प्रोसेसर गर्म क्यों होता है?

Question

मैं यह समझना चाहता हूं कि कम्प्यूटेशन प्रक्रिया प्रोसेसर के गर्म होने का कारण कैसे बनती है। मैं समझता हूं कि गर्मी ट्रांजिस्टर द्वारा उत्पन्न होती है।

1. कैसे ट्रांजिस्टर वास्तव में गर्मी उत्पन्न करता है?
2. चिप्स की संख्या और गर्मी उत्पन्न रैखिक के बीच संबंध है?
3. क्या CPU निर्माता उत्पन्न गर्मी को कम करने के लिए एकल ट्रांजिस्टर के पदों का अनुकूलन करते हैं?

Comments

स्विचिंग केस हीट और इसलिए क्लॉक स्पीड का सीधा संबंध गर्मी से भी है।

— निधिन

व्यवहार में, असली चिप्स गर्मी का कारण बनता है क्योंकि एक प्रतिरोधक कंडक्टर के माध्यम से बिजली की आवाजाही होती है, जैसा कि उत्तर में दिया गया है। लेकिन अगर यह विषय आपको रुचिकर लगे, तो आप इस बारे में पढ़ना चाहेंगे कि बाइनरी सूचना के निर्माण के लिए आवश्यक रूप से अपशिष्ट ऊष्मा के निर्माण की क्या आवश्यकता है; एक अच्छा निबंध जिसमें बहुत अधिक भौतिकी की आवश्यकता नहीं होती है वह यहाँ पाया जा सकता है। plato.stanford.edu/entries/information-entropy

— Eric Lippert

मेरे पास ठीक से जवाब देने के लिए गणित नहीं है (और एरिक की टिप्पणी पर विस्तार से), लेकिन क्वांटम कंप्यूटिंग और प्रतिवर्ती फाटकों में इस सवाल के निहितार्थ हैं । "अपरिवर्तनीय बिट ऑपरेशन" के अनुसार "केटी एलएन (2) ऊर्जा का प्रसार होता है"। Landauer के सिद्धांत का एक हिस्सा । यदि आपके पास है (A & B), तो इसके दो इनपुट और एक आउटपुट है। इस प्रक्रिया में खो जाने वाली जानकारी को कहीं जाना पड़ता है और एंट्रॉपी (गर्मी) हो जाती है ... यह मानते हुए कि मैंने इसे वर्णन करने के लिए पर्याप्त समझा।

Answer 1

एक ट्रांजिस्टर (एफईटी, आधुनिक आईसी में) कभी भी पूर्ण ऑफ से पूर्ण पर तुरंत स्विच नहीं करता है। एक ऐसा समय है जब यह चालू या बंद होता है जहां FET एक अवरोधक की तरह काम करता है (यहां तक ​​कि जब यह पूरी तरह से चालू होता है तब भी प्रतिरोध होता है)।

जैसा कि आप जानते हैं, एक रोकनेवाला के माध्यम से एक धारा गुजरना गर्मी उत्पन्न करता है ( या P = V $P=I^2R$ )।$P=\frac{V^2}{R}$

ट्रांजिस्टर जितना अधिक समय वे उस प्रतिरोधक स्थिति में बिताते हैं, उतनी ही अधिक गर्मी वे उत्पन्न करते हैं। तो उत्पन्न गर्मी की मात्रा सीधे ट्रांजिस्टर की संख्या के अनुपात में हो सकती है - लेकिन यह भी निर्भर करता है कि ट्रांजिस्टर क्या और कब कर रहे हैं, और यह इस बात पर निर्भर करता है कि चिप को क्या करने का निर्देश दिया जा रहा है।

हां, निर्माता अपने डिजाइन के विशिष्ट ब्लॉक (व्यक्तिगत ट्रांजिस्टर नहीं, लेकिन ब्लॉक जो एक पूर्ण कार्य बनाते हैं) को कुछ क्षेत्रों में उस गर्मी के आधार पर उत्पन्न कर सकते हैं - जो इसे बेहतर हीट बॉन्डिंग वाले स्थान पर रख सकता है या स्थान पर रख सकता है। यह एक अन्य ब्लॉक से दूर है जो गर्मी उत्पन्न कर सकता है। उन्हें चिप के भीतर बिजली वितरण को भी ध्यान में रखना होगा, इसलिए ब्लॉक को मनमाने ढंग से रखना हमेशा संभव नहीं हो सकता है, इसलिए उन्हें समझौता करना होगा।

Comments

सीपीयू में उत्पादन को गर्म करने के लिए कई कई योगदान कारक हैं। सिर्फ इसलिए कि यह उत्तर आपके पसंदीदा का उल्लेख करने के लिए नहीं होता है इसका मतलब यह नहीं है कि यह गलत है। मेरा सुझाव है, नीचे-पूरी तरह से मान्य उत्तर देने के बजाय, आप अपना उत्तर लिखने का प्रयास करें। अगर यह इससे बेहतर होता है तो समुदाय फैसला करेगा और उसे अधिक वोट मिलेंगे।

— माज़ेंको

इसलिए लोगों को मेरा वोट देने के बजाय अपने वोट डालने का बेहतर जवाब देना चाहिए।

— मैजेंको

मैं करूंगा, लेकिन मेरे पास कुछ समय (दिन) के लिए समय नहीं होगा। अभी के लिए, मैं मानता हूं कि गर्मी प्रतिरोधक नुकसान से उत्पन्न होती है। हालाँकि, मुझे नहीं लगता कि आपका जवाब बहुत गहरी समझ देता है।

— एचकेओबी

Answer 2

सुपरकंडक्टर न होने वाली किसी भी चीज में सभी करंट प्रवाह गर्मी उत्पन्न करता है। चिप्स में, यह ज्यादातर एल्यूमीनियम "धातु" परतों में बह रहा है (तांबा क्यों नहीं? सिलिकॉन के अन्य भागों के साथ गंदा रासायनिक बातचीत, यह बदल जाता है)।

क्या प्रवाह का कारण बनता है? हर बार जब कोई ट्रांजिस्टर बदलता है, तो इसे कैपेसिटर (चालित लॉजिक गेट प्लस पैरासाइट वायर कैपेसिटेंस का FET गेट) के रूप में चार्ज किया जा सकता है। पिछले गेट के वायर और आउटपुट FET के माध्यम से चार्जिंग / डिस्चार्जिंग। यह "स्विचिंग" या "गतिशील" शक्ति है। यह स्विचिंग गति और वोल्टेज के वर्ग के लिए आनुपातिक है; इसलिए बेहतर दक्षता के लिए ड्राइव 5V से 3.3V से 1.8V तक।

इन्सुलेटर सही नहीं हैं, और कुछ स्थानों में बहुत पतले हैं। ट्रांजिस्टर पूरी तरह से "बंद" नहीं हो सकते हैं। यदि FET में मेगाोहम का प्रतिरोध होता है, और आप उनमें से एक लाख को समानांतर में रखते हैं, तो यह 1 औंस अवरोधक की तरह दिखता है। यह "लीकेज" शक्ति है। यह ट्रांजिस्टर की संख्या के लिए आनुपातिक है।

मैंने पावर ऑप्टिमाइज़ेशन पर एक स्टार्टअप में काम करते हुए एक दशक बिताया। :) बहुत सारी तकनीकें हैं: स्पीड / लीकेज ट्रेडऑफ ("हाई के मेटल गेट"), सर्किट के कुछ हिस्सों को पूरी तरह से बंद करना, क्लॉक गेटिंग, घड़ी की आवृत्ति में कमी, साइजिंग और प्लेसमेंट।

Comments

आज के उच्च-प्रदर्शन माइक्रोप्रोसेसर वास्तव में तांबे के इंटरकनेक्ट का उपयोग करते हैं, अन्य धातुओं की पतली परतों के साथ तांबे को सिलिकॉन से प्रतिक्रिया करने से रोकते हैं। एल्यूमीनियम का उपयोग अभी भी कम जटिल और बड़ी-प्रक्रिया वाले चिप्स पर किया जाता है, हालांकि, इसके साथ काम करने के लिए यह बहुत कम जटिल है।

— h

Answer 3

1) किसी भी समय वर्तमान प्रवाह होता है, गर्मी इलेक्ट्रॉनों के टकराव से उत्पन्न होती है। 2) हां, आम तौर पर, सहसंबंध रैखिक है। 3) यह बहुत संभावना नहीं है कि सीपीयू अलग-अलग ट्रांजिस्टर की स्थिति का अनुकूलन करता है , उत्पन्न गर्मी को कम करने के लिए (वे सभी एक ही कैस के अंदर हैं )।
जब एक सीपीयू "निष्क्रिय" होता है, हालांकि यह वर्तमान की न्यूनतम मात्रा का उपयोग करता है, तो यह गर्मी उत्पन्न करता है। जैसे ही प्रोसेसर "प्रक्रिया" जानकारी शुरू करता है, व्यक्तिगत ट्रांजिस्टर स्विच स्थिति को बदल देता है। यह स्विचिंग भी गर्मी उत्पन्न करता है। इसके अलावा, स्विचिंग आवृत्ति गर्मी पीढ़ी दर को प्रभावित करती है, उच्च आवृत्ति उच्च गर्मी पीढ़ी दर। चूंकि चिप की गर्मी अपव्यय क्षमता तय हो गई है, इसलिए इसे अगर इसे संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया था, तो इसे उच्च आवृत्ति पर संचालित किया जा सकता है।

Answer 4

यह सरल है कि हम यह जानते हैं कि जूल के नियम के अनुसार जब भी इलेक्ट्रॉन कंडक्टर के माध्यम से प्रवाहित होते हैं तो सामग्री के प्रतिरोध के कारण उत्पन्न ऊष्मा का प्रवाह होता है क्योंकि प्रत्येक चालक में कुछ प्रतिरोध होता है।