Давайте разбить ваши вопросы на подвопросы:
Быстрее компьютер:
Наиболее распространенным показателем «скорости» компьютера является его максимальная тактовая частота. Эта мера никогда не была точной ( миф Мегагерца ), но она стала совершенно неважной в последние годы после того, как многоядерные процессоры стали стандартом. В современных компьютерах максимальная производительность определяется гораздо более сложными факторами, чем просто максимальная тактовая частота (эти факторы включают аспекты как HW, так и SW).
Влияние температуры на тактовую частоту:
Сказал, что мы все еще хотим посмотреть, как температура влияет на тактовую частоту компьютера. Ну, ответ в том, что это никак не влияет на это. Часы для компьютера (обычно) получены из кварцевого генератора, который вообще не нагревается. Это означает, что частота генератора не зависит от температуры. Сигнал, генерируемый генератором, умножается по частоте на ФАПЧ. Выходная частота ФАПЧ не будет зависеть от температуры (при условии, что они были спроектированы правильно), но уровень шума в тактовом сигнале ФАПЧ будет увеличиваться с ростом температуры.
Приведенное выше обсуждение приводит к следующему выводу: повышение температуры не приведет к увеличению частоты часов (на сколько-нибудь заметную величину), но может привести к логическому отказу из-за увеличения шума в тактовом сигнале.
Влияние температуры на максимальную тактовую частоту:
Температура практически не влияет на заранее заданную частоту часов. Однако, может быть, более высокая температура позволяет использовать более высокие частоты?
Прежде всего вы должны понимать, что современные компьютеры не имеют тактовых частот, доведенных до предела технологии. Этот вопрос уже задавался здесь .
Вышеуказанное означает, что вы можете увеличить частоту вашего процессора выше той, которая была определена по умолчанию. Однако оказывается, что в этом случае температура является ограничивающим фактором, а не преимуществом. Две причины для этого:
- Сопротивление проводов увеличивается с температурой
- Скорость электромиграции увеличивается с температурой
Первый фактор приводит к более высокой вероятности логического сбоя при высоких температурах (используются неверные логические значения). Второй фактор приводит к более высокой вероятности физического отказа при высоких температурах (например, постоянное повреждение проводящего провода).
Поэтому температура является ограничивающим фактором максимальной частоты процессоров. Это причина, по которой разгон процессоров осуществляется с чрезмерным охлаждением, когда процессор перегрет.
Термически возбужденные носители в кремнии:
Я считаю, что вы пришли к неверным выводам из-за мысли, что сопротивление кремния уменьшается с температурой. Это не тот случай.
≥ 1016с м- 3
Кроме того, подвижность свободных носителей имеет тенденцию уменьшаться с температурой; поэтому вместо увеличения проводимости кремния вы, вероятно, заметите уменьшение, которое приведет к более высокой вероятности логического сбоя.
Вывод:
Температура является основным ограничивающим фактором скорости компьютеров.
Более высокие температуры процессоров также приводят к более высоким показателям глобального потепления, что очень плохо.
Расширенные темы для заинтересованных читателей:
Приведенные выше ответы, насколько я знаю, полностью верны для технологий до 32 нм. Однако для 22-нм технологии finFET от Intel картина может отличаться (я не нашел ссылок на этот новейший процесс в Интернете), и она, безусловно, изменится, поскольку технологии процессов продолжают сокращаться.
Обычный подход для сравнения «скорости» транзисторов, реализованных с использованием различных технологий, заключается в характеристике задержки распространения инвертора минимального размера. Поскольку этот параметр зависит от схемы управления и нагрузки самого инвертора, задержка рассчитывается, когда несколько инверторов подключены в замкнутом контуре, образующем кольцевой генератор .
Если задержка распространения увеличивается с температурой (более медленная логика), говорят, что устройство работает в нормальном режиме зависимости от температуры. Однако, в зависимости от условий работы устройства, задержка распространения может уменьшаться с температурой (более быстрая логика), и в этом случае говорят, что устройство работает в режиме обратной зависимости от температуры.
Даже самый базовый обзор факторов, связанных с переходом от нормального к обратному температурному режиму, выходит за рамки общего ответа и требует довольно глубоких знаний физики полупроводников. Эта статья - самый простой, но полный обзор этих факторов.
Суть вышеупомянутой статьи (и других ссылок, которые я нашел в Интернете) заключается в том, что обратная зависимость от температуры не должна наблюдаться в используемых в настоящее время технологиях (за исключением, может быть, 22-нм finFET, для которого я не нашел данных).