Frage:
Warum übertaktet ein Prozessor schneller, wenn er mit flüssigem Stickstoff gekühlt wird?
user3045
2011-06-14 23:42:32 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Warum übertaktet ein Prozessor schneller, wenn er mit flüssigem Stickstoff gekühlt wird? Ist das Gegenteil auch der Grund, warum der Prozessor langsamer wird, wenn es heiß wird?

Ich interessiere mich speziell für Intel-Prozessoren.

Fünf antworten:
#1
+14
Olin Lathrop
2011-06-15 00:06:08 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Es ist nicht die Temperatur, die es schneller oder langsamer laufen lässt. Durch die niedrigere Temperatur kann dem Gerät mehr Wärmeleistung entzogen werden, wodurch mehr Strom eingespeist werden kann, ohne es zu verbrennen, wodurch es schneller getaktet werden kann. Ein Teil der benötigten elektrischen Leistung ist proportional zur Taktrate.

Es ist also eine Funktion der Wärmeableitung der eingegebenen Leistung. Wenn dem so ist, warum wird Windows dann langsamer, wenn die CPU zu heiß wird?
@kurtnelle, Viele neuere Prozessoren werden automatisch heruntergefahren, wenn sie zu heiß werden, um Schäden zu vermeiden. Die meisten Prozessoren werden auch heruntergefahren, wenn sie eine bestimmte Temperatur überschreiten (dies kann zwischen 70 ° C und 95 ° C liegen).
Denn durch Verlangsamung kann der Kern langsamer betrieben werden, was weniger Strom verbraucht und weniger Wärme erzeugt, was den Prozessor immer noch davon abhalten kann, zu braten, wenn er heiß ist. Eigentlich wusste ich nicht, dass Windows klug genug ist, das zu tun. Ich nehme Ihr Wort dazu und erkläre die Argumentation, vorausgesetzt, es tut das wirklich.
Jetzt, wo ich mehr darüber nachdenke, ist es wahrscheinlicher, dass die Prozessorhardware die Uhr automatisch zurückskaliert, wenn es heiß wird, als dass Windows irgendetwas damit zu tun hat.
"Durch die niedrigere Temperatur kann dem Gerät mehr Wärmeleistung entzogen werden, die das Gerät sonst verbrennen würde, wenn es schneller getaktet würde."
@Olin Lathrop Wir müssen aufhören, uns so zu treffen! :) Laut dieser Seite (http://www.diodes.com/_files/design_note_pdfs/zetex/dn4.pdf) verlangsamt sich die Kantenrate von bipolaren Bauelementen und MOSFETs um 1,0 bis 2,5% pro Grad C Anstieg. Die Schaltgeschwindigkeit der FETs ändert sich nicht viel, aber die effektive Geschwindigkeit ändert sich aufgrund der Flankenraten.
Wow, also ist es dann wahr? !!!
@kurtnelle, David spricht von einem geringfügigen Effekt. Unabhängig davon, ob die Logikgatter eine etwas schnellere oder eine niedrigere Temperatur erreichen, wirkt sich die Temperatur direkt nicht auf die Geschwindigkeit eines PC-Prozessors aus. Das wird ausschließlich von der Taktrate bestimmt. Mit anderen Worten, der Prozessor läuft so schnell, wie wir ihn takten möchten. Wenn Sie es jedoch zu schnell einstellen, kann es verbrennen oder nicht richtig funktionieren. Kalt * ermöglicht *, dass es schneller getaktet wird, aber allein macht es nicht schneller.
Ok, die Hardware verlangsamt sich intelligent, um Schäden zu vermeiden. Zumindest auf modernen Prozessoren (und mit modern meine ich p4 und höher).
@kurtnelle Einige CPU-Familien haben diese Funktion, zum Beispiel hat die Core i7-Serie feste TDP-Grenzwerte. Darüber hinaus ist die CPU auch viel anfälliger für interne Fehler, wenn sie "heiß" läuft oder ohne zusätzliche Spannung übertaktet wird. Einige Fehler sind schwerwiegend (normalerweise ein BSOD in Windows). Einige Fehler können korrigiert werden, erfordern jedoch häufig das Leeren der Pipeline und / oder der Caches, wodurch die CPU für einen bestimmten Zeitraum effektiv angehalten wird. Andere Fehler sind nicht schwerwiegend, werden nicht von internen Mechanismen erfasst, sondern vom Betriebssystem, das normalerweise versucht, sie zu korrigieren. Dies kann ein langsamer Prozess sein.
Ich habe vor einigen Jahren ein Video gesehen, das im Wesentlichen Intels Funktion zum Herunterstempeln vermarktet, wenn die CPU zu heiß wird. Ein Intel und ein Athlon MB standen nebeneinander und auf ihren Bildschirmen lief ein Actionspiel. Gleichzeitig wurden die Kühlkörper von den CPUs abgezogen. Es dauerte nicht lange, bis der Bildschirm des Intel langsamer wurde (Demonstration der selbstschützenden Uhr), während der Athlon weiter auf Hochtouren lief. Nicht lange danach explodierte der Athlon-Chip, das Spiel war vorbei.
Ich bin mir nicht sicher, ob es das war, dachte, es gäbe eine Seite an Seite ohne die Kürzungen, aber im Grunde kommt der Punkt klar: http://www.youtube.com/watch?v=XgOmMAasqto
@JustJeff Ja, wegen dieses thermischen Problems mit AMD bin ich bis heute skeptisch gegenüber AMD-Chips. @Mark, Haben Sie Informationen über den Namen der Methode, die zum "Leeren des Caches" usw. verwendet wird, um Fehler zu berücksichtigen?
@Kurtnelle Nicht alle Informationen nein, zweifle an niemandem außer Intel / AMD. Der meiste CPU-Cache ist ECC, er kann 1-Bit-Fehler korrigieren und 2-Bit-Fehler erkennen. Das Erkennen eines 2-Bit-Fehlers ist ein Auslöser für das Löschen (mindestens) dieser Cache-Zeile und das erneute Laden vom RAM.
Ah, so kann die CPU die Daten vom RAM in den Cache ziehen. Mach den Computer. Wenn ein Fehler festgestellt wird, leeren Sie den Cache und beginnen Sie von vorne. Macht Sinn. Danke Mark.
Diese Demo war in gewisser Weise unfair. Prozessoren sind für die Verwendung mit Kühlkörpern ausgelegt, und ein ordnungsgemäß installierter Kühlkörper verschwindet nicht ohne Sabotage (und wenn ein Saboteur einen Kühlkörper entfernen kann, kann er genauso gut alles andere zerstören). Ein besserer Test wäre gewesen, den Kühlkörperlüfter zu blockieren (da Lüfter ausfallen können und müssen). Ich würde erwarten, dass zumindest das spätere Modell AMD diesen Test eher überstanden hätte.
#2
+5
old_timer
2011-06-15 00:22:19 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Sie möchten den Kern in seinem Betriebsbereich halten. Wenn Sie den Kern schneller laufen lassen möchten, was bedeutet, dass er mehr Wärme / Energie verbraucht, müssen Sie mehr Wärme abführen, um ihn in seinem Betriebstemperaturbereich zu halten. Wenn Sie die Kühlung durch verschiedene Methoden, Lüfter, Flüssigkeit, Gas usw. verbessern können, können Sie mehr Energie in Form eines erhöhten Takts (Multiplikators) hinzufügen. Sie können das Teil beschädigen, indem Sie versuchen, es zu kalt und zu heiß laufen zu lassen. Es gibt auch eine physikalische Grenze dafür, dass man es nicht unendlich schnell und unendlich kalt laufen lassen kann. Ihre Grenze wird wahrscheinlich vom Silizium selbst bestimmt, es gibt eine Grenze für den Taktvervielfacher, und Sie müssten den Referenzoszillator ändern, um die Taktrate weiter zu erhöhen.

Denken Sie an den menschlichen Körper, versuchen Sie zu laufen eine Meile, wenn es draußen 60 Grad ist, dann finden Sie einen Ort, an dem Sie versuchen können, in der gleichen Kleidung zu laufen, wenn es draußen 110 oder 120 Grad ist. Welches schaffen Sie wahrscheinlich durch die Meile, ohne ohnmächtig zu werden (scheitern)? Bei welcher Temperatur können Sie sich stärker als normal drücken? Halten Sie Ihren Körper im Betriebstemperaturbereich und Sie können ihn zumindest für einen bestimmten Zeitraum stärker drücken. Wenn Sie sich vor dem Lauf innen aufgewärmt haben, können Sie sich bei 50 Grad draußen etwas schneller bewegen. Aber es gibt eine Grenze, wärmen Sie alles auf, was Sie wollen, drinnen, aber in einem T-Shirt und Shorts schaffen Sie es möglicherweise nicht, wenn es 30 unten draußen, 40 unten, 50 unten ist.

#3
+3
user3624
2011-06-14 23:45:14 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Halbleiter laufen bei niedrigerer Temperatur und höherer Versorgungsspannung schneller. Höhere Spannung bedeutet mehr Wärmeerzeugung, was bedeutet, dass sie stärker gekühlt werden muss. Je mehr Sie einen Chip abkühlen können, desto schneller können Sie ihn zum Laufen bringen.

#4
+3
Vintage
2011-06-15 03:24:08 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Mehrere Leute haben richtig geantwortet, dass durch mehr Kühlung die CPU schneller läuft, denn wenn sie gekühlt wird, können Sie sie stärker übertakten. Dieselben Leute haben richtig impliziert, was ich gleich sagen werde: Dies war (bis vor kurzem) kein natives Talent von CPUs. Und es war nie ein physikalisches Gesetz der Halbleiter.

Eine mit 1,2 GHz getaktete CPU arbeitet mit genau 1,2 GHz, unabhängig davon, ob sie auf 60 F oder mit 160 F gekühlt ist. Wenn Sie die Kühlung verlieren (z. B. den Lüfter + den Kühlkörper entfernen), läuft er mit 1,2 GHz, bis er sich zu einer Pfütze schmilzt und bei keiner Geschwindigkeit mehr laufen kann. Aber es läuft mit genau 1,2 GHz bis zur Sekunde, in der es stirbt. Ich wette, viele in diesem Forum haben dies tatsächlich gesehen / erlebt.

Einige der neuen Computer verfügen über eigene Temperaturüberwachungs- und -regelungssysteme, die das Übertakten automatisch aktivieren / deaktivieren (oder auf andere Weise die CPU-Geschwindigkeit anpassen). basierend auf der CPU-Temperatur. Wenn die CPU also zu heiß wird, verlangsamt sie sich (reduziert die Energiezufuhr), anstatt sich selbst zu verbrennen. (Ich gehe davon aus, dass dies durch Auswahl eines langsameren Takts oder durch Aufteilen des vorhandenen Takts geschieht. Ich bin jedoch kein Experte für neuere CPU-Innereien.)

Wenn die CPU abkühlt, kehrt die automatische Governer-Schaltung dies um Prozess, damit die CPU schneller läuft.

Bei höheren Temperaturen sind sowohl Leiter als auch Isolatoren oft weniger effektiv als im kalten Zustand. Infolgedessen können viele Geräte fehlerhaft funktionieren, wenn sie zu heiß werden, noch bevor sie eine Temperatur erreicht haben, die Schäden verursachen würde.
#5
+3
BarsMonster
2011-06-15 10:13:51 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Nur zur Klarstellung: Es geht nicht nur um Wärmeableitung. Sie können 1000 W Leistung durch Bohrwasserkühlung abführen, aber es würde Ihnen nicht ermöglichen, nach oben zu gelangen.

Die Idee ist, dass sich die Eigenschaften von Halbleitern sowie der Widerstand der Verbindung (= Kupfer) ändern. Niedrigerer Widerstand - niedrigere RC-Konstante, die den Hauptfaktor für die Prozessorgeschwindigkeit darstellt.

Wenn man sie auf die Supraleitungsstufe abkühlen könnte, würde der Takt noch weiter ansteigen - dies ist jedoch für die Kupferverbindung, die wir im Strom sehen, unwahrscheinlich CPUs.

Auch wenn Sie es auf Supraleitung abkühlen, funktioniert keiner der Transistoren; Es gibt einen Grund, warum es "Halbleiter" genannt wird.
Silizium ist selbst bei 0,000001 K kein Supraleiter. Auch kein Glück mit Kupfer - nur Aluminium (ein weiteres beliebtes Verbindungsmetall) ist ein Supraleiter mit 1,2 K.
Wir sollten also Helium Slush verwenden, wenn die CPU sehr schnell sein soll.
@OskarSkog Nicht erforderlich.Die Beweglichkeit von Elektronen und Löchern wird auch bei niedrigen Temperaturen geringer (der Widerstand ist nur ein viel bedeutenderer Show-Stopper) - es gibt also eine optimale Temperatur und sie liegt nicht in der Nähe von 0 K.Optimalerweise benötigen Sie etwas zwischen 100 und 200 K, wobei die spezifische Temperatur für verschiedene Chips und Herstellungstechnologien unterschiedlich ist.
Ach ja, der negative Temperaturkoeffizient von Halbleitern.


Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
Loading...