Я дизайнер ЦП. Позвольте мне дать простейшее объяснение, которое я могу придумать.
«Вся электрическая энергия превращается в тепло».
Вы можете спросить; Если вся электрическая энергия преобразуется в тепло, кто обеспечивает энергию для вычислений?
«Все электрические вычисления рассеивают тепловую энергию».
В процессоре (или любой другой полупроводниковой схеме) для электрических вычислений требуются две вещи:
- Способ отправки информации из одного места в другое (думаю, провода)
- Способ действовать на информацию (думаю, транзисторы)
Провода в реальном мире расходуют тепловую энергию, потому что они имеют ненулевое сопротивление; транзисторы также расходуют тепловую энергию, потому что электроны (и дырки) сталкиваются друг с другом, а атомы вызывают тепло.
Теперь вы можете спросить: моя электрическая горелка расходует всю электрическую энергию в виде тепла, но не вычисляет. Почему верен другой способ (вычисление расхода тепловой энергии).
Это связано с тем, что электроны текут в горелке случайным образом без какого-либо конкретного пути (бесполезно для вычислений), но в процессоре электроны движутся по точно определенному пути (полезному для вычислений), продиктованному HW / схемотехникой. В любом случае, электроны перемещаются, вызывая рассеивание тепла. Другими словами, единственная разница между горелкой и процессором состоит в том, что у первых нет специфических электрических путей прохождения электронов, а у последних - нет; просто потому, что пути прохождения электронов различны, последние не должны тратить меньше тепловой энергии.
Давайте продолжим гипотетический опрос. Можем ли мы выбрать что-то сильно отличающееся от процессоров и посмотреть, как они контрастируют? Давайте представим припаркованную машину на дороге. Если я толкаю автомобиль вперед, то выполненная мной работа (энергия, которую я получаю) преобразуется в две вещи: а) новый импульс автомобиля и б) тепло из-за трения между шинами и дорогой. Подождите минуту, вы говорите, автомобиль импульса. Я вижу что-то физическое, что произошло исключительно потому, что я потратил на это энергию (минус тепло / трение). Тепло от трения теряется (точно так же, как тепло процессора), но генерируемый импульс все еще полезен (скажем, зарядка электрической батареи в автомобиле во время рекуперации). Полезность ЦП заключается в работе с некоторой информацией (определенное расположение битов) и генерацией набора новых фрагментов информации (двоичные биты ввода и вывода); хотя информация абстрактна; не физический. Автомобиль полезен в физическом мире. Информация предназначена для процессора, а физический мир - для автомобилей. Оба излучают тепло, когда они делают что-то полезное для нас, но машины делают еще одну вещь: они физически двигают нас. Что процессор делает в физическом мире, кроме генерации тепла? Ничего такого. Еще один способ увидеть, как процессоры преобразуют всю электрическую энергию в тепло и ничего больше.
Подождите минуту, это на самом деле означает; Я могу использовать процессоры как горелки? Что, если моя электрическая конфорка вместо процессора, и я ставлю на нее кастрюлю, чтобы приготовить ужин. Вы держите пари! Вы получаете две вещи: вычисление еды и информации с одинаковыми затратами энергии! Просто очень дорогая горелка, хотя!