프로세서가 뜨거워지는 이유는 무엇입니까?

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계산 프로세스로 인해 프로세서가 뜨거워지는 방식을 이해하고 싶습니다. 트랜지스터에 의해 열이 발생한다는 것을 알고 있습니다.

트랜지스터는 어떻게 정확하게 열을 생성합니까?
칩 수와 발열량 사이의 상관 관계는 선형입니까?
CPU 제조업체는 생성 된 열을 최소화하기 위해 단일 트랜지스터의 위치를 최적화합니까?

— 신타 그마
소스

스위칭 케이스 열과 클럭 속도도 생성 된 열과 직접적인 관계가 있습니다.

— nidhin

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실제로, 실제 칩은 답변에서 언급 한 바와 같이 저항 도체를 통한 전기 이동으로 인해 가열됩니다. 그러나이 주제에 관심이 있다면 바이너리 정보 자체를 생성하는 데 폐열 생성이 어떻게 필요한지 에 대해 읽어보십시오 . 많은 물리학을 요구하지 않는 멋진 에세이는 여기에서 찾을 수 있습니다 plato.stanford.edu/entries/information-entropy

— Eric Lippert

나는 제대로 대답 할 수있는 수학이없고 Eric의 의견에 대해 자세히 설명하고 있지만, 양자 컴퓨팅과 가역 게이트 에서는이 질문에 영향을 미칩니다 . "돌이킬 수없는 비트 연산 당 kT ln (2) 에너지가 소비됩니다". Landauer의 원칙의 일부 . 이있는 경우 (A & B)두 개의 입력과 하나의 출력이 있습니다. 이 과정에서 잃어버린 정보는 어딘가로 가서 엔트로피 (열)가되어야합니다.

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트랜지스터 (현대 IC의 경우 FET)는 완전한 OFF에서 완전 ON으로 즉시 전환되지 않습니다. FET가 저항처럼 작동하는 기간이 있습니다 (완전히 켜져 있어도 여전히 저항이 있음).

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

트랜지스터가 저항 상태에서 더 많은 시간을 소비할수록 더 많은 열을 발생시킵니다. 따라서 발생하는 열의 양은 트랜지스터 수에 직접 비례 할 수 있지만, 어떤 트랜지스터가 무엇을 언제 어떤 행동을하는지에 따라 달라지며, 칩이 지시하는 내용에 따라 달라집니다.

예, 제조업체는 블록이 생성 할 수있는 열에 따라 특정 영역에 디자인의 특정 블록 (개별 트랜지스터가 아니라 완전한 기능을 형성하는 블록)을 배치 할 수 있습니다. 열을 발생시킬 수있는 다른 블록에서 떨어진 곳. 또한 칩 내 전력 분배를 고려해야하므로 임의로 블록을 배치하는 것이 항상 가능하지는 않을 수 있으므로 타협해야합니다.

— 마 젠코
소스

CPU의 열 생산에 많은 기여 요인이 있습니다. 이 답변이 당신이 가장 좋아하는 것을 언급하지 않았다고해서 그것이 틀렸다는 것을 의미하지는 않습니다. 나는 올바른 답변을 다운 투표하지 않고 자신의 답변을 작성해보십시오. 이 것보다 낫다면 커뮤니티는 더 많은 투표를 할 것입니다.

— Majenko

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따라서 사람들이 내 투표 대신 투표에 참여할 수 있도록 더 나은 답변을 제공함으로써이를 편향시킵니다.

— Majenko

나는 할 것이다. 그러나 나는 잠시 동안 (일) 시간이 없다. 현재로서는 저항 손실에 의해 열이 발생한다는 데 동의합니다. 그러나 나는 당신의 대답이 매우 깊이 이해한다고 생각하지 않습니다.

— HKOB

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초전도체가 아닌 것에 전류가 흐르면 열이 발생합니다. 칩에서는 주로 알루미늄 "금속"층으로 흐르고 있습니다 (구리가 아닌 이유는 실리콘의 다른 부분과의 불쾌한 화학 작용으로 밝혀졌습니다).

전류가 흐르게하는 원인은 무엇입니까? 트랜지스터가 상태를 변경할 때마다, 이것은 커패시터 (구동 로직 게이트의 FET 게이트 + 기생 와이어 커패시턴스)를 통해 충전 / 방전되고 이전 게이트의 출력 FET로 모델링 될 수 있습니다. 이것은 "전환"또는 "동적"전력입니다. 스위칭 속도와 전압 의 제곱 에 비례합니다 . 따라서 효율을 높이기 위해 5V ~ 3.3V ~ 1.8V의 드라이브가 필요합니다.

절연체는 완벽하지 않으며 일부 장소에서는 매우 얇습니다. 트랜지스터가 완전히 "꺼져"있지 않을 수 있습니다. FET의 오프 저항이 메가 옴이고 백만 개를 병렬로 배치하면 1 옴 저항처럼 보입니다. 이것이 "누설"힘입니다. 트랜지스터 수에 비례합니다.

나는 전력 최적화에 대한 스타트 업에서 10 년을 보냈다. :) 속도 / 누설 트레이드 오프 ( "하이 k 메탈 게이트"), 회로의 일부를 완전히 끄기, 클럭 게이팅, 클럭 주파수 감소, 크기 조정 및 배치 등 많은 기술이 있습니다.

— pjc50
소스

오늘날의 고성능 마이크로 프로세서가 실제로 수행 규소와 반응하는, 구리를 방지하는 다른 금속의 얇은 층으로 사용하여 구리 배선을. 알루미늄은 작업하기가 훨씬 덜 복잡하기 때문에 덜 복잡하고 더 큰 공정 칩에 여전히 사용됩니다.

— 홉

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1) 전류 흐름이있을 때마다 전자의 충돌로 열이 발생합니다. 2) 예, 일반적으로 상관 관계는 선형입니다. 3) CPU 제조업체가 생성 된 열을 최소화하기 위해 개별 트랜지스터 의 위치를 최적화 할 가능성은 거의 없습니다 (모두 동일한 케이스 내부 에 있음 ).
CPU가 "유휴"인 경우 최소량의 전류를 사용하지만 열이 발생합니다. 프로세서가 정보를 "처리"하기 시작할 때 개별 트랜지스터는 상태를 전환합니다. 이 스위칭은 또한 열을 발생시킵니다. 또한, 스위칭 주파수는 열 발생률에 영향을 미치며, 주파수가 높을수록 열 발생률이 높아진다. 칩의 방열 능력이 고정되어 있기 때문에 칩이 작동하도록 설계된 것보다 높은 주파수에서 작동하면 과열 될 수 있습니다.

— 길
소스

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줄 법칙에 따르면 전자가 도체를 통해 흐를 때마다 물질의 저항으로 인해 생성 된 열이 모든 도체에 약간의 저항이 있기 때문에 열이 발생한다는 것은 간단합니다.

— 아브 하이
소스