Wovon hängt die Temperatur einer CPU ab?

[King Rollo]

Salem alaikum,

ich frage mich, wovon die Temperatur einer CPU abhängt. Nur von der V-Core oder auch von der Frequenz der CPU? Oder anders gefragt: was gilt?

- Je höher die Frequenz, desto wärmer wird die CPU. - Ja/Nein
- Je höher die V-Core, desto wärmer die CPU. - Ja/Nein

[Merkor]

Es gelten beide Dinge. Allerdings wird eine CPU durch eine Spannungserhöhung WESENTLICH heißer als durch reine Takterhöhung, relativ gesehen...

[King Rollo]

... wird eine CPU durch reine Takterhöhung (heiß) ...

Aber warum? Kannst du mir das physikalisch erklären?

[Merkor]

Laienhaft gesagt flitzen die Elektronen schneller durch die CPU und erzeugen dadurch mehr Reibungswärme...

[br]

..

[nordic_pegasus]

Salem alaikum,

ich frage mich, wovon die Temperatur einer CPU abhängt. Nur von der V-Core oder auch von der Frequenz der CPU? Oder anders gefragt: was gilt?

- Je höher die Frequenz, desto wärmer wird die CPU. - Ja/Nein
- Je höher die V-Core, desto wärmer die CPU. - Ja/Nein

das durch Spannungserhöhungen die Verlustleistung steigt, ist auch für mich nachvollziehbar.

das eine CPU unter Rechenlast mehr verbraucht, als unter Idle, ist auch klar. Denn im Idle werden Teile der CPU nicht benutzt, Transistoren nicht geschaltet, somit auch kein Strom verbraucht.

Aber... nehmen wir mal einen AMD64 mit 2GHz. Wir lassen die CPU mit 2GHz laufen, und dann bei selber Spannung mit nur 1GHz.
Was verbraucht nun weniger Strom?
Hz ist ein Dimension für Schwingungen, bei Prozessoren ist wohl die Frequenz gemeint, mit der die Transistoren schalten.
Warum braucht ein Transistor mehr Strom, wenn er mit 2GHz "schwingt" statt 1GHz?

[del_4901]

Jedes "Schalten" zieht extrem viel Strom .. bsp schaltet mal alle Rechner auf ner Lan mit einem Schalter an... die Sicherung freut sich. Der 2Ghz Addi schaltet mehr als der 1Ghz, also braucht der 2Ghz auch mehr Saft.
Um genau zu sein, er schaltet doppelt soviel, also müsste bei linearer Takterhöhung die Verlustleistung linear steigen.

Achja bei linearer Spannungserhöhung, steigt die Verlustleistung Quadratisch. (irgendwo hab ich die Formel für die Verustleitung von MOSFETs, aber die wollt ihr nicht wissen ... )

[King Rollo]

Noch mal ganz konkret (ich streite mich nämlich gerade mit meinem Mitbewohner ;) ):

Nehmen wir z.B. einen Athlon XP 1600+ (1400 Mhz) Thoroughbred und einen Athlon XP 2400+ (2000 Mhz) Thoroughbred, beide mit 1,6V V-Core.
Oder von mir aus einen Athlon XP 2500+ (1833 Mhz) Barton und einen Athlon XP 3200+ Barton, beide mit 1,65V V-Core.

Wird der 2400-er/3200-er wärmer als der 1600-er/2500-er und wenn ja warum?

[Mike]

Ja, sie werden wärmer, wurde doch schon gesagt.
Wenn man sie höher taktet, schalten sie öfter - und das Schalten scheint viel Strom zu brauchen, also werden sie wärmer, wenn sie öfter schalten...

[Trap]

Die Temperatur hängt von der Verlustleistung, dem Wärmeabfuhrkoeffizieten und der Lufttemperatur ab.

Die Verlustleistung vom Takt, von der Versorgungsspannung und natürlich auch vom CPU-Typ. Außerdem sogar von den zu verarbeitenden Befehlen.

[StefanV]

- Je höher die Frequenz, desto wärmer wird die CPU. - Ja/Nein
- Je höher die V-Core, desto wärmer die CPU. - Ja/Nein
1. linear
2. quadratisch

[Piffan]

Jeder Schaltvorgang ist mit einer Spannungsänderung verbunden. Spannungsänderungen "brauchen" Strom wegen der Kapazitäten der Leiter.

Kapazität ist das Synonym für "Ladungsspeicher- Vermögen".......

Wenn ich als irgendwo von 0 auf 1 schalte, dann ändert sich dort der Spannugspegel. Aufgrund der Kapazitäten der Leiter muss zur Änderung des Spannungspegels eine gewisse Ladung verschoben werden, dieses ist der Strom.

Wenn ich den Prozessor öfter takte, fließen auch diese Ströme öfter. Es sind zwar mikroskopische Ladungsmengen, aber immerhin ist die Zahl der Transitoren beim Grafikchip ja schon bei 200 Millionen angekommen.

Fazit: Der "reguläre" Stromverbrauch hängt ab von der Zahl der Transistoren, der Taktfrequenz, der Auslastung der Rechen- und Speichereinheiten UND ganz wichtig, von der Spannung hoch 2.......

Der "irreguläre" Stromverbrauch hängt ab von den Leckströmen. Ist ein anderes Kapitel......

[smoe82]

Außerdem gibt es im "Schaltmoment" jedesmal einen kleinen Kurzschluß. Diese Kurzschlüsse addieren sich natürlich.

[crusader4]

Bei CMOS gibt es keine statischen Ströme. Da ist nix mit Kurzschlüssen.

Jeder Transistor hat parasitäre Kapazitäten, die bei Schaltvorgängen umgeladen werden müssen. Dadurch fließen Ströme. Diese Kapazitäten sind u.a. davon abhängig, wie die Transistoren aufgebaut sind (Geometrie, Material).

Ob die Leitungen in den Transistoren auch noch meßbare Kapazitäten haben, weiß ich nicht. Bei der hohen Frequenz wäre es aber denkbar.

Grüße, Crusader

[mrdigital]

smoe hat schon recht, im Schaltmoment ist bei CMOS Vcc mit GND verbunden. Und diese kurze verbindung sorgt für die dynamische Verlustleistung von CMOS Schaltungen. D.h mehr Schaltvorgänge pro Zeit heisst höherer Strom. Wie gross die Ströme sind hängt von der Kapazität des Halbleiters ab. Daraus ergibt sich dann die Formel Pdyn = C * f * u² (kommt da noch er Faktor 1/2 dazu?!?, hab grad keine Literatur zur Hand).
Ausserdem gibts noch die statische Verlustleistung, nach "klassischer" CMOS Lehre ist die fast Null aber seit die Strukturgrösen so klein geworden sind, gibt es eben auch noch die Leckströme. Wovon die nun im genauen abhängen, lässt sich nicht in einem Satz sagen, und leider auch nicht in eine so einfache Formel giessen.
Also ist die Gesammtverlustleistung Ptot = Pdyn + Pstat.
Um nun auf die Fragestellung zu kommen:
Die Temperatur hängt von der Verlustleistung UND der Chipfläche ab!
Das kann man gut an einer Herdplatte nachvollziehen. Wenn man in die 50W reinschickt, wird nicht so viel passieren, d.h. das Teil bleibt handwarm, aber ein 0,5cm² kleiner Chip wird dabei glühen!
Damit er nicht glüht muss man die Wärme wegschaffen, d.h. auf eine grössere Fläche verteilen, wo sie dann via Konvektion(und oder aktiven Gebläse) und Abstrahlung an die Umgebung abgegeben wird.