Куда уходит вся мощность, потребляемая процессором?

Куда уходит все энергопотребление процессора? Вся энергия, потребляемая процессором ПК, превращается в тепло? Или он превращается в часть тепла, а часть - в другую энергию?

power cpu energy

— m.Alin
источник

связанный вопрос: electronics.stackexchange.com/questions/33318/…

— Федерико Руссо

Есть люди и компании, которые используют компьютер для обогрева зимой.

— Сиро Сантилли 冠状病毒审查六四事件法轮功

Ответы:

В процессоре все тепло. Это изменение с 0 на 1 и обратно (что в конечном итоге и делает компьютер), которое потребляет энергию, потому что заряд должен перемещаться из одного места в другое, и именно этот ток (движущийся заряд) через сопротивление вызывает тепло. $P = I^2 \times R$

В идеале компьютер, который не выполняет никаких задач, не потребляет энергии, но всегда есть крошечные утечки заряда, а в 1 миллиарде транзисторных процессоров, таких как Pentium, такая комбинация небольших утечек все еще вызывает большие потери энергии.

— Johan.A
источник

Это не все тепло. Есть некоторое электромагнитное излучение. Часть энергии уходит на управление линиями ввода-вывода, которые могут быть подключены к светодиодам. Это почти полностью тепло.

— Фил Фрост

@PhilFrost: в конце электромагнитное излучение будет захвачено частицей, температура которой повысится из-за события.

— Johan.A

В этом случае вся энергия уходит в тепло, и в конце концов мы умрем . Я предполагаю, что это не так, но когда я спрашиваю «Куда идет мощность, потребляемая двигателем?», Я не ожидаю, что ответ будет «Это все тепло. Может быть, это движет некоторыми вещами, но в конечном итоге трение преобразует это в высокая температура."

— Фил Фрост

@PhilFrost: ты прав, конечно. Тем не менее, энергия, потребляемая светодиодом, только для небольшой части преобразуется в свет. В основном это снова тепло, повышение температуры, которое будет излучаться (электромагнитное излучение!) Как инфракрасные волны :). Мир.

— Johan.A

@PhilFrost, можно утверждать, что питание светодиодов не потребляется процессором. Он проходит через него, и при прохождении он вызывает только тепло.

— Федерико Руссо

Электроэнергия, отправляемая почти (*) в любой ЦП на базе CMOS через контакты VCC и GND, идет в 3 места:

Электропитание покидает ЦП через его выходные контакты для удовлетворения требований внешних устройств к «реальной мощности». В качестве примеров можно привести светодиоды, светодиодные балластные резисторы, линии электропередачи, резисторы смещения линии электропередачи, нагрузочные резисторы линии электропередачи и т. Д. Эти внешние устройства никогда не бывают эффективными на 100%, поэтому некоторая или часто большая часть этой мощности преобразуется в тепло, что делает эти внешние устройства теплее. (Через транзисторы в контактном кольце ввода / вывода течет много тока, но относительно небольшое напряжение на этих транзисторах). Часто это самая большая доля мощности в процессорах с низким энергопотреблением, которые управляют большим количеством светодиодов.
Электрическая мощность преобразуется в тепло в транзисторах в кольце колодки ввода-вывода, управляющих (заряжая и разряжая) внешней емкостью. Паразитная емкость трасс PCB, малая емкость затвора входных контактов RAM и других микросхем CMOS, большая емкость затвора больших дискретных полевых транзисторов и т. Д. Являются примерами такой внешней емкости. В течение каждого цикла зарядки / разрядки вся энергия, которая была временно сохранена в этой емкости, рассеивается в виде тепла в канале транзисторов площадки ввода-вывода центрального процессора. (Мгновенная информация о том, куда идет энергия в течение этого цикла, более сложна).
(Аналогично, входные контакты ЦП обычно приводятся в действие транзисторами в кольце площадок ввода / вывода некоторого внешнего чипа. В течение каждого цикла зарядки / разрядки вся энергия, которая временно сохранялась в емкости внутри ЦП, рассеивается в виде тепла в канал транзисторов контактной площадки ввода-вывода этого внешнего чипа. Другими словами, чистая мощность не входит и не выходит через входные контакты процессора).
Электрическая мощность преобразуется в тепло во внутренних сердечниках транзисторов, приводящих в действие (заряжая и разряжая) емкость затвора других внутренних транзисторов. Опять же, в течение каждого цикла зарядки / разрядки вся энергия, которая была временно сохранена в этой емкости, рассеивается в виде тепла в канале внутренних сердечников транзисторов. Это самая большая доля мощности в мощных настольных процессорах.

(*) Некоторые исследователи создали логические устройства для рециркуляции энергии (включая процессоры Tick, FlatTop и Pendulum), которые вместо рассеивания в виде тепла всей энергии, временно сохраненной во внутренней и внешней емкости, вместо этого возвращают большую часть этой энергии обратно в источник питания .

— davidcary
источник