10% mehr Takt = 10% mehr Verlustleistung

[Spasstiger]

Ich frage mich, ob das die zusätzliche Verlustleistung beim Übertakten proportional zur Takterhöhung ist.

(Bei der Spannung ist es ja klar, nach der Formel P = U * I nimmt die Verlustleistung proportional mit der Spannung zu, wenn der Strom und damit wohl auch der Takt gleich bleibt.) <- EDIT: Stimmt nicht, P ~ U² wegen P=U²/R

Wie verhält sich aber der Strom durch einen Prozessor in Relation zur Takterhöhung? Sind diese Größen ebenfalls proportional? Wohl eher nicht. Gibt es grob angenäherte Funktionen für den Strom in Abhängigkeit von der Takterhöhung, oder variieren die je nach Prozessor sehr stark?

[[TMP]Peds X-ing]

Afaik steigt die Verlustleistung quadratisch mit der Spannung und linear mit dem Takt.
Frag mich aber nicht, wieso das so is.
Das mit P=U*I stimmt auch net ganz, weil sich durch eine höhere Spannung ja auch die Stromstärke verändert.
Soweit mal mit meiner unausgereiften Mittelstufenphysik :biggrin: ...

[Spasstiger]

Peds X-ing']Das mit P=U*I stimmt auch net ganz, weil sich durch eine höhere Spannung ja auch die Stromstärke verändert.

Stimmt, da hast du recht. Ist ja klar, weil I = U/R. Und der Widerstand eines Prozessors ist konstant.

Wenn sich Takterhöhung und Verlustleistung linear verhalten würde, müsste auch Takterhöhung und Strom proportional sein.

[Gast]

Takt und Strombedarf verhalten sich nahezu linear zueinander ... wenn auch in jüngster Zeit die Prozessorhersteller je nach Last dem Pozessorkern mal mehr oder gar weniger Spannung gönnen.

Bei den jüngsten Meldungen zum Pentium 4 hiess es, dass bei ab einer mittelhohen Last gar die Kernspannung wieder erniedrigt wird.

Kurzfassung: War die Lineare Abhängigkeit leicht zu 486` Zeiten noch leicht belegbar war, wird dies immer schwieriger nachzuweisen. Auch AMD will dazu übergehen noch feiner die Spannung im Betrieb zu regeln, Transmeta hat mit Long Run sogar gewisse Patente.

MFG Bokill

[Pinoccio]

Das ist in diesem Thread (http://www.forum-3dcenter.org/vbulletin/showthread.php?t=209035&page=1&pp=50) schon mal ausführlich diskutiert worden, eine gute Zusammenfassung steht in diesem Beitrag (http://www.forum-3dcenter.org/vbulletin/showthread.php?p=2813544#post2813544).

hth, mfg Sebastian

[Spasstiger]

Danke an alle. Also kann man guten Gewissens sagen, dass der Strom und damit auch die Verlustleistung linear mit der Taktfrequenz ansteigt (unter Vernachlässigung der Leckströme)?

EDIT: Was mich halt etwas stutzig macht, ist folgende Verlustleistungstabelle von THG: http://www.kane.de/chart_power_load.png

Z.b. verbraucht der A64 3500+ Winchester nur 9% mehr Energie als der A64 3000+ Winchester, ist aber 22% schneller getaktet (2,2 GHz vs. 1,8 GHz).
Beim Pentium 4 Prescott dagegen passt es mit der linearen Abhängigkeit.

[Gast]

Z.b. verbraucht der A64 3500+ Winchester nur 9% mehr Energie als der A64 3000+ Winchester, ist aber 22% schneller getaktet (2,2 GHz vs. 1,8 GHz).
Beim Pentium 4 Prescott dagegen passt es mit der linearen Abhängigkeit.


es gibt teilweise deutliche schwankungen innerhalb einer produktreihe. selbst 2 gleichgetaktete cpu´s können im stromverbrauch einen relativ deutlichen unterschied zeigen.

[Spasstiger]

es gibt teilweise deutliche schwankungen innerhalb einer produktreihe. selbst 2 gleichgetaktete cpu´s können im stromverbrauch einen relativ deutlichen unterschied zeigen.

Danke für den Hinweis. Daran habe ich nicht gedacht.

[andr_gin]

1.) Die normale Verlustleistung steigt linear mit dem Takt und quadratisch mit der Spannung. Die Leckströme sind jedoch unabhängig vom Takt immer gleich groß und afaik nur linear von der Spannung abhängig aber außer beim Prescott spielt das nicht wirklich eine große Rolle, da sich das beim Athlon64 z.B. im Bereich von 2-3Watt bewegt.

2.) Die Formeln P=U*I und I=U/R bzw. P=U*U/R stimmen auch hier. Der durchschnittliche Widerstand ist jedoch vom Takt abhängig weil die Transistoren im Idealfall (ohne Leckströme) nur Energie verbrauchen wenn sie schalten und wenn der Takt höher ist, dann ist das öfter der Fall.

3.) Nehmt die Dinge von THG und tretet sie in die Tonne denn zu recht viel mehr sind die Ergebnisse nicht zu gebrauchen.

[Bokill]

@Spasstiger
Was mich halt etwas stutzig macht, ist folgende Verlustleistungstabelle von THG
Vergiss THG, das ist Gehirnkrebs.

Richte dich da lieber langfristig nach 3DC, oder wenn`s englisch ist Tech-Report, ArsTechnica, X-BitLabs, RealWorldTech.

Bo(2005)

[Spasstiger]

da sich das beim Athlon64 z.B. im Bereich von 2-3Watt bewegt.
Bei Verlustleistungen von 30-35 Watt bei einem Athlon 64 *schnipp-schnapp*Prescott*/schnip-schnap* *insert*Winchester*/insert* wäre das aber nicht gerade ein unerheblicher Anteil, immerhin bis zu 10%. Mit Dual-/Multi-Core und irgendwann 65nm werden Leckströme auf jeden Fall mit zu den entscheidenden Faktoren beim Stromverbrauch gehören.

3.) Nehmt die Dinge von THG und tretet sie in die Tonne denn zu recht viel mehr sind die Ergebnisse nicht zu gebrauchen.

Wie kommst du zu dieser fachmännischen Empfehlung? Glaubst du, dass bei Toms Hardware irgendwelche Leute lustige Zahlen in Excel eintippen, daraus Tabellen erstellen und die in Internet setzen?

[anorakker]

wtf soll ein athlon 64 prescott sein ?

[Spasstiger]

wtf soll ein athlon 64 prescott sein ?

Das gleiche wie ein Pentium 4 Winchester ;-).

[Cyphermaster]

Wie kommst du zu dieser fachmännischen Empfehlung? Glaubst du, dass bei Toms Hardware irgendwelche Leute lustige Zahlen in Excel eintippen, daraus Tabellen erstellen und die in Internet setzen?

Ich bin zwar wahrlich kein Elektronik-Experte, aber wenn man aus den Artikeln über Kühlung etc. von THG das an den Tag gelegte Fachwissen und Verständnis auf deren Elektronik-Artikel übertragen kann, dann ist das -leider- nicht mal soo falsch...

[alpha-centauri]

Takt und Strombedarf verhalten sich nahezu linear zueinander ... wenn auch in jüngster Zeit die Prozessorhersteller je nach Last dem Pozessorkern mal mehr oder gar weniger Spannung gönnen.

Bei den jüngsten Meldungen zum Pentium 4 hiess es, dass bei ab einer mittelhohen Last gar die Kernspannung wieder erniedrigt wird.

Kurzfassung: War die Lineare Abhängigkeit leicht zu 486` Zeiten noch leicht belegbar war, wird dies immer schwieriger nachzuweisen. Auch AMD will dazu übergehen noch feiner die Spannung im Betrieb zu regeln, Transmeta hat mit Long Run sogar gewisse Patente.

MFG Bokill

"Takt und Strombedarf verhalten sich nahezu linear zueinander ... wenn auch in jüngster Zeit die Prozessorhersteller je nach Last dem Pozessorkern mal mehr oder gar weniger Spannung gönnen.
"

Das könnte stimmen, wenn ich mal meinen Energy Check beobachte und die CPU von 3 auf 3,6 Ghz stelle.

"Bei den jüngsten Meldungen zum Pentium 4 hiess es, dass bei ab einer mittelhohen Last gar die Kernspannung wieder erniedrigt wird."

Nennt sich droop. kann ich bei meinem PC sehr gut nachvollziehen. faellt dann von 1,44 auf 1,38 V (normalwert im Bios) ab.

[Ice =A=]

Tja, das mit den Leckströmen is schon ein echtes Problem. Ihre Stärke hängt vom Prozessordesign und Fertigungsart (Stichworte: Strukturgröße, Strained-Silicone, Kupfer) ab. Bei den aktuellen Pentiums soll das -glaub ich- so in der Größenordnung von 1/3 der gesamten Verlustleistung liegen, was ja doch ziemlich viel ist.
Und in Zukunft wird's mit kleineren Fertigungsgrößen immer schlimmer werden...

Edit: Die Angaben von Tomshardware halte ich durchaus für plausibel!

[Spasstiger]

Tja, das mit den Leckströmen is schon ein echtes Problem. Ihre Stärke hängt vom Prozessordesign und Fertigungsart (Stichworte: Strukturgröße, Strained-Silicone, Kupfer) ab. Bei den aktuellen Pentiums soll das -glaub ich- so in der Größenordnung von 1/3 der gesamten Verlustleistung liegen, was ja doch ziemlich viel ist.
Und in Zukunft wird's mit kleineren Fertigungsgrößen immer schlimmer werden...

Dann könnte man ja auch vermuten, dass die Grenze bei der CPU-Entwicklung auf Silizium-Halbleiter-Basis nicht etwa durch die physikalische Grenze alias minimale Strukturgröße, sondern viel mehr über das Maß an Leckströmen definiert wird. Wenn die Leistungsaufnahme einer CPU irgendwann mal zu 99% in Leckströmen umgesetzt wird, wäre das ja nicht mehr wirtschaftlich.

[joe kongo]

Hi,
die Materie ist zu komplex um einfache Regeln
anzuwenden wie z.B: 10% Takt ist 10% Strom.
Es gibt da noch ganz andere Effekte die man miteinkalkulieren muss.

Nur so als Beispiel (ist auch nur eine Milchmädchenbetrachtung, aber grob wirds schon hinkommen):
10% mehr Strom ergeben 21% mehr Verlustleistung durch die Leitungswiderstände im Chip, diese werden wärmer und dadurch auch hochohmiger.
Der höhere Spannungsabfall (wegen Strom und Wärme) geht bei den Endverbrauchern (=Schaltelemente) verloren und mach deren Schaltzeiten langsamer, dadurch steigt wiederum die Breite dieser Stromspitzen pro Schaltvorgang. Somit stimmt auch die Faustregel 10% ergibt 10% nicht mehr.
Weiters steigen Leckströme in Halbleitern etwa exponentiell mit der Temperatur, also kommt hier noch einiges dazu.

Ein Chip für 500MHz ausgelegt bei 10MHz betrieben würde
unter diesen 10% bleiben (wegen Leckstrom).

Der gleiche Chip bei 500MHz und 10% Takterhöhung nimmt alles andere als +10% mehr Strom auf.

Man könnte diese Stromerhöhung mit der Temperaturerhöhung am Kühlkörper abschätzen (Kelvin/Watt), aber nur wenn Lüfterdrehzahl und Umgebungstemperatur konstant sind.
Vielleicht hat jemand Vergleichswerte bei offenem Gehäuse ?

[Ice =A=]

Nette Idee das mit der Energieverbrauchabschätzung über die Temperatur, leider funktioniert das nich. Doppelte Wattzahl ergibt (soweit ich weiß) nicht doppelte Temperatur sondern irgendwas weniger, denn die Wämeabgabe (pro Zeit) des Kühlkörpers steigt mit dessen Temperatur... Da gibt's zwar Formeln dafür, aber die gehen von idealisierten Vorstellungen aus und sind hier relativ nutzlos...

[joe kongo]

Nette Idee das mit der Energieverbrauchabschätzung über die Temperatur, leider funktioniert das nich. Doppelte Wattzahl ergibt (soweit ich weiß) nicht doppelte Temperatur sondern irgendwas weniger, denn die Wämeabgabe (pro Zeit) des Kühlkörpers steigt mit dessen Temperatur... Da gibt's zwar Formeln dafür, aber die gehen von idealisierten Vorstellungen aus und sind hier relativ nutzlos...

Jo, das stimmt natürlich mit den idealisierten Vorstellungen.
Aber bei Zwangskühlung durch Lüfter gibt es keine "natürliche" Konvektion der Luft, und bei den meist metallblanken und parallelen Oberflächen der Kühlrippen ist auch die Wärmestrahlung an die Umgebung nicht so gross.
Bei einer Temperaturerhöhung muss man sich auf die Umgebungstemperatur beziehen, wegen deinem Beispiel mit der doppelten Wattzahl, klar das statt zB. 40Grad nicht gleich 80 Grad rauskommen, sondern eher 60Grad.
Aber in unserem Fall haben wir ja mit wenigen 10% Leistungserhöhung zu rechnen, also weit weg von einer Verdopplung wo's dann sicher schon Nichtlinearitäten gibt.

Ich werd mit einem Prozzilüfter und angeschraubten Heizwiderstand eine Kennlinie aufnehmen und hier posten, dann weis ich selber ob meine Behauptungen auch zutreffen.

[Vedek Bareil]

Stimmt, da hast du recht. Ist ja klar, weil I = U/R. Und der Widerstand eines Prozessors ist konstant.da solltest du lieber nicht drauf setzen ;)

Den von Pinoccio genannten Thread habe ich jetzt nicht genauer durchgelesen (bin halt faul *schäm*), aber soweit ich weiß, ist das so:
der Widerstand des Prozessors ist ganz und gar nicht konstant, sondern ändert sich mit der Zeit. Und zwar wird er während jedes Taktzyklus mal vorübergehend sehr klein. Das hängt damit zusammen, daß da Kondensatoren umgeladen werden dabei ein relativ großer Strom fließt. Diese Phase ist unabhängig von der Taktdauer immer nahezu gleich lang, und hat daher einen umso größeren Anteil an der Taktdauer, je geringer die Taktdauer, d.h. je höher die Taktrate ist.

[Vedek Bareil]

Hi,
die Materie ist zu komplex um einfache Regeln
anzuwenden wie z.B: 10% Takt ist 10% Strom.
Es gibt da noch ganz andere Effekte die man miteinkalkulieren muss.

Nur so als Beispiel (ist auch nur eine Milchmädchenbetrachtung, aber grob wirds schon hinkommen):
10% mehr Strom ergeben 21% mehr Verlustleistung durch die Leitungswiderstände im Chip, diese werden wärmer und dadurch auch hochohmiger. das mit dem mehr Strom - oder besser gesagt: mit dem häufiger viel Strom - stimmt so auch erst mal nur unter der idealisierten Annahme, der Widerstand in der Umladephase der Kondensatoren sei immer gleich groß. Wenn es aber wegen häufigerer Umladung zu mehr Wärmeentwicklung kommt und dadurch der Widerstand (in der Umladephase) höher wird, dann wird, da eine feste Spannung eingestellt ist, der Strom (in der Umladephase) kleiner.

[Gast]

Den von Pinoccio genannten Thread habe ich jetzt nicht genauer durchgelesen (bin halt faul *schäm*), aber soweit ich weiß, ist das so:
der Widerstand des Prozessors ist ganz und gar nicht konstant, sondern ändert sich mit der Zeit. Und zwar wird er während jedes Taktzyklus mal vorübergehend sehr klein. Das hängt damit zusammen, daß da Kondensatoren umgeladen werden dabei ein relativ großer Strom fließt. Diese Phase ist unabhängig von der Taktdauer immer nahezu gleich lang, und hat daher einen umso größeren Anteil an der Taktdauer, je geringer die Taktdauer, d.h. je höher die Taktrate ist.

die taktfrequenzen sind so hoch und die änderungen des widerstandes so schnell dass man diesen sehr gut mitteln und damit rechnen kann.