為什麼cpu製程越小,發熱越小?

Seveniny

人們絞盡腦汁地縮小晶體管(也就是用更小的製程來生產晶體管),目的無非三個,首要的是提高性能、然後是降低成本和降低功耗。

更小的晶體管它們間的電容也更小,可以讓開關頻率更高,同時,單位面積上可以容納更多的晶體管,每個核心可以有更多的流水線或者是更多的核心,這些都能有效的提高性能。另外,相同尺寸的晶圓,製程更小的話,製造商可以在晶圓上得到更多的芯片,顯然,單個芯片的成本降低了。

那為什麼CPU製程越小,發熱越小呢?這是因為更小的晶體管其導通電壓的需求也會變小(也必須變小),我們知道 功耗P=U^2/R,電壓越低,單個晶體管功耗也就越小,發熱自然變小了。

這似乎很好理解了,但是……

隨著製程越來越小,單位面積的功耗可能會變得更高一些,上面說的是動態功耗,而製程越小,晶體管的靜態功耗影響會越來越大,甚至達到整體功耗一半以上,現在CPU製程進步緩慢,其實就是功耗帶來的困難重重,而業界也沒有很好的方案來徹底解決晶體管日益嚴重的功耗問題,現在一方面儘量降低電壓,另一方面從多核心多線程上做文章,不再追求頻率的提升,所以目前的CPU多在3-4GHz間徘徊。


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第一步,大概理解一下製程是什麼

這個就要說到cpu裡面最基本的元件了,也就是晶體管,一般叫MOSFET。來個全稱吧,Metal,Oxide,Semiconductor,Feld,Effect,Transistor,即金屬氧化物半導體場效應晶體管!這個晶體管簡單說有三個端口分別是GDS,然後製程的意思就是指D端口到S端口的距離。那現在很明顯了,製程就代表距離了。

第二步,生動形象地解釋一下你的問題

1.首先,CPU能工作靠的就是電子的運動嘛(相當於電流)。

2.假設現在電子運動要從D端跑到S端。這時候你考慮一下跑步,是不是距離越長,就全身越熱,越費力氣。。。。。

以上只是定性分析,不是定量哦⊙∀⊙!

3.簡單的定量分析一下,初中物理知識

P=I2R

假設電流不變,很明顯,距離越長,電阻越大,功率就越大嘛!

附一張晶體管的結構圖


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