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

Le débat sur le multi-cœur m'a fait réfléchir.

Il est beaucoup plus facile de produire deux cœurs (dans un seul emballage) que d'accélérer un cœur par un facteur de deux. Pourquoi exactement ? J'ai cherché un peu sur Google, mais j'ai surtout trouvé des réponses très imprécises de la part de conseils sur la sur-horloge qui n'expliquent pas la physique sous-jacente.

La tension semble avoir l'impact le plus important (quadratique), mais dois-je faire fonctionner un processeur à une tension plus élevée si je veux une fréquence d'horloge plus rapide ? J'aimerais également savoir pourquoi exactement (et quelle quantité) de chaleur un circuit semi-conducteur produit lorsqu'il fonctionne à une certaine vitesse d'horloge.

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Lark Points 1640

Une chose qui n'a pas été mentionnée jusqu'à présent : les puces deviennent plus rapides et le processus de lithographie pour les fabriquer devient plus petit. Ils sont devenus si petits qu'ils ne dépassent pas quelques atomes de large dans certains cas. Il y a maintenant des fuites de courant importantes, qui sont généralement dissipées sous forme de chaleur.

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Daniel R Hicks Points 6107

La commutation rapide de l'état d'un circuit nécessite plus de courant que la commutation lente. Pour obtenir ce courant, il faut une tension plus élevée et/ou des composants plus grands et plus gourmands en énergie. Et, bien sûr, des composants plus grands nécessitent plus de courant d'entraînement, ce qui provoque un effet boule de neige.

(Il est intéressant de noter qu'un article paru dans le dernier numéro de Scientific American (juillet 2011) traite de ce sujet pour le cerveau humain. Les principes sont les mêmes, et l'une des façons pour le cerveau humain de gagner en puissance est de diviser le cerveau en sous-processeurs distincts, pour ainsi dire).

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