Bilgisayarlar daha yüksek sıcaklıklarda hızlanıyor mu?

Daha yüksek sıcaklıklarda bilgisayarlar daha hızlı olacak mı? Açıkçası, yüksek sıcaklıklar çekirdek bileşenlere zarar verebileceğinden, her zaman bilgisayarı soğutmak ister.

Bununla birlikte, daha yüksek sıcaklıklarda daha fazla elektron salacak olan silikon ile sıcaklık arttıkça artan metal bileşenlerin direnci arasındaki bir etkileşim midir? Yoksa bu, genel bilgisayar performansı açısından önemsiz midir?

Sorularınızı alt sorulara ayıralım:

Daha hızlı bilgisayar:

Bilgisayarın "hızının" en yaygın ölçüsü, maksimum saat frekansıdır. Bu önlem hiçbir zaman doğru bir önlem değildi ( Megahertz efsanesi ), ancak çok çekirdekli işlemcilerin standart haline gelmesinden sonra son yıllarda tamamen önemsiz hale geldi. Günümüz bilgisayarlarında, en yüksek performans maksimum saat frekansından çok daha karmaşık faktörlerle belirlenir (bu faktörler hem HW hem de SW yönlerini içerir).

Sıcaklığın saat frekansı üzerindeki etkisi:

Yine de, sıcaklığın bilgisayarın saat frekansını nasıl etkilediğini görmek istiyoruz. Cevap, onu kayda değer bir şekilde etkilememesidir. Bilgisayarın saati (genellikle) hiç ısınmayan bir kristal osilatörden türetilir. Bu, osilatörün frekansının sıcaklıktan bağımsız olduğu anlamına gelir. Osilatör tarafından üretilen sinyal, frekans olarak PLL'ler ile çarpılır. PLL'lerin çıkış frekansı sıcaklıktan etkilenmeyecektir (düzgün tasarlandıkları varsayılarak), ancak PLL'lerin saat sinyalindeki gürültü seviyesi sıcaklıkla artacaktır.

Yukarıdaki tartışma şu sonuca götürür: sıcaklıktaki artış saatin frekansını arttırmayacaktır (kayda değer herhangi bir miktarda), ancak saat sinyalindeki artan gürültü nedeniyle mantıksal bir başarısızlığa yol açabilir.

Sıcaklığın maksimum saat frekansı üzerindeki etkisi:

Sıcaklığın, saatin önceden tanımlanmış frekansı üzerinde etkili bir etkisi yoktur. Bununla birlikte, belki daha yüksek sıcaklık, daha yüksek frekansların kullanılmasına izin verir?

Her şeyden önce, modern bilgisayarların saat hızlarının teknoloji sınırına itilmediğini anlamalısınız. Bu soru burada zaten sorulmuştur .

Yukarıdaki, CPU'nuzun frekansını varsayılan olarak tanımlanandan daha fazla artırabileceğiniz anlamına gelir. Bununla birlikte, bu durumda sıcaklığın bir fayda değil, sınırlayıcı faktör olduğu ortaya çıkmaktadır. Bunun iki nedeni:

• Tellerin direnci sıcaklık ile artar
• Elektromigrasyon oranları sıcaklıkla birlikte artar

Birinci faktör, yüksek sıcaklıklarda daha yüksek bir mantıksal arıza olasılığına yol açar (yanlış mantıksal değerler kullanılır). İkinci faktör, yüksek sıcaklıklarda (iletken bir telde kalıcı hasar gibi) daha yüksek fiziksel arıza olasılığına yol açar.

Bu nedenle sıcaklık, işlemcilerin maksimum frekansının sınırlayıcı faktörüdür. İşlemcinin en aşırı hız aşırtmasının, işlemci süper soğutulmuşken yapılmasının nedeni budur .

Silikonda termal olarak uyarılmış taşıyıcılar:

Silikonun direncinin sıcaklıkla azaldığı düşüncesiyle yanlış sonuçlara yol açtığınıza inanıyorum. Durum böyle değil.

$\geq 10^{16}cm^{-3}$

Ayrıca, serbest taşıyıcıların hareketliliği sıcaklık ile düşme eğilimindedir; bu nedenle, silikonun iletkenliğindeki artış yerine, muhtemelen daha yüksek bir mantıksal başarısızlık olasılığına yol açacak bir düşüş gözlemleyeceksiniz.

Sonuç:

Sıcaklık, bilgisayarların hızını belirleyen temel faktörlerdir.

İşlemcilerin yüksek sıcaklıkları da çok daha yüksek olan Küresel Isınma oranlarına yol açar.

İlgili okuyucular için gelişmiş konular:

Yukarıdaki cevaplar, en iyi bilgime göre, 32nm'ye kadar olan teknolojiler için tamamen doğrudur. Bununla birlikte, resim Intel'in 22nm finFET teknolojisi için farklı olabilir (web'deki bu en yeni işlem için referans bulamadım) ve süreç teknolojileri azalmaya devam ettikçe kesinlikle değişecektir.

Farklı teknolojiler kullanılarak uygulanan transistörlerin "hızını" karşılaştırmaya yönelik genel yaklaşım, minimum boyutlu inverterin yayılma gecikmesini karakterize etmektir. Bu parametre sürüş devresine ve sürücünün yüküne bağlı olduğundan, bir Halka Osilatörü oluşturan kapalı bir döngüye birkaç invertör bağlandığında gecikme hesaplanır .

Yayılma gecikmesi sıcaklıkla (yavaş mantık) artarsa, cihazın Normal Sıcaklık Bağımlılığı Rejimi'nde çalıştığı söylenir. Bununla birlikte, cihazın çalışma koşullarına bağlı olarak, yayılma gecikmesi sıcaklıkla (daha hızlı mantık) azalabilir, bu durumda cihazın Ters Sıcaklık Bağımlılığı Rejimi'nde çalıştığı söylenir.

Normalden Ters sıcaklık rejimlerine geçişte yer alan faktörlere en temel genel bakış bile genel bir yanıtın kapsamı dışındadır ve yarı iletken fiziği hakkında oldukça derin bilgi gerektirir. Bu makale , bu faktörlerin en basit ve eksiksiz genel bakışını sunmaktadır.

Yukarıdaki makalenin alt satırı (ve web'de bulduğum diğer referanslar), şu anda kullanılan teknolojilerde (belki de 22nm finFET hariç, veri bulamadığım) ters sıcaklık bağımlılığının gözlenmemesi gerektiğidir.

Cevap hayır.

Temelde bir bilgisayar saat devresi olduğu için. CPU veya tüm bilgisayar daha yüksek bir sıcaklıktaysa, saat devresi daha hızlı çalışmaz. Bu nedenle MIPS veya FLOPS sayısı, sıcaklıktan bağımsız olarak aynıdır.

Ancak , sorularınızın yorumlarında görüldüğü gibi, sıcaklık CPU'nuzun destekleyeceği maksimum saat hızını etkileyebilir.

Bilgisayarlar saat hızınızda çalışır. Bu nedenle, bilgisayarı başka bir şey yapmadan ısıtmak, o zamana kadar ısıtılana ve hesaplama gücü 0 oluncaya kadar hesaplama gücünü etkilemez.

Bilgisayar çalıştırmak, bilgisayarda ısı olarak yayılan elektrik gücünü kullanır. Kullanılan elektrik gücü kısmen saat hızı ile orantılıdır. Bu, bilgisayar ne kadar sıcak olursa, artık çalışamayacağı ve muhtemelen kalıcı olarak zarar görebileceği kritik noktaya ulaşmaktan kaçınmak için saati yavaşlatmanız gerektiği anlamına gelir.

Bu nedenle yüksek performanslı bilgisayarların sıcaklık sensörleri vardır. Harici bir devre, bilgisayarı olabildiğince hızlı bir şekilde saatler ancak maksimum çalışma sıcaklığını aşmamalıdır. Bu nedenle bu ünitelerden birini ısıtmak azalır hesaplama gücünü çünkü termal yönetim devresi bilgisayarı daha yavaş çalıştıracaktır, çünkü maksimum çalışma sıcaklığına ulaşmadan önce daha az elektrik gücüne izin verilir.

Intel'den bu konuda bir reklam gördüğümü hatırlıyorum. İşlemcilerinin bu sıcaklık algılama ve saat ayarlama devresinin yerleşik olduğunu gösteriyorlardı. Aynı programı aynı hızda çalıştıran biri çipli ve diğeri rakip iki bilgisayar gösterdi. Sonra ısı alıcılarını her iki işlemciden çıkardılar. Dahili termal yönetim devresine sahip olan yavaşladı. Diğeri bir süre devam etti, sonra aşırı ısındığında tamamen çıkın.

Tipik bilgisayarlarda anahtarlama elemanının birincil tipi metal oksit yarı iletken alan etkili transistördür. Bu tür cihazlar, geçen akımda sıcakken soğuktan daha az etkilidir. Bu tür davranışların iyi bir şey olabileceği bazı durumlar olsa da (örneğin, güç MOSFET'lerin yük paylaşım yeteneğini geliştirir), aynı zamanda MOSFET'lerle uygulanan mantık işlevlerinin daha yüksek sıcaklıklarda geçişinin daha uzun süreceği anlamına gelir. Bir bilgisayarın güvenilir çalışması, belirli bir döngüde geçiş yapması gereken tüm devrelerin bir sonraki döngü gelmeden önce bunu yapmasını gerektirdiğinden, bilgisayarlar genellikle yüksek sıcaklıklarda yavaş sıcaklıklarda olabildiğince hızlı çalışamazlar.

Ayrıca, tamamlayıcı-MOSFET mantığı kullanılarak bir bilgisayar tarafından üretilen ısı miktarı büyük ölçüde çalıştığı gerçek hız ile orantılıdır. Aşırı ısınmanın zarar görmesini önlemek için, bir dizi işlemcide, sıcaklıklar belirli bir eşiği aşarsa otomatik olarak yavaşlatacak devreler vardır. Bu elbette uygulama performansını ciddi şekilde azaltacaktır, ancak bir uygulamanın yavaşlaması, işlemcinin geçici veya kalıcı olarak çalışmayı tamamen durdurmasından daha iyi olabilir.