Wohin geht die gesamte von einer CPU verbrauchte Energie?

Wohin geht der gesamte Stromverbrauch einer CPU? Wird die gesamte von der PC-CPU aufgenommene Leistung in Wärme umgewandelt? Oder wird es teilweise in Wärme und teilweise in eine andere Art von Energie umgewandelt?

power cpu energy

— m.Alin
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Verwandte Frage: electronic.stackexchange.com/questions/33318/…

— Federico Russo

Es gibt Menschen und Unternehmen, die Computerwärme verwenden, um sich im Winter aufzuwärmen.

— Ciro Santilli 法轮功病毒审查六四事件 25

Antworten:

$P = I^2 \times R$

Idealerweise verbraucht ein Computer, der keine Aufgaben ausführt, keine Energie, aber es gibt immer winzige Ladungslecks und in einem 1-Milliarden-Transistorprozessor wie einem Pentium verursacht diese Kombination kleiner Lecks immer noch viele Leistungsverluste.

— Johan.A
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Es ist nicht alles Hitze. Es gibt etwas elektromagnetische Strahlung. Ein Teil der Energie fließt in die Ansteuerung von E / A-Leitungen, die möglicherweise an LEDs angeschlossen sind. Es ist fast ausschließlich Hitze.

— Phil Frost

@PhilFrost: Am Ende wird die elektromagnetische Strahlung von einem Partikel erfasst, dessen Temperatur aufgrund des Ereignisses ansteigt.

— Johan.A

In diesem Fall geht die gesamte Energie in Wärme und schließlich werden wir sterben . Ich denke, das ist nicht falsch, aber wenn ich frage "Wohin geht die von einem Motor verbrauchte Leistung?", Erwarte ich nicht, dass die Antwort "Es ist alles Hitze. Vielleicht bewegt es einige Dinge, aber Reibung wird das irgendwann umwandeln." Hitze."

— Phil Frost

@PhilFrost: du hast natürlich recht. Trotzdem wird der Energieverbrauch einer LED nur zu einem kleinen Teil in Licht umgewandelt. Das meiste davon ist wieder Wärme, Temperaturanstieg, der als IR-Wellen abgestrahlt wird (elektromagnetische Strahlung!) :). Frieden.

— Johan.A

@PhilFrost, man könnte argumentieren, dass der Strom für die LEDs nicht von der CPU verbraucht wird. Es passiert es jedoch und verursacht dabei nur Wärme.

— Federico Russo

Die elektrische Leistung, die über ihre VCC- und GND-Pins an fast (*) jede CMOS-basierte CPU gesendet wird, wird an drei Stellen ausgegeben:

Die elektrische Energie verlässt die CPU über ihre Ausgangspins, um den "Wirkleistungsbedarf" externer Geräte zu decken. Beispiele sind LEDs, LED-Vorschaltgerätewiderstände, Übertragungsleitungen, Vorspannungswiderstände für Übertragungsleitungen, Abschlusswiderstände für Übertragungsleitungen usw. Diese externen Geräte sind niemals zu 100% effizient, daher wird ein Teil oder oft der größte Teil dieser Energie in Wärme umgewandelt, wodurch diese externen Geräte wärmer werden. (Es fließt viel Strom durch die Transistoren im E / A-Pad-Ring, aber eine relativ kleine Spannung über diesen Transistoren.) Dies ist häufig der größte Teil der Leistung in CPUs mit geringem Stromverbrauch, die viele LEDs ansteuern.
Elektrische Energie wird in den Transistoren im E / A-Pad-Ring in Wärme umgewandelt, die die externe Kapazität antreibt (Laden und Entladen). Die parasitäre Kapazität von Leiterplattenspuren, die kleine Gatekapazität der Eingangspins von RAM und anderen CMOS-Chips, die große Gatekapazität großer diskreter FETs usw. sind Beispiele für eine solche externe Kapazität. Während jedes Lade- / Entladezyklus wird die gesamte Energie, die vorübergehend in dieser Kapazität gespeichert wurde, als Wärme im Kanal der E / A-Pad-Transistoren der CPU abgeführt. (Die augenblicklichen Details darüber, wohin die Stromversorgung während dieses Zyklus fließt, sind komplizierter).
(In ähnlicher Weise werden die Eingangspins der CPU normalerweise von Transistoren im E / A-Pad-Ring eines externen Chips angesteuert. Während jedes Lade- / Entladezyklus wird die gesamte Energie, die vorübergehend in der Kapazität der CPU gespeichert wurde, als Wärme in der CPU abgeführt Kanal der E / A-Pad-Transistoren dieses externen Chips. Mit anderen Worten, keine Nettoleistung tritt über die Eingangspins der CPU ein oder aus.
In den internen Kerntransistoren wird elektrische Energie in Wärme umgewandelt, die die Gatekapazität anderer interner Transistoren antreibt (Laden und Entladen). Wiederum wird über jeden Lade- / Entladezyklus die gesamte Energie, die vorübergehend in dieser Kapazität gespeichert wurde, als Wärme im Kanal der internen Kerntransistoren abgeführt. Dies ist der größte Teil der Leistung in Hochleistungs-Desktop-CPUs.

(*) Einige Forscher haben Logikgeräte für die Energierückgewinnung gebaut (einschließlich der Tick-, FlatTop- und Pendel-CPUs), die nicht die gesamte in interner und externer Kapazität vorübergehend gespeicherte Energie als Wärme abführen, sondern den größten Teil dieser Energie an die zurückgeben Stromversorgung .

— Davidcary
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