Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Verlustleitung und wo sie herkommt?
The-Saint
2004-09-06, 15:22:43
Also ich frage mich nun seit einiger Zeit immer die gleiche Frage:
Woher bezieht eine CPU (aber auch der GPU) all seine Leistung um bis zu 120 Watt Thermische Verlustleistung(Prescott) zu haben. Weil an einer CPU liegt ca 1.5V an und das wären bei 120Watt (wohl gemerkt nur die Thermische Verlustleistung, welche ja nicht die effektive Leistung mit einbezieht) 80A.
Fließen all diese 80A durch den CPU (mir ist klar das in ihm tausende Leiterbahnen verhanden sind, aber diese sind winzig)?
Und wenn ja woher bezieht er sie? Schafft es ein Netzteil wirklich bis zu 200A bereit zustellen (ist jetzt eine grobe Schätzung, wenn ich noch GPU und andere Komponenten hinzu rechne).
Weil ich gehe jetzt mal davon aus, das ein Netzteil ca 1A aus der Steckdose zieht, bei 230V wären das 230Watt. Da die Leistung nach dem herunter transformieren gleich bleibt( zumindestens in der Theorie, weil auch hier entsteht Verlustleistung) und innerhalb des PC´s ca 200A "verbrannt" werden, bleiben ganze 1,15 V Spannung, was aber etwas wenig ist, weil CPU brauch 1,5 und CD-Rom 12V.
Also ich kann völlig daneben liegen, aber mit meinem beschränkten Wissen ergibt das keinen Sinn. Also kann mir jemand helfen
Gissmo
2004-09-06, 15:36:01
Ich mag falsch liegen, aber die ganz einfach rechnung.. Netzteil kann max 300 Watt ziehen (220 Volt, 1,3A) und wenn du sagst die CPU braucht 100Watt max, dann ist's ja egal wie se die 100Watt bezieht.. also bei 1 Volt oder 1000Volt.. Watt = A*V..
Würde also sagen, bleiben noch 200Watt für andere Komponenten übrig.. 50 genehmigt sich deine Grafikkarte.. sind's noch 150Watt für den Rest (ca)
Scheint aus zu reichen.. falls ich jez irgend nen "Denkfehler" drinn hab.. erklärt es mir ;-)
Natürlich fließen die 80A durch den Kern.
Das Netzteil was die CPU versorgt sitzt direkt neben der CPU auf dem Motherboard. Das ATX-Netzteil versorgt dieses Netzteil und z.B. das Netzteil der GPU mit einer deutlich höheren Spannung, 5V oder 12V.
robbitop
2004-09-06, 15:39:52
Das Netzteil selbst versorgt das Board mit 12V 5V und 3,3V.
Hier ist weniger Stromstärke nötig.
Erst das Board wandelt diese Ströme um (Pulsweitenmodulator mittels Feldefekttransistoren und Spulen/Kondensatoren zum Glätten der Ströme).
Man kann schon sagen, dass da eine Menge an Energie im PC umgesetzt wird.
Asmodeus
2004-09-06, 15:40:36
Ich hab das irgendwann mal so gelernt. Eine CPU besteht aus Millionen von Transistoren. Jeder Transistor ist ein spannungsgesteuerter Stromschalter, d.h., wenn Spannung zum Schalten anliegt, fließt Strom, wenn Strom fließt entsteht Wärme.
Da die modernen Prozessoren nun aus jeder Menge Transistoren bestehen, die bei knapp 4 GHz auch dementsprechend oft schalten, entsteht natürlich dementsprechend viel Wärme. ;)
Die Frage ist dann eigentlich, wieso baut man keine Prozessoren mit spannungsgesteuerten Spannungsschaltern? Zu aufwendig, oder zu teuer?
Gruss, Carsten.
Was zur Hölle ist ein "spannungsgesteuerten Spannungsschalter"?
Das wär meiner Meinung nach ein Transistor und daraus bestehen CPUs doch :|
BlackBirdSR
2004-09-06, 16:16:32
Die Frage ist dann eigentlich, wieso baut man keine Prozessoren mit spannungsgesteuerten Spannungsschaltern? Zu aufwendig, oder zu teuer?
Gruss, Carsten.
Mit Spannung kannst du leider keine Kapazitäten umladen. Dazu brauchst du elektronen, aka Strom ;)
Die CMOS-Technik mit der die aktuellen CPUs funktionieren ist mit idealen Bauteilen ohne Verlustleistung. Dummerweise hat man die Kiste mit denen irgendwo verlegt und hat sie noch nicht wieder gefunden...
Asmodeus
2004-09-06, 16:36:28
Mit Spannung kannst du leider keine Kapazitäten umladen. Dazu brauchst du elektronen, aka Strom ;)
Ich wusst es doch, irgendwas war da noch. ;)
Gruss, Carsten.
Asmodeus
2004-09-06, 16:38:56
Was zur Hölle ist ein "spannungsgesteuerten Spannungsschalter"?
Das wär meiner Meinung nach ein Transistor und daraus bestehen CPUs doch :|
Ein Transistor ist ein spannungsgesteuerter Stromschalter. Mit Hilfe einer angelegten Spannung fließt Strom.
Gruss, Carsten.
Ein Transistor ist ein spannungsgesteuerter Widerstand.
Die CMOS-Technik mit der die aktuellen CPUs funktionieren ist mit idealen Bauteilen ohne Verlustleistung. Dummerweise hat man die Kiste mit denen irgendwo verlegt und hat sie noch nicht wieder gefunden...
Da die verwendete Logik nicht reversible ist, muß zwangsläufig Entropie erzeugt werden und damit wird Leistung verbraten. Und ein Transistor bracuht auch nur dann im idealfall keine Energie zum schalten, wenn er unendlich langsam schalten würde (also man die Elektronen nichtmit Gwalt von einem Ende zum anderen Scheuchen würde).
@Gast:
Willst du damit sagen, dass es keine idealen Bauteile geben kann oder dass eine CPU aus idealen Bauteilen auch Verlustleistung erzeugen würde?
The-Saint
2004-09-06, 21:37:05
Na gut, erstmal danke, für die Erklärung. Auch wenn ich 80A nach wie vor sehr viel finde. Aber glauben tue ich es trotzdem.
@Trap: Naja wie man es nimmt. In der Theorie gibt es auch einen Supraleiter, aber in der Praxis ist er unmöglich, weil man muss ja 0 Fahrenheit herstellen (oder waren es 0 Grad, bin mir nicht mehr sicher, glaube aber es waren 0 Fahrenheit), was aber unmöglich ist, weil Temperatur, genauso wie Zeit unendlich genau ist (was auch der Grund ist warum es keine reale Gleichzeitigkeit gibt [es gibt einen sehr interessanten Artikel in der PM dazu]). Du wirst niemals genau 0 herstellen können, ergo wird es immer einen Widerstand geben.
PhoenixFG
2004-09-06, 23:41:09
Der absolute Nullpunkt liegt bei 0 K (Kelvin) was rund -273,15 °C entspricht. Allerdings sind solche Temperaturen schon lang nicht mehr nötig, da es längst Hochtemperatursupraleiter gibt, welche die Eigenschaft schon bei -180°C aufweisen.
AFAIK funktionieren Halbleiter im supraleitenden Bereich gar nicht mehr.
Ein Transistor ist ein spannungsgesteuerter Stromschalter. Mit Hilfe einer angelegten Spannung fließt Strom.
Stimmt, das hab ich übersehen.
Allerdings sind solche Temperaturen schon lang nicht mehr nötig
Hm, eher "noch nie", weil 0K unerreichbar sind.
anorakker
2004-09-07, 15:27:04
um es nochmal etwas genauer auszuführen :
der leistungsverbrauch von cmos schaltungen setzt sich aus folgenden 3 anteilen zusammen :
1. statischer, als leckströme (Vdd*I(leak))
2. stromverbrauch während des "schaltens" (z.b. inverter) (linear frequenzabhängig und an/abschaltzeitdauer abhängig) (Iq*Vdd)
3. dynamischer verbrauch zum umladen der gatekapazitäten (f *C(load)*Vdd²)
der dynamisch anteil ist afaik der grösste, deswegen linear ansteigendes verhalten bei höher getakteten prozessoren und potentiell ansteigend bei erhöhung der corespannung..
die leckströme sind insbesondere bei mobilprozesssoren interessant, siehe unterschiede im "idle" verbrauch von z.b. intels pentium m mit bania oder dothan kern (130 bzw. 90nm )
Ice =A=
2004-09-11, 18:04:20
anorakker hat die Ursachen der Energieerluste sehr schön auf den Punkt gebracht!
Als kleine Ergänzung:
Mit kleineren Fertigungstechnikgen kann man die Verluste aus v.a. Punkt 3 reduzieren (was in den letzten Jahren auch prima geklappt hat), indem die Transistoren kleiner werden und weniger Ladung aufnehmen müssen/können. Als Gegeneffekt steigen die Leckströme (Punkt 1), was sich in letzter Zeit immer schlimmer bemerkbar macht.
Und noch zu Supraleitern:
Da hat PhoenixFG ganz recht! Was ich interessant finde: Grade moderne Supraleiter, die schon bei gut -100°C supraleitend werden, sind bei Zimmertemperatur häufig absolute Nichtleiter! :)
P.S.:
Intel hat schon die ersten Doppel-Core-Chips vorgestellt, die 150Watt brauchen sollen... Von Itaniums ganz zu schweigen! Die spinnen, die Römer...
Vedek Bareil
2004-09-12, 22:03:22
Da die verwendete Logik nicht reversible ist, muß zwangsläufig Entropie erzeugt werden und damit wird Leistung verbraten. du meinst, weil man z.B. aus dem Ausgangssignal eines XOR-Gatters nicht die Eingangssignale ersehen kann, somit die Information über die Eingangssignale verlorengeht? Weil das Ausgangssignal 1 sowohl durch die Eingangssignale (1,0) als auch durch (0,1) ausgelöst werden kann und das Ausgangssignal 0 durch (0,0) und (1,1)?
Zum diesem Thema hatten wir mal eine interessante Diskussion in de.sci.physik. Das Ergebnis war:
Der Verlust der Information über die Eingangssignale stellt keine Entropieerzeugung dar. Denn Entropieerzeugung heißt nicht einfach Informationsverlust. Sondern Verlust von Information über den momentanen Zustand eines Systems. Wenn man den Zustand, den das Systems vor 5 Millisekunden hatte, nicht mehr genau kennt, den momentanen dagegen sehr wohl, dann ist keine Entropie entstanden.
Und den aktuellen Zustand beim XOR-Gatter, der also angibt ob das Ausgangssignal 0 oder 1 ist, kennt man ja.
Eine Entropieerzeugung hätte man, wenn das Ausgangssignal gerade noch bekannt war und jetzt nicht mehr.
Und ein Transistor bracuht auch nur dann im idealfall keine Energie zum schalten, wenn er unendlich langsam schalten würde (also man die Elektronen nichtmit Gwalt von einem Ende zum anderen Scheuchen würde).
und warum sollte er dann keine Energie zum Schalten brauchen?
Wie es beim bipolaren Transistor beim Umschalten ist, weiß ich jetzt gerade nicht, aber beim FET muß beim Spannungswechsel die Ladung des Gate umgeändert werden. Wenn das jetzt unendlich langsam vor sich geht, konvergiert zwar die Stromstärke und damit die Verlustleistung gegegen Null. Weil die Dauer des Umschaltens aber gegen unendlich geht, könnte das Zeitintegral über die Leistung, das nichts anderes als die verbrauchte Energie ist, durchaus konstant bleiben, also nicht Null werden.
Vedek Bareil
2004-09-12, 22:18:52
@Trap: Naja wie man es nimmt. In der Theorie gibt es auch einen Supraleiter, aber in der Praxis ist er unmöglich, och, Supraleiter gibt's auch in der Praxis. Tatsächlich hatte man die auch schon lange entdeckt (war glaub ich 1911) bevor es die Theorie dazu gab (BCS-Theorie, 1956).
weil man muss ja 0 Fahrenheit herstellen (oder waren es 0 Grad, bin mir nicht mehr sicher, glaube aber es waren 0 Fahrenheit), wenn 0 °F ausreichen würden, wäre das ja schön, das ist kaum unter 0 °C.
Man muß aber noch immer ein Stück weiter runter, bis zu etwa 100 K (-173 °C).
was aber unmöglich ist, weil Temperatur, genauso wie Zeit unendlich genau ist (was auch der Grund ist warum es keine reale Gleichzeitigkeit gibt [es gibt einen sehr interessanten Artikel in der PM dazu]). Du wirst niemals genau 0 herstellen können, ein typischer Fall von richtig und zugleich total falsch :D
Der absolute Temperaturnullpunkt von 0 K = -273 °C, den du vermutlich meinst, ist nicht erreichbar, aber deine Begründung, warum das so ist, ist völliger Schwachsinn. Vielleicht solltest du dir erstmal ein paar Physikbücher zu gemüte führen. PM ist nicht empfehlenswert, weil a) zu stark popularisiert und b) in so mancher Hinsicht nicht sonderlich seriös.
Vedek Bareil
2004-09-12, 22:30:08
AFAIK funktionieren Halbleiter im supraleitenden Bereich gar nicht mehr.da stellt sich erst einmal die Frage, was "supraleitender Bereich" sein soll.
Der Temperaturbereich, in dem Supraleitung auftritt, ist nämlich materialabhängig. Und in einem halbleitenden Material typischerweise gar nicht vorhanden.
Rein theoretisch wäre ein supraleitender Halbleiter zwar durchaus denkbar. Das liegt daran, daß die Eigenschaft, halbleitend zu sein, mit der Ladungsträgerkonzentration zusammenhängt, die Eigenschaft supraleitend zu sein dagegen mit der Ladungsträgerbeweglichkeit, und diese beiden Größen im Prinzip voneinander unabhängig sind.
Jedoch hab ich mal gehört, die Sprungtemperatur, unterhalb der Supraleitung herrscht, soll eine Abhängigkeit von der Ladungsträgerkonzentration zeigen. Da diese bei Halbleitern vergleichsweise niedrig ist, wäre dann auch eine eventuelle Sprungtemperatur sehr niedrig, d.h. sehr nahe bei 0 K. Was man natürlich nicht haben will.
BlackBirdSR
2004-09-12, 23:54:33
da stellt sich erst einmal die Frage, was "supraleitender Bereich" sein soll.
Der Temperaturbereich, in dem Supraleitung auftritt, ist nämlich materialabhängig. Und in einem halbleitenden Material typischerweise gar nicht vorhanden.
.
Das stellt sich die Frage, ob ich überhaupt einen supraleitenden Halbleiter will?
Wir reden hier ja von Silizium. Das dient in der Mikroelektronik als Substrat.
Meiner Meinung nach, kann man im Gate und den Metalisierungsebenen noch was gewinnen. Aber Was bringt mir ein Supraleitender Transistorkanal?
Überlegt euch mal ob der noch funktionieren kann? ;)
Ansonsten sind Gate und Metalisierung ja keine Halbleiter (Gate momentan noch Polysilicium, aber nicht mehr lange)
Und in einem halbleitenden Material typischerweise gar nicht vorhanden.
Es gibt also Halbleiter die bei 0K nicht Supraleitend werden?
Vedek Bareil
2004-09-13, 01:03:46
Es gibt also Halbleiter die bei 0K nicht Supraleitend werden?es gibt sogar eine ganze Reihe von Metallen (also Leitern), die bei 0 K nicht supraleitend werden.
Dabei muß man wissen, daß die Supraleitung nicht darauf basiert, daß die Beweglichkeit der Elektronen gegen unendlich ginge. Das tut sie nämlich nicht, auch nicht bei 0 K.
Der BCS-Theorie zufolge kommt die Supraleitung dadurch zustande, daß jeweils zwei Elektronen ein Cooper-Paar bilden. Die Beweglichkeit der Cooper-Paare ist dann unendlich. Die Bindung zwischen den beiden Elektronen eines Paares ist aber sehr schwach, und bei vielen Materialien selbst bei 0 K nicht stark genug, um das Paar zusammenzuhalten.
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