงจรที่จะชะลอตัวลงโดยอัตโนมัติหากอุณหภูมิสูงกว่าเกณฑ์ที่กำหนด แน่นอนว่าสิ่งนี้จะลดประสิทธิภาพการทำงานของแอปพลิเคชันลงอย่างรุนแรง แต่การที่แอปพลิเคชันทำงานช้าลงอาจดีกว่าการที่ตัวประมวลผลหยุดการทำงานอย่างสมบูรณ์ทั้งชั่วคราวหรือถาวร