Pourquoi la production de chaleur augmente-t-elle lorsque la fréquence d'horloge d'une unité centrale augmente ?

En fait, il s'agit essentiellement de :

• Un transistor commute plus rapidement lorsque vous lui appliquez une tension plus élevée.
• Les circuits intégrés modernes consomment le plus d'énergie lorsqu'ils passent d'un état à l'autre (au moment du tic-tac de l'horloge), mais ne consomment pas d'énergie lorsqu'ils restent dans le même état (enfin, il y a des fuites, donc ce n'est pas tout à fait une absence d'énergie).

Un très bon livre sur tous les détails de l'architecture des processeurs : Computer organization and design par David A. Patterson, John L. Hennessy.

Chaque fois qu'un transistor passe d'un état à l'autre, un courant est consommé. Une fréquence plus élevée signifie une commutation plus rapide, plus de courant gaspillé. Et l'impédance de l'ensemble convertit ce courant en chaleur. P=I^2*R et tout le reste. Et P est V^2/R. Dans ce cas, il faudrait vraiment pouvoir calculer la moyenne de V et I dans le temps, et ce serait quadratique par rapport à la tension et au courant.

1) deux cœurs contre l'accélération d'un seul cœur
Pour accélérer un cœur, il faut une nouvelle technologie pour accélérer les transistors qui passent d'un état à l'autre. Pour ajouter un autre cœur, il suffit de multiplier les mêmes transistors.

2) Chaleur
La dissipation de puissance se fait sous forme de chaleur. Puissance = tension * courant. Tension = Résistance * Courant. Puissance = Tension^2 / Résistance. La chaleur dissipée est donc proportionnelle au carré de la tension.

Dans le domaine de l'électricité, il existe deux types de puissance : la puissance réactive et la puissance réelle. Certains appellent la puissance réactive la puissance dynamique. La puissance réactive n'est jamais consommée ni perdue. Par exemple, si un condensateur idéal est connecté à une source de tension alternative par des fils idéaux sans perte, le condensateur se chargera et se déchargera, prenant de l'énergie au générateur dans un cycle, et renvoyant de l'énergie au générateur dans le cycle suivant. La perte nette est nulle.

Toutefois, si les fils sont non idéaux et résistifs, l'énergie est dissipée dans les fils pendant la charge et la décharge du condensateur. Cette énergie dissipée constitue une véritable perte de puissance et ne peut pas être récupérée. Lorsque la fréquence d'horloge augmente, le taux de charge et de décharge augmente, ce qui accroît la perte de puissance dans les fils.

Les grilles des transistors se comportent comme des condensateurs. Lorsque la fréquence d'horloge augmente, les condensateurs reçoivent davantage de puissance réactive. La fraction de cette puissance perdue dans les fils résistifs augmente également.