कंप्यूटर में बिजली की खपत कहां जाती है?

Question

आज हमने दोपहर के भोजन पर एक अजीब चर्चा की: क्या वास्तव में कंप्यूटर में बिजली की खपत होती है, विशेष रूप से सीपीयू में? ( ईटीए: स्पष्ट कारणों के लिए मुझे स्पष्टीकरण की आवश्यकता नहीं है कि हार्ड ड्राइव, प्रदर्शन या प्रशंसक शक्ति का उपभोग क्यों करते हैं - इसका प्रभाव बहुत स्पष्ट है। )

आपके द्वारा देखे जाने वाले आंकड़े आमतौर पर संकेत देते हैं कि बिजली की खपत का केवल एक प्रतिशत (एक बड़ी मात्रा में) गर्मी में समाप्त होता है। हालाँकि, बाकी के साथ वास्तव में क्या होता है? एक सीपीयू (अब) ऐसा उपकरण नहीं है जो यंत्रवत् भागों को स्थानांतरित करता है, प्रकाश का उत्सर्जन करता है या ऊर्जा को बदलने के अन्य तरीकों का उपयोग करता है। ऊर्जा के संरक्षण से पता चलता है कि सभी ऊर्जा को कहीं बाहर जाने के लिए और सीपीयू जैसी किसी चीज के लिए मैं गंभीरता से कल्पना कर सकता हूं कि उत्पादन कुछ भी नहीं बल्कि गर्मी है।

हमें इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग छात्रों के बजाय कंप्यूटर विज्ञान होने के नाते निश्चित रूप से सवाल का सही जवाब देने में मदद नहीं मिली।

Comments

बहुत अच्छा भौतिकी प्रश्न :)

— कोकबीरा

हेई, मेरी उत्तर आईडी हटा दी गई। यह एकमात्र सही उत्तर है। मैं भौतिकी जानता हूं। चलो। मैं यहां एक इलेक्ट्रिकल इंजीनियर हूं।

— user4951

"बिजली की खपत का केवल एक प्रतिशत (एक बड़ा हिस्सा) गर्मी में समाप्त होता है।" थोड़ी समझदारी है। कंप्यूटर संलग्नक के लिए (या उस मामले के लिए सीपीयू के लिए) यह सभी व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए 100% है। डिवाइस से निकलने वाले विकिरण के रूप में एक छोटी 'आराम' राशि होती है। एक एलसीडी मॉनिटर के लिए यह केवल थोड़ा कम है क्योंकि यह प्रकाश का उत्सर्जन करता है।

— जनवरी को Jan Doggen

प्रोसेसर केवल प्रश्न: Electronics.stackexchange.com/questions/79166/…

— Ciro Santilli 中心।।।

Answer 1

इलेक्ट्रॉनों को चारों ओर धकेला जा रहा है, इसके लिए काम की आवश्यकता है। और इलेक्ट्रॉनों को "घर्षण" का अनुभव होता है, क्योंकि वे अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

यदि आप इलेक्ट्रॉनों को एक PNP जंक्शन में धकेलना चाहते हैं ताकि इसे चालू किया जा सके, जिसके लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित नहीं करना चाहते हैं, और वे एक साथ करीब नहीं जाना चाहते हैं; आपको उनके पारस्परिक प्रतिकर्षण को दूर करना होगा।

सबसे सरल सीपीयू, एक एकल, अकेला, ट्रांजिस्टर लें:

इलेक्ट्रॉनों ऊर्जा खो देते हैं क्योंकि वे गर्मी पैदा करते हैं। और आकर्षण और प्रतिकर्षण के विद्युत क्षेत्रों पर काबू पाने के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

Comments

इसलिए, इसे छोटा करने के लिए: मुख्य रूप से गर्मी :)

— अकीरा

यह अभी भी नहीं समझाता है कि बाकी ऊर्जा कहां जाती है, अर्थात। क्या गर्मी के लिए खो नहीं है। जिस काम का आप अंत में उल्लेख करते हैं वह गर्मी में बदल जाता है और जिस कार्य / ऊर्जा को आप ईई प्रतिकर्षण को दूर करने के लिए डालते हैं वह गायब नहीं होता है; इसे पुन: उपयोग किया जा सकता है, जैसे कि जब आप एक स्प्रिंग जारी करते हैं। शायद इसका पुन: उपयोग नहीं किया जाता है - वसंत को पतली हवा में छोड़ा जाता है?

— trolle3000

ऊर्जा = गर्मी, प्रकाश (आरएफ विकिरण), शोर (कंपन) और आउटपुट सिग्नल जो अंततः संग्रहीत, प्रेषित और / या प्रदर्शित होता है। हालाँकि, मुझे लगता है कि आप एक पीसी द्वारा दी गई गर्मी की मात्रा को कम आंकते हैं।

— क्रिस नवा

@ क्रिस नवा: और मुझे लगता है कि एक बहुत बड़ा प्रतिशत :)

— अकीरा

ऊर्जा आपके द्वारा, या बिजली की आपूर्ति को पुनः प्राप्त नहीं करती है। हाँ यह विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित हो गया है, यह आपके द्वारा उपयोग किए जाने की स्थिति में नहीं है।

— इयान बॉयड

Answer 2

Landauer के सिद्धांत के बारे में विकिपीडिया पर एक दिलचस्प लेख है जिसमें कहा गया है कि (उद्धरण):

"किसी भी तार्किक रूप से अपरिवर्तनीय जानकारी का हेरफेर, जैसे कि एक बिट का विलोपन या दो संगणना पथों का विलय, सूचना प्रसंस्करण या उसके पर्यावरण की स्वतंत्रता की गैर-सूचना असर वाली डिग्री में एक समान एंट्रोपी वृद्धि के साथ होना चाहिए"

इसका मतलब है कि (बोली):

विशेष रूप से, प्रत्येक खोई गई जानकारी से गर्मी की मात्रा kT ln 2 निकलती है, जहाँ k बोल्ट्टमन स्थिरांक है और T परिपथ का निरपेक्ष तापमान है।

फिर भी उद्धृत:

यदि किसी संगणना के संभावित तार्किक राज्यों की संख्या में कमी होती है, क्योंकि गणना आगे बढ़ी (तार्किक अपरिवर्तनीयता), तो यह एंट्रोपी की निषिद्ध कमी का गठन करेगा, जब तक कि प्रत्येक तार्किक अवस्था के अनुरूप संभव भौतिक राज्यों की संख्या एक साथ नहीं बढ़ेगी कम से कम एक क्षतिपूर्ति राशि, जिससे कि संभावित भौतिक राज्यों की कुल संख्या मूल रूप से छोटी नहीं थी (कुल एन्ट्रापी कम नहीं हुई है)।

इसलिए, ऊष्मप्रवैगिकी (और Landauer) के दूसरे कानून के परिणामस्वरूप , कुछ प्रकार की संगणनाएं न्यूनतम मात्रा में गर्मी पैदा किए बिना नहीं की जा सकती हैं , और यह गर्मी आंतरिक सीपीयू प्रतिरोध का परिणाम नहीं है।

चीयर्स!

Comments

मेरा मानना ​​है कि हर प्रकार की संगणना को प्रतिवर्ती संगणना में बदला जा सकता है: "हालांकि इस लक्ष्य को प्राप्त करना कंप्यूटिंग के लिए अति-सटीक नए भौतिक तंत्रों के डिजाइन, निर्माण, और लक्षण वर्णन के लिए एक महत्वपूर्ण चुनौती प्रस्तुत करता है, वर्तमान में सोचने का कोई मौलिक कारण नहीं है। यह लक्ष्य अंततः पूरा नहीं किया जा सकता है, हमें किसी दिन ऐसे कंप्यूटर बनाने की अनुमति देता है जो 1 बिट से कम मूल्य के भौतिक एन्ट्रापी उत्पन्न करते हैं ... " en.wikipedia.org/wiki/Reversible_computing

— Infragile

यह वास्तव में निर्भर करता है कि आप गर्मी क्या मानते हैं। सभी आंदोलन? केवल अव्यवस्थित आंदोलन? आप कैसे निर्धारित करते हैं कि बनाम अव्यवस्थित आंदोलन का आदेश क्या है? ...

— गेरमीया

Answer 3

अन्य उत्कृष्ट उत्तरों में जोड़ने के लिए:

आपके द्वारा देखे जाने वाले आंकड़े आमतौर पर संकेत देते हैं कि बिजली की खपत का केवल एक प्रतिशत (एक बड़ी मात्रा में) गर्मी में समाप्त होता है। हालांकि, बाकी के साथ वास्तव में क्या होता है?

दरअसल, गर्मी में लगभग सब कुछ खत्म हो जाता है। ऊर्जा के संरक्षण के नियम से , सभी ऊर्जा (जो कि समय से गुणा की गई शक्ति है) को कहीं न कहीं समाप्त होना है। एक कंप्यूटर के अंदर लगभग सभी प्रक्रियाएं ऊर्जा को सीधे या परोक्ष रूप से गर्मी में बदल देती हैं। उदाहरण के लिए, प्रशंसक ऊर्जा को गतिमान हवा (= गतिज ऊर्जा) में बदल देगा, हालांकि आसपास की हवा के साथ घर्षण से चलती हवा को रोक दिया जाएगा, जो अपनी गतिज ऊर्जा को गर्मी में बदल देगा।

वही विकिरण (मॉनिटर से प्रकाश, ईएम विकिरण सभी विद्युत घटकों से) और ध्वनि (शोर, लाउडस्पीकर से ध्वनि) के लिए एक कंप्यूटर का उत्पादन करता है: वे भी अवशोषित हो जाएंगे और गर्मी में बदल जाएंगे।

यदि आप एक "प्रतिशत" पढ़ते हैं जो गर्मी में समाप्त होता है, तो हो सकता है कि वह अकेले बिजली की आपूर्ति को संदर्भित करता हो। बिजली की आपूर्ति को वास्तव में अपने इनपुट का एक बड़ा प्रतिशत विद्युत शक्ति में बदलना चाहिए, न कि गर्मी में (हालांकि यह कुछ गर्मी भी पैदा करता है)। यह ऊर्जा बाकी कंप्यूटर द्वारा गर्मी में बदल दी जाएगी :-)।

Answer 4

इसका बहुत सा हिस्सा आपकी हार्ड ड्राइव और प्रशंसकों को आगे बढ़ाता है, और आपके मॉनिटर को रोशन करता है।

इसमें से कुछ नेटवर्क पर डेटा संचारित करने के लिए जाता है। इस बारे में सोचें कि एक बड़े रेडियो स्टेशन को कितनी बिजली चाहिए। कंप्यूटर नेटवर्क डेटा के साथ एक ही काम कर रहा है, भले ही यह एक ईथरनेट लाइन या वाईफाई एंटीना पर बहुत छोटे पैमाने पर हो।

इसके अलावा, सीपीयू और मदरबोर्ड के भीतर पथ नेटवर्क प्रसारण के समान ही बहुत काम करते हैं। उन रास्तों से इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित करने के लिए ऊर्जा लगती है। एक इलेक्ट्रॉन में अधिक द्रव्यमान नहीं हो सकता है, लेकिन आप उनमें से अरबों को स्थानांतरित कर रहे हैं, और इसे प्रति सेकंड अरबों बार कर रहे हैं।

Answer 5

मेमोरी बिट्स को चालू और बंद करने में उपयोग की जाने वाली ऊर्जा भी है, साथ ही सीपीयू मेमोरी को वर्तमान मेमोरी को बनाए रखने के लिए शक्ति का उपयोग करना जारी रखना चाहिए, जब कुछ और संसाधित नहीं किया जा रहा हो। मुझे आंकड़े नहीं मिल पा रहे थे, लेकिन अब आपको मेरी दिलचस्पी है तो अगर मुझे कुछ मिला तो मैं इसे जोड़ दूंगा।

Answer 6

मैं एक सीपीयू डिजाइनर हूं। मुझे एक सरल विवरण प्रदान करें, जिसके बारे में मैं सोच सकता हूं।

"सभी विद्युत ऊर्जा गर्मी में परिवर्तित हो जाती है।"

आप पूछ सकते हैं; यदि सभी विद्युत ऊर्जा को ऊष्मा में परिवर्तित किया जाता है, तो अभिकलन के लिए ऊर्जा कौन प्रदान करता है?

"सभी विद्युत संगणना ऊष्मा ऊर्जा का प्रसार करती है।"

एक सीपीयू (या किसी अन्य अर्धचालक सर्किट) में, बिजली की गणना के लिए दो चीजों की जरूरत होती है:

• एक स्थान से दूसरे स्थान पर सूचना भेजने का एक तरीका (तारों को सोचें)
• सूचना पर कार्य करने का एक तरीका (विचार ट्रांजिस्टर)

वास्तविक दुनिया में तार गर्मी ऊर्जा खर्च करते हैं क्योंकि उनके पास गैर-शून्य प्रतिरोध है; ट्रांजिस्टर गर्मी ऊर्जा का भी खर्च करते हैं क्योंकि इलेक्ट्रॉन (और छेद) एक दूसरे से टकराते हैं और गर्मी पैदा करते हैं।

अब आप पूछ सकते हैं: इसलिए मेरा इलेक्ट्रिक बर्नर गर्मी के रूप में सभी विद्युत ऊर्जा का खर्च करता है, लेकिन यह गणना नहीं करता है। क्यों अन्य तरीका सही है (गणना ऊर्जा गर्मी ऊर्जा की गणना)।

इसका कारण यह है कि इलेक्ट्रॉन बिना किसी विशिष्ट पथ (गणना के लिए उपयोगी नहीं) के साथ बर्नर में बेतरतीब ढंग से प्रवाह करते हैं, लेकिन एक सीपीयू इलेक्ट्रॉनों में एचडब्ल्यू / सर्किट डिजाइन द्वारा निर्धारित एक सटीक परिभाषित पथ (गणना के लिए उपयोगी) में प्रवाह होता है। किसी भी तरह से, इलेक्ट्रॉनों चारों ओर घूमते हैं, जिससे गर्मी का अपव्यय होता है। दूसरे शब्दों में, बर्नर और सीपीयू के बीच एकमात्र अंतर यह है कि पूर्व में इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह और उत्तरार्द्ध के लिए कोई विशिष्ट विद्युत मार्ग नहीं है; सिर्फ इसलिए कि इलेक्ट्रॉन पथ के तरीके अलग-अलग हैं, यह कम गर्मी ऊर्जा खर्च करने के लिए उत्तरार्द्ध का कारण नहीं है।

चलो काल्पनिक पूछताछ जारी रखें। क्या हम सीपीयू से कुछ अलग कर सकते हैं और देख सकते हैं कि वे कैसे इसके विपरीत हैं? चलो सड़क पर खड़ी कार की कल्पना करते हैं। अगर मैं कार को आगे बढ़ाता हूं, तो मेरे द्वारा किया गया काम (मेरे द्वारा दी गई ऊर्जा) दो चीजों में परिवर्तित हो जाता है: ए) कार की नई गति और बी) टायर / सड़क घर्षण के कारण गर्मी। एक मिनट रुकिए, आप कहते हैं, कार की गति। कुछ शारीरिक मैं देख सकता हूं जो पूरी तरह से हुआ क्योंकि मैंने इसके लिए ऊर्जा का खर्च (माइनस हीट / घर्षण) किया। घर्षण से गर्मी खो जाती है (सीपीयू की गर्मी की तरह) लेकिन उत्पन्न गति अभी भी उपयोगी है (पुनर्जन्म तोड़ने के दौरान कार में विद्युत बैटरी चार्ज करना)। सीपीयू की उपयोगिता कुछ सूचनाओं (बिट्स की एक निश्चित व्यवस्था) पर काम करने और सूचना के नए टुकड़ों (इनपुट और आउटपुट बाइनरी) का एक सेट बनाने में है; हालांकि जानकारी सार है; शारीरिक नहीं। कार की उपयोगिता भौतिक दुनिया में है। जानकारी सीपीयू के लिए है जबकि भौतिक दुनिया कारों के लिए है। जब वे हमारे लिए कुछ उपयोगी करते हैं तो वे ऊष्मा उत्पन्न करते हैं लेकिन कारें एक और काम करती हैं: वे शारीरिक रूप से हमें चारों ओर ले जाते हैं। गर्मी पैदा करने से परे भौतिक दुनिया में सीपीयू क्या करता है? कुछ भी तो नहीं। बस यह देखने का एक और तरीका है कि सीपीयू सभी विद्युत ऊर्जा को गर्मी में कैसे परिवर्तित करते हैं और कुछ नहीं।

एक मिनट रुको, यह वास्तव में मतलब है; मैं सीपीयू को बर्नर के रूप में उपयोग कर सकता हूं? क्या होगा अगर मेरा विद्युत बर्नर एक सीपीयू के बजाय है और मैं रात का खाना पकाने के लिए उस पर एक खाना पकाने का पैन डाल देता हूं। बिलकुल! आपको दो चीजें मिलती हैं: एक ही ऊर्जा लागत के साथ खाद्य और सूचना संगणना! बस बहुत महंगा बर्नर हालांकि!

Answer 7

मेरी समझ यह है कि सीपीयू द्वारा अधिकांश ऊर्जा उपयोग गर्मी के रूप में आउटपुट है। कार्य करने के लिए एक भौतिक प्रणाली ऊर्जा को रूपांतरित या स्थानांतरित करती है - सीपीयू विद्युत ऊर्जा को ऊष्मा में परिवर्तित करके काम करता है, यह आंतरिक अवस्था को कई बार बदल देता है (इसलिए कुछ ऊर्जा प्रभावी ढंग से उस समय के लिए संग्रहीत होती है)।

कैविएट: मेरे व्यावहारिक इलेक्ट्रॉनिक्स और भौतिकी प्रशिक्षण एक दशक पहले 20 साल की उम्र के आसपास बंद हो गए, जब तक कि आप नए वैज्ञानिक को पढ़ना नहीं चाहते हैं, इसलिए एक गुजरने वाले भौतिक विज्ञानी के बारे में मुझे यह बताना हो सकता है कि मैं पूरी तरह से गलत हूं!

Comments

ऊष्मा ऊर्जा लगभग हमेशा एक बेकार उत्पाद है: अगर हम गर्मी पैदा किए बिना सीपीयू के अंदर इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित कर सकते हैं, तो हम इसे एक सेकंड में करेंगे।

— शैतानिकुप्पि

Answer 8

एक ईयरलर प्रतिवादी ने संकेत दिया कि लगभग सब कुछ गर्मी में समाप्त होता है। यह लगभग सही है। वास्तव में, सभी बिजली इनपुट अंत में गर्मी के रूप में समाप्त होते हैं। पंखा एक अच्छा उदाहरण था। पंखा ऊर्जा को चलती हवा (= गतिज ऊर्जा) में बदल देगा, हालांकि आसपास की हवा के साथ घर्षण से चलती हवा को रोक दिया जाएगा, जिससे इसकी गतिज ऊर्जा गर्मी में बदल जाएगी। मॉनिटर से प्रकाश के लिए भी यही अवधारणा लागू होती है। यदि आप एक कंप्यूटर सिस्टम को 250 वाट की शक्ति को सील कमरे में रखते हैं, तो शुद्ध परिणाम कमरे में 250 वाट का हीटर लगाने के समान है।

Answer 9

अभिकलन ऊष्मा है। जबकि बेशक सभी गर्मी की गणना नहीं है। तो एकमात्र तार्किक उत्तर; गर्मी में कितना खो जाता है? इसका जवाब है।

अभिकलन ऊष्मा का आयोजन करता है। डेटा के रूप में। जिसे हम अपशिष्ट गर्मी मानते हैं वह सिर्फ अव्यवस्थित डेटा है और इसका उपयोग अभिकलन के लिए नहीं किया जाता है।

Answer 10

मैं इस टिप्पणी के ऊपर प्रतिक्रिया करना चाहता था "एक साधारण बिजली के सर्किट के बारे में सोचें: एक बैटरी से जुड़ी एक डिवाइस (कोई भी उपकरण)। बिजली कहां जाती है? यह डिवाइस पर नहीं रुकती है; इसमें से कुछ का उपयोग कुछ भी करने के लिए किया जाता है। यह डिवाइस करता है, लेकिन बाकी तार के माध्यम से जारी रहता है, बैटरी में वापस (इसलिए बंद सर्किट)। "

यदि हम विद्युत प्रवाह के बारे में बात कर रहे हैं तो यह टिप्पणी सही है; यह सर्किट के माध्यम से बहता है (काम उर्फ ​​गर्मी को नष्ट करता है) और बैटरी (या शक्ति स्रोत) पर वापस जाता है। यहां वर्तमान में वास्तव में इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह का जिक्र है।

हालांकि, मूल पोस्टर गर्मी उर्फ ​​ऊर्जा के प्रसार की बात कर रहा था। गर्मी / ऊर्जा-विकृत बैटरी में वापस नहीं जाती है। ऊर्जा का उपयोग बैटरी से किया जाता है और सीपीयू में गर्मी के माध्यम से पूरी तरह से विघटित हो जाता है। विद्युत प्रवाह एक अलग मामला है।

Answer 11

हां हां, एक सीपीयू बहुत सारी बिजली को परिवर्तित करता है जिसे वह गर्मी में अवशोषित करता है। हम सब जानते हैं कि; यही कारण है कि अब हमारे पास सीपीयू से जुड़े ऐसे पागल शीतलन उपकरण हैं।

हालाँकि आपको इलेक्ट्रॉनिक्स का सबसे बुनियादी सिद्धांत याद आ रहा है।

आपकी बहस यह आवाज़ देती है कि जब बिजली एक प्रकाश या मोटर में प्रवेश करती है, तो यह सभी प्रकाश या गतिज ऊर्जा में बदल जाती है, जो कि मामला नहीं है। एक साधारण इलेक्ट्रिक सर्किट के बारे में सोचें: बैटरी से जुड़ी एक डिवाइस (कोई भी उपकरण)। बिजली कहां जाती है? यह डिवाइस पर नहीं रुकता है; इसका उपयोग कुछ भी करने के लिए किया जाता है जो भी यह डिवाइस करता है, लेकिन बाकी तार के माध्यम से जारी रहता है, वापस बैटरी (इसलिए बंद सर्किट )।

एक कंप्यूटर अलग नहीं है। मुख्य के माध्यम से चार्ज वाहक आते हैं, पीएसयू में प्रवेश करते हैं, फिर सीपीयू में जहां वे अपना काम करते हैं, प्रक्रिया में गर्मी पैदा करते हैं, फिर बाकी बाहर निकलते हैं, पीएसयू में वापस आते हैं, और मेन में वापस आते हैं।

इयान बॉयड ने एक ट्रांजिस्टर की ओर इशारा करके एक अच्छी शुरुआत की थी , लेकिन यह वास्तव में बिजली के लिए उपयोग किया जाता है (डिवाइस के "अदायगी" के लिए, विशेष रूप से एक प्रशंसक के आंदोलन के लिए एक सादृश्य के रूप में) की एक ठोस विवरण के साथ पालन नहीं किया एक एलईडी का प्रकाश)। आप थोड़ा शोध कर सकते हैं कि एक ट्रांजिस्टर वास्तव में इसे समझने के लिए कैसे काम करता है, लेकिन यह कहने के लिए पर्याप्त है कि बिजली का उपयोग ट्रांजिस्टर के हिस्से की परमाणु व्यवस्था को भौतिक रूप से बदलने या इलेक्ट्रॉन प्रवाह को अवरुद्ध करने के लिए किया जाता है। दी गई इसकी "कार्रवाई" आंदोलन या प्रकाश के रूप में लगभग स्पष्ट या स्पष्ट नहीं है, लेकिन ऊर्जा अभी भी कुछ करने के लिए उपयोग की जाती है (और जैसा कि इयान ने उल्लेख किया है, जब आप चारों ओर परमाणुओं को धक्का देते हैं तो गर्मी का एक गुच्छा बनाया जाता है)। मैंने एक्शन में सीपीयू गेट की कुछ एसईएम तस्वीरें देखी हैं जो वास्तव में चीजों की कल्पना करने में मदद करती हैं; अगर मुझे एक मिल सकता है, तो मैं इसे जोड़ूंगा।