Kāpēc silst procesori?
- This topic has 15 atbilde, 11 voices, and was last updated pirms 14 years by
.
Tiek skatīts 1 ieraksts (no 16 kopumā)
-
[imgl] https://notepad.lv/userpix/28_diy15_1.jpg [/imgl]Lielākā daļa no mums domā, ka tā tam ir jābūt: CPU tiekot intensīvi slogots, tāpēc arī sakarst. Bet nekā nebija – CMOS mikroshēmas nav analogie skaņas pastiprinātāji, kuriem silšana jau ir ieprogrammēta teorijā. Ja pusvadītāji un tehnoloģiskie procesi būtu ideāli, tad ciparu mikroshēmām būtu jāstrādā praktiski bez jebkāda enerģijas patēriņa, gluži kā pasakā.Š ajā rakstā pamēģināsim “bērndārza” līmenī izprast procesus, kas izraisa ciparu mikroshēmu silšanu. Neminēšu nekādas formulas, tikai pavisam elementāras lietas. No kā tad sastāv CPU, GPU, kā arī visas citas ciparu mikroshēmas (ar RAM un zibatmiņām ir mazliet savādāk)?
[img]https://notepad.lv/userpix/28_220pxcmos_invertersvg_2.png [/img] Katra elementārā loģiskā šūna sastāv no vismaz 2 lauktranzistoriem ar izolētu aizvaru. Augšējā attēlā parādīta visvienkāršākā no tām – loģiskais invertors (NOT). No šādiem elementāriem ķieģelīšiem sastāv visas mūsdienu ciparu ierīces. Tranzistori ir dažādas vadāmības: viens no viņiem (apakšējais) atveras, ja uz aizvara padod pozitīvu barošanas spriegumu Vdd, otrs – kad uz tā padod nulli. Rezultātā sanāk, ka šūna invertē ieejas spriegumu, bet vienlaicīgi var būt atvērts tikai viens no abiem tranzistoriem. Tātad pie jebkuriem nosacījumiem ideālā gadījumā strāvai barošanas ķēdē nebūtu jāplūst, I = 0. Un mikroshēmai, kas sastāv tikai no CMOS tranzistoriem, bez aktīvas ārējās slodzes enerģija vispār nebūtu jāpatērē. Bet tā mēdz būt tikai pasakās. Lai izpētītu, kas un kā, tālāk apskatīsim tranzistora uzbūvi griezumā:
[img]https://notepad.lv/userpix/28_mos_basic_1.gif [/img] Š eit redzam, ka tranzistora vadības elements aizvars izgatavots strāvu vadošas plāksnītes veidā. Š ī plāksnīte ir elektriski pilnīgi izolēta no pārējiem tranzistora elementiem, līdzstrāva te plūst nekādi nevar. Tas, diemžēl, spēkā ir tikai līdzstrāvas gadījumā. Pievadot impulsveida spriegumu, aizvara plāksnīte jāuzskata par parazītisku tehnoloģisku kondensatoru, kam ir spēja uzkrāt lādiņu. Noņemot ārējo spriegumu no aizvara, kondensatora lādiņš vēl kādu laiku saglabājas. Un rezultātā sanāk, ka katrā ciklā uz kādu neilgu laika sprīdi ir atvērti abi NOT loģiskā elementa tranzistori – viens jau ir atvēries, otrs vēl nav paguvis aizvērties. Ko tas nozīmē? Protams, ka tikai īssavienojumu barošanas ķēdē!
[img]https://notepad.lv/userpix/28_u_1.jpg [/img] Grafikā teicami redzams, ka katra loģiskā elementa pārslēgšanās nozīmē nelielu barošanas ķēdes īsslēgumu. Protams, šāds īsslēgums ir pavisam neilgs, un arī tā strāva nav īpaši liela (atvērta lauktranzistora strāva ir ierobežota). Bet cik šādu tranzistoru ir mūsdienu CPU? Katram zināms, ka desmitiem un simtiem miljonu! Lūk, šeit arī savācas tie vatu desmiti un simti, kas mums jāaizvada ar radiatoriem, termopastām, un ventilatoriem!
Ko dara, lai ierobežotu šos enerģijas zudumus? Vispirms, cenšas samazināt tranzistoru izmērus. Atceramies 60 nm tehnoloģiju, tad 45, tagad jau 32… Samazinot tranzistora izmērus, arī parazītiskā kondensatora ietekme kļūst mazāka. Cits variants – taktsfrekvences monitorings. Kam gaiņāt miera stāvoklī CPU uz pilniem apgriezieniem, ja taktsfrekvenci var automātiski samazināt? Arī barošanas sprieguma samazināšana dod daudz, bet šai sfērā viss jau izsmelts – silīcija tranzistori tīri fiziski nav spējīgi darboties pie spriegumiem, kas mazāki par 0,7 V.
Tiek skatīts 1 ieraksts (no 16 kopumā)
- Jums ir jāpieslēdzas sistēmai, lai varētu komentēt šo tēmu.
Jaunākais portālā
Apskati
