cpu耗能和频率的关系你知道吗?.doc
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1、cpu耗能和频率的关系你知道吗?回首2004年,i7-2600K频率和功耗的关系Exynos频率和功耗的关系从ARM和X86阵营来看,他们能耗曲线是不是和幂函数图很像?不可忽视的其他因素现实情况比这个更复杂。实际上,上面公式里的P只是动态能耗。CPU的整体功耗还包括短路功耗和漏电功耗:短路功耗是在FET翻转时,有个极短时间会有电子直接跑掉。它和电压、频率正相关。漏电功耗是电子穿透MOSFET的泄漏情况,它和制程与温度有关。综合这些,我们看一个实际的例子:这里的Transition Power就是动态能耗,可以看出它随着频率陡峭上升;短路功耗和频率几乎呈现线性关系;而Static power就是
2、指漏电功耗,它也上升是因为频率上升导致温度上升,从而漏电加重。我们这里引入热密度的概念,即单位面积发出热的数量。从此图看出,随着频率的提高,各种因素综合叠加导致功耗上升严重,而芯片尺寸不变,从而热密度提高很快,现有散热设备短时间内排不出这么多热量,就会造成死机等现象(CPU风扇停转后会发生什么?CPU凭什么烧不坏)。这也是为什么超频往往需要很好的散热设备的原因(手把手来超频一:升级散热系统)。一个脑洞我们最后开一个脑洞:假设没有散热问题,没有门延迟,一个完美的世界里,频率有上限吗?这是个很有意思的思考。大家都知道电信号在导线里的传播速度很快,接近光速。我们这里就取光速:每秒30万公里。相信每个
3、略微了解相对论的人都知道光速是物理极限,我们这里不讨论科幻问题。因为没有门延迟,电信号以光速传播。光速,这个数字很大,但我们的频率可是以G为单位,就是10,也非常大。在1GHz的情况下,电信号只能传播30cm!10GHz的话,才能传播3cm。晶圆大小是300mm,如果我们做出个和它一样大的CPU,也许最高频率只有1GHz。而现在CPU的die大小差不多1cm,所以理论上30GHz是极限频率!结论经由液氮制冷的加持,CPU的频率在极限玩家的帮助下才能挑战9GHz。这对于我们日常电脑用户来说十分遥远,在可以预见的未来,CPU频率因为热密度的关系并不会大幅提高,我们可能永远也看不到10GHz的硅基CPU。也许只有在抛弃硅或者转换到量子计算,CPU频率才会有翻天覆地的变化。这并不意味着CPU效能的止步不前,实际上目前的CoffeeLake 3.8G的CPU相比奔腾4的3.8G,Benchmark跑下来效能提高了十几倍,而功耗反倒下降不少!这全拜改进架构的福。在吸取了基于netburst深度流水来提高主频,却被“誉为”高频低能的奔腾4教训后,这也是Intel等芯片制造商努力的方向。
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