সিপিইউতে কোনও গণনার গতি কী উত্পন্ন তাপকে প্রভাবিত করে?


9

একটি সিপিইউ উদাহরণ হিসাবে ধরুন যা একটি আধুনিক কম্পিউটার সিপিইউ (ইন্টেল, এএমডি, যাই হোক না কেন) এর মতো তার ঘড়ির গতি পরিবর্তন করতে সক্ষম। যখন এটি একটি নির্দিষ্ট ঘড়ির গতিতে একটি নির্দিষ্ট গণনা করে, এটি যখন ধীর ঘড়ির গতিতে অভিন্ন গণনা করে তখন কি একই পরিমাণ তাপ তৈরি করে? আমি জানি যে তাপ অপচয় এবং উত্তাপ বৃদ্ধি বিভিন্ন বিষয়, সুতরাং আসুন কেবল উত্পাদিত কাঁচা তাপ সম্পর্কে কথা বলা যাক।


একটি উচ্চ গতির সাথে তৈরি একটি গণনা খুব কম সময় নিচ্ছে।
ইউজিন শ।

4
ল্যান্ডউয়ার অর্থে যে কম্পিউটারটি আদর্শ , আমি মনে করি গণনাটি একই পরিমাণ তাপ শক্তি উত্পাদন করে। কিন্তু রিয়েল-ওয়ার্ল্ড কম্পিউটারগুলিতে এটি সম্ভবত ভিন্ন হতে চলেছে। বিশেষত কারণ যে পরিমাণ তাপ ইতিমধ্যে উত্পন্ন হয়েছে এবং এখনও বিলুপ্ত হয়নি (অর্থাত্ সেমিকন্ডাক্টরের তাপমাত্রা) তার বৈশিষ্ট্যগুলিকে প্রভাবিত করতে চলেছে এবং এইভাবে তাপটি উত্পন্ন করে।
চতুর্থ

অবশ্যই এটি হবে, আমি কয়েকটি এফপিজিএ ডিজাইন করেছি এবং কম শক্তি হওয়ার জন্য আমাদের এটির প্রয়োজন ছিল। অতএব, আমরা 1MHz উত্সের পরিবর্তে একটি 10kHz ঘড়ি উত্স ব্যবহার করেছি কারণ আমাদের এত বেশি প্রসেসিং পাওয়ার প্রয়োজন হয়নি।
lucas92

2
গতিশীল শক্তি খরচ সিঙ্ক্রোনাস সি কেটিএসে ক্লক ফ্রিকোয়েন্সি বর্গক্ষেত্রের সমানুপাতিক। সুতরাং উত্তাপও বাড়াতে হবে।
মিতু রাজ

1
@ মিতুরাজ, গতিশীল বিদ্যুত ব্যবহার ঘড়ির গতির সাথে আনুপাতিক। ঘড়ির গতির বর্গ নয়। ভোল্টেজের বর্গক্ষেত্রের আনুপাতিক।
mkeith

উত্তর:


14

ঘড়ির গতি ছাড়াও, মনে রাখবেন যে সত্যিকারের "বিগ" সিপিইউতে (যেটি ক্যাশে, একটি এমএমইউ, টিএলবি, পাইপলাইন এক্সিকিউশন, সিমডি ইত্যাদি রয়েছে) তাপ কতটা উত্পন্ন হয় তার আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হ'ল নির্দেশের প্রবাহটি কতটা ভালভাবে ব্যবহার করে? উপলব্ধ সিপিইউ সংস্থানসমূহ। আপনি যদি এমন কোনও প্রোগ্রাম চালান যা মেমরি-নিবিড়, খাঁটি লুপগুলির সাথে খাঁটি গণনার কোডটি আরও উত্তাপিত করবে। আরও উত্তাপ শক্তভাবে অনুকূলিত কোডের সাথে উত্পন্ন হতে পারে যা প্রায় কোনও শাখার ভুল ধারণা তৈরি করে না, সিমডি ইউনিটগুলি নিবিড়ভাবে ব্যবহার করে, ক্যাশেগুলি সর্বোত্তমভাবে ব্যবহার করে।

এই মোডে সিপিইউ পরিচালনার জন্য বিশেষত ডিজাইন করা প্রোগ্রাম রয়েছে - এটি যতটা সম্ভব জোর দেওয়া, প্রাইম 95 পিসির জন্য একটি বিশিষ্ট উদাহরণ।

আসলে, যদি কোনও পিসি ইতিমধ্যে সমস্ত উপলব্ধ সিপিইউ কোরগুলিতে Prime95 চালায় এবং তারপরে আপনি একযোগে অন্য একটি সিপিইউ-নিবিড় অ্যাপ্লিকেশন (উদাহরণস্বরূপ, 3 ডি রেন্ডারিং) শুরু করেন, আপনি খেয়াল করবেন যে সিপিইউ শীতল হয়ে গেছে । এর কারণ এটি তুলনামূলকভাবে নিম্ন-চাহিদা রেন্ডারিং কোডের সাথে খুব ভারী প্রাইম 95 কোডটি (যা "সমস্ত ট্রানজিস্টরকে আলোকিত করে" ) ভাগ করে নিতে পারে (যার সম্ভবত অনেকগুলি ক্যাশে মিস এবং শাখার ভুল ধারণা রয়েছে - সেগুলি সিপিইউকে থামাতে দেয় একটি সময় এবং শীতল)।

আর একটি বিষয় যা আপনার ফ্যাক্টর করা উচিত তা হ'ল সাধারণত প্রতিটি সিপিইউতে মঞ্জুরিযোগ্য ঘড়ির গতি সহ একটি টেবিল থাকে এবং প্রতিটি গতির সাথে যুক্ত কোর ভোল্টেজ থাকে। লোয়ার ঘড়িগুলিও কম ভোল্টেজের সাথে মিলে যায়, কারণ নির্মাতারা স্থির করেছেন যে সেই ভোল্টেজে সিপিইউ স্থিতিশীল থাকবে। ঘড়ির গতিতে বিদ্যুৎ ব্যবহার মোটামুটি রৈখিকভাবে পরিবর্তিত হয়, তবে ভোল্টেজের সাথে চতুর্ভুজভাবে ically


1
প্রদত্ত ঘড়ির গতির জন্য পাওয়ার চতুর্ভুজ বনাম ভোল্টেজ পরিবর্তিত হয় । সাধারণত আপনি ঘড়ির হারের ক্ষেত্রে আলাদাভাবে ভোল্টেজ ব্যবহার করেন। ফলস্বরূপ, শক্তি ঘন বনাম ভোল্টেজ, যখন ঘড়ির গতি লিনিয়ার। সুতরাং বিদ্যুৎ খরচ চতুর্ভুজ বনাম ঘড়ির গতি।
মজবয়েস

সিমডি এত তাপ উৎপন্ন করতে পারে যে কয়েকটি সিপিইউ অতিরিক্ত গরম করে যখন এভিএক্স 512 ব্যবহার করে। ভোল্টেজ বৃদ্ধি প্রাসঙ্গিকভাবে দেখানোর জন্য +1
বন

1
@ মুজবয়েস, সত্য, খুব ভাল পয়েন্ট। তবে এটি উল্লেখ করার মতো যে বাস্তবে, যদি একটি পূর্ণ-গতির সিপিইউতে
ভকোর

@ অ্যানিরিফ আমি হয়তো দুর্দশাগ্রস্থ হতে পারি তবে আমি মনে করি কিছু আধুনিক ইন্টেল চিপগুলি নিষ্ক্রিয় অবস্থায় 0.8 ভি বা আরও নিচে নামবে। যদিও তারা কেবলমাত্র সেই সময়ে ~ 700MHz এ রয়েছে এবং ক্যাশেটি সম্ভবত বন্ধ রয়েছে।
এমব্রিগ

জিনিসটি হ'ল তারা 0V এর কাছাকাছি যায় না, কারণ কেউ আশা করতে পারে সিপিইউ ঘড়ির গতি এবং ভকোর আনুপাতিক ছিল। এটি 3.5GHz@1.2V এবং 0.7GHz@0.8V এর মতো। গতি হ্রাস হ্রাস ভোল্টেজের তুলনায় শক্তি অপচয় উপর আরো প্রভাব ফেলেছে, এমনকি যদি পূর্বের এটি রৈখিকভাবে "কেবল" প্রভাবিত করে।
anrieff

5

বিদ্যুৎ গ্রাহক হ'ল ঘড়ির স্থানান্তর হার এবং সেই কার্যকর ক্যাপাসিটরের গেটগুলি স্যুইচিংয়ের সাথে চালনের ক্ষতিগুলির সাথে সমানুপাতিক। তাপমাত্রা বৃদ্ধির পরিমাণ বিদ্যুতের গ্রাসের সময় তাপ প্রতিরোধের সমানুপাতিক, প্রতি ওয়াট প্রতি ডিগ্রি সেলসিয়াসে এবং এইভাবে শক্তি থেকে স্বতন্ত্র হয়, বা বরং বিদ্যুৎ ব্যবহারের উপর নির্ভর করে শীতল বা গরমতর চলতে পারে এবং দীর্ঘ সময় ধরে সেই শক্তি ছড়িয়ে না দেয়। এমন একটি সূত্র থাকতে পারে যা দেখায় যে ঘড়ির গতির সাথে তাপমাত্রা বৃদ্ধি হ'ল একের চেয়ে বেশি পাওয়ারের ভগ্নাংশ শক্তি।


4
  • ওয়াটেজটি কম অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সিতে কম হবে।

  • একই কোর ভোল্টেজে মোট শক্তি নিম্ন ঘড়ির ফ্রিকোয়েন্সিতে বেশি হবে।

  • তবে মূল ভোল্টেজ যদি ফ্রিকোয়েন্সি সহ সামঞ্জস্য করা হয় তবে মোট শক্তি কম হতে পারে।

  • অ্যালগরিদমগুলিতে যা তাদের বেশিরভাগ সময় I / O ক্রিয়াকলাপের জন্য অপেক্ষা করে কাটায়, মূল ঘড়ির ফ্রিকোয়েন্সি নির্বিশেষে নির্বাহের সময়টি প্রায় ধ্রুবক হবে। সুতরাং গণনার জন্য প্রয়োজনীয় মোট শক্তি ঘড়ির ফ্রিকোয়েন্সিতে আনুপাতিকভাবে বাড়বে।


    একটি সিপিইউর বিদ্যুৎ খরচ দুটি অংশ নিয়ে গঠিত।

1) স্ট্যাটিক কারেন্ট ড্র (আই_স্ট্যাটিক) কিছু নির্দিষ্ট সরবরাহের ভোল্টেজ এবং তাপমাত্রার জন্য সিপিইউ যা করছে তা নির্বিশেষে এই বর্তমান অঙ্কনটি ধ্রুবক।

সিএমওএস প্রযুক্তি ব্যবহার করে তৈরি একটি সিপিইউতে কয়েক হাজার বা মিলিয়ন এমওএসএফইটি ট্রানজিস্টর রয়েছে। স্ট্যাটিক কারেন্ট ড্রটি মূলত মিলিয়ন মিলিয়ন এমওএসএফইটি ট্রানজিস্টরের সংযুক্ত অফ স্টেট লিকাজ প্রবাহের কারণে।

  • সরবরাহের ভোল্টেজ বৃদ্ধির সাথে সাথে স্ট্যাটিক কারেন্ট ড্র হয় সাধারণত।

  • সিপিইউ তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে স্ট্যাটিক কারেন্ট ড্র হয় সাধারণত increases

  • স্ট্যাটিক কারেন্ট ড্র অনেকগুলি ডিভাইসের জন্য গতিশীল বর্তমান ড্র এর চেয়ে অনেক ছোট।

2) গতিশীল বর্তমান ড্র। সিএমওএস প্রসেস ব্যবহার করে নির্মিত একটি প্রসেসরের জন্য ট্রানজিস্টরগুলি অন / অফ স্টেটগুলির মধ্যে স্যুইচ করার সাথে সাথে ডায়নামিক কারেন্ট দেখা দেয়।

  • একটি নির্দিষ্ট সরবরাহের ভোল্টেজের জন্য গতিশীল বর্তমান অঙ্কন সাধারণত ফ্রিকোয়েন্সিটির সাথে সরাসরি আনুপাতিক হয়।

  • সরবরাহের ভোল্টেজ বাড়ার সাথে সাথে ডায়নামিক কারেন্ট ড্র হয়।

নিম্নরূপ কারণ। সিপিইউতে প্রতিটি মোসফেট ট্রানজিস্টারের সাথে এটির সাথে নির্দিষ্ট পরিমাণের ক্যাপাসিট্যান্স যুক্ত থাকে। প্রতিবার একটি এমওএসএফইটি সুইচ করে; চার্জ কিউ = সি * ভি এর সেই ক্যাপাসিট্যান্স চার্জ / স্রাব করতে প্রয়োজন।

প্রতিটি ট্রানজিস্টরের জন্য গতিশীল বর্তমান ড্র হ'ল আই_ডিনামিক = সি * ভি * এফ।

নির্দেশাবলী নির্ধারণের ক্ষেত্রে কতগুলি ফ্রিকোয়েন্সি নির্বিশেষে, নির্দিষ্ট সিপিইউতে ক্রিয়াকলাপের একটি নির্দিষ্ট সেট (ক্যাশে থেকে অভিন্ন আচরণ অনুমান করে) এবং গতিশীল বর্তমান অঙ্কনের কারণে মোট চার্জ (কিউ_প্রগ্রাম) একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ গ্রহণ করে, ফ্রিকোয়েন্সি নির্বিশেষে নির্দেশাবলী কার্যকর করা হয় যে।

তবে যদি নির্দেশগুলি আরও ধীরে ধীরে কার্যকর করা হয় তবে স্থিতিশীল কারেন্ট ড্রয়ের কারণে মোট চার্জ বেশি হবে কারণ আরও সময় কেটে গেছে।

গাণিতিকভাবে কেউ লিখতে পারেন ...

ডাব্লু = (আই_ডিনামিক + আই_স্ট্যাটিক) * ভি_সপ্লাই

ই = ডব্লু * সময় = কি_প্রগ্রাম * ভি_সপ্লাই + আই_স্ট্যাটিক * ভি_সপ্লি * সময়

আমরা দেখতে পাচ্ছি যে ঘড়ির ফ্রিকোয়েন্সি 0 কাছে আসার সাথে সাথে ওয়াটেজ একটি নির্দিষ্ট মানের কাছে চলে যাবে, তবে প্রোগ্রামটি গণনা করতে প্রয়োজনীয় শক্তি অনন্তের কাছে পৌঁছেছে।

সুতরাং যদি (সিপিইউ ট্রানজিস্টরের ক্যাপাসিটেনসেসের ভিত্তিতে) কিউ_প্রগ্রামটি কোনও নির্দিষ্ট সরবরাহের ভোল্টেজ এবং অপারেশনস সেটের জন্য স্থির করা হয়, তবে আধুনিক সিপিইউগুলি কীভাবে তাদের ঘড়ির ফ্রিকোয়েন্সি হ্রাস করে শক্তি সঞ্চয় করবে? উত্তরটি হ'ল বেশিরভাগ আধুনিক সিপিইউতে হয় জাহাজীকরণ (বা কোনও সহযোগী চিপে) একটি সামঞ্জস্যযোগ্য কোর ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রক অন্তর্ভুক্ত। যখন তারা তাদের ঘড়ির ফ্রিকোয়েন্সি কম করে তারা তাদের মূল ভোল্টেজও হ্রাস করতে পারে। কিউ_প্রগ্রাম (এবং ই_প্রগ্রাম) এর পরে সরবরাহের ভোল্টেজের সাথে আনুপাতিকভাবে হ্রাস হয়।

দ্রষ্টব্য যে সিপিইউ উচ্চতর ফ্রিকোয়েন্সিগুলিতে নিম্ন ভোল্টেজ ব্যবহার করতে পারে না কারণ নিম্ন ভোল্টেজে ট্রানজিস্টার স্যুইচিংয়ের সময় বৃদ্ধি পায়।

ওয়াটেজ দুটি ভোল্টেজ (স্কোয়ার্ড) এবং বর্তমান অঙ্কনের সমানুপাতিক। সুতরাং যদি ভোল্টেজটি ফ্রিকোয়েন্সি সহ একই সাথে বাদ পড়ে যায় তবে ওয়াটেজটি ফ্রিকোয়েন্সিটির কিউবার সাথে ড্রপ হয়।


1

ট্রানজিস্টর শক্তি ব্যবহার করে যা তাপ হিসাবে নষ্ট হয়। স্থিতিশীল এবং গতিশীল শক্তি দুটি ব্যবস্থা আছে। স্থির শক্তি স্থির থাকে, এবং যখনই স্থিতি পরিবর্তন হয় তখনই গতিশীল (স্যুইচিং) শক্তি ঘটে (0-> 1 বা 1-> 0)। ডায়নামিক (স্যুইচিং) শক্তি সাধারণত স্ট্যাটিকের চেয়ে তাপের বৃহত উত্স হয়। আপনি যে গণনাটি সম্পাদন করতে চান তা একই সংখ্যক ঘড়ির চক্র গ্রহণ করবে এবং ঘড়ির গতি নির্বিশেষে একই সংখ্যক ট্রানজিস্টর বিটগুলি উল্টাতে পারবে। সুতরাং গতিশীল তাপ উভয় পরিস্থিতিতে একই। স্থির তাপ ... অচল। সুতরাং সংক্ষেপে, ধরে নেওয়া যে সিপিইউ কেবল এই 1 গণনা করছে তবে শক্তি / তাপ খরচ ঠিক একই সময় যখন নির্দিষ্ট সময়কালে গড় হয়।


আপনি সত্যের কিনারায় চড়ে চলেছেন তবে আমি তা দিয়ে যেতে দেব। অপারেশনের ফ্রিকোয়েন্সি সহ সিএমওএসের জন্য শক্তির স্তর প্রায় এক লৈখিক লাইনে উঠে যায়, তবে ভোল্টেজ এবং শক্তি চতুর্ভুজ দ্বিগুণ হয়। গতি সহ নয়, বাজে আই 2 আর সমীকরণ।
স্পার্ক 256

ওপি নিখুঁতভাবে ঘড়ির গতি সম্পর্কে জিজ্ঞাসা করেছিল, হ্রাস ভোল্টেজের কোনও উল্লেখ নেই।
শীর্ষস্থানীয়

উপরের উত্তরে কোর ভোল্টেজের জন্য জরিমানার কথা উল্লেখ করা হয়েছে। আমি আপনাকে ইস্যুটির জবাব দেওয়ার দরকার বোঝায় নি। আমি একটি মন্তব্য করছি - একটি মন্তব্য বাক্সে।
স্পার্ক 256

প্রশ্নটি হিট (জোলসে মাপা) সম্পর্কে ছিল, শক্তি বা তাপমাত্রা নয় not তাপ একধরণের শক্তি। ইনপুট উত্স থেকে প্রাপ্ত অল্প পরিমাণ শক্তি ব্যতীত এবং আউটপুট লোডগুলিতে বিতরণ করা ছাড়া ডিভাইসে ব্যবহৃত সমস্ত শক্তি তাপ হয়ে উঠবে এবং শেষ পর্যন্ত বিলুপ্ত হয়ে যাবে। সিএমওএস যুক্তিতে, মেশিনের স্থিতি পরিবর্তিত হয়ে এলে শক্তি ব্যবহার তাপ উত্পন্ন করে - সাধারণত ঘড়ি চক্র প্রতি একবার সময় যখন গেটগুলি 0 থেকে 1 এর মধ্যে হয় মাঝেমধ্যে তাই কোনও প্রদত্ত কার্যের জন্য হিটকে ঘড়ির গতি থেকে সম্পূর্ণ স্বাধীন হতে হবে এবং সম্পূর্ণ নির্ভরশীল ঘড়ির চক্র সংখ্যা।
রিচার্ড 1941

1

আপনি যে পরিস্থিতিতে বর্ণনা করেছেন, গণনার জন্য প্রয়োজনীয় শক্তিটি ঘড়ির গতির উপর নির্ভর করে না। তবে তাপ একটি "স্কোয়াশি" শব্দ হতে পারে। ধরা যাক গণনাটি 1 জোল লাগে। আপনি যদি এটি 1 সেকেন্ডে করেন তবে এটি 1 জোল / সেকেন্ড = 1 ওয়াট। তবে এটি যদি 2 সেকেন্ড সময় নেয় তবে সেটি 1 জোল / 2 সেক = 0.5 জোল / সেকেন্ড = 0.5 ওয়াট।

প্রসেসরটি অবশ্যই গণনাটি দ্রুত করা হলে উচ্চতর তাপমাত্রায় পৌঁছে যাবে, কারণ শক্তিটি দ্রুত মুক্তি পেয়েছে। আমি মনে করি না যে এর চেয়ে বেশি বলার মধ্যে আমার মধ্যে খুব বেশি পয়েন্ট আছে।

ওহ, আমি আপনাকে যে নম্বর দিয়েছি সেগুলি বাদ দিয়ে বাস্তববাদী হওয়া উচিত নয়। এটা ঠিক ধারণা।

আমাদের সাইট ব্যবহার করে, আপনি স্বীকার করেছেন যে আপনি আমাদের কুকি নীতি এবং গোপনীয়তা নীতিটি পড়েছেন এবং বুঝতে পেরেছেন ।
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.