¿Adónde va todo el consumo de energía de una CPU? ¿Toda la potencia consumida por la CPU de la PC se transforma en calor? ¿O se transforma en calor parcial y en parte en otro tipo de energía?
¿Adónde va todo el consumo de energía de una CPU? ¿Toda la potencia consumida por la CPU de la PC se transforma en calor? ¿O se transforma en calor parcial y en parte en otro tipo de energía?
En la CPU todo es calor. Es el cambio de 0 a 1 y viceversa (que en última instancia es lo que hace una computadora) lo que consume energía, ya que la carga se debe mover de un lugar a otro, y es esta corriente (carga en movimiento) la resistencia que causa el calor. \ $ P = I ^ 2 \ veces R \ $
Idealmente, una computadora que no realiza ninguna tarea no consume energía, pero siempre hay pequeñas fugas de carga y en un procesador de transistores de 1 billón como un Pentium, la combinación de pequeñas fugas aún causa una gran cantidad de pérdidas de energía.
La energía eléctrica enviada a casi (*) cualquier CPU basada en CMOS a través de sus pines VCC y GND va a 3 lugares:
Energía eléctrica deja a la CPU a través de sus pines de salida para controlar los requisitos de "potencia real" de los dispositivos externos. Los LED, resistencias de balasto LED, líneas de transmisión, resistencias de polarización de líneas de transmisión, resistencias de terminación de líneas de transmisión, etc. son ejemplos. Esos dispositivos externos nunca son 100% eficientes, por lo que parte o la mayor parte de esa energía se convierte en calor, lo que hace que esos dispositivos externos se calienten. (Una gran cantidad de corriente fluye a través de los transistores en el anillo de la almohadilla de E / S, pero un voltaje relativamente pequeño a través de esos transistores). A menudo, esta es la mayor fracción de potencia en las CPU de bajo consumo que controlan muchos LED.
La energía eléctrica se convierte a calor en los transistores en el anillo de la almohadilla de E / S que impulsa (carga y descarga) la capacitancia externa. La capacitancia parásita de las trazas de PCB, la capacitancia de compuerta pequeña de los pines de entrada de la RAM y otros chips CMOS, la capacitancia de compuerta grande de los FET grandes discretos, etc. son ejemplos de dicha capacitancia externa. Durante cada ciclo de carga / descarga, toda de la energía que se almacenó temporalmente en esa capacitancia se disipa como calor en el canal de transistores de E / S de la CPU. (Los detalles instantáneos de dónde va la energía durante ese ciclo son más complicados).
(De manera similar, los pines de entrada de la CPU suelen estar controlados por transistores en el anillo de la almohadilla de E / S de un chip externo. Durante cada ciclo de carga / descarga, todos de la energía que se encontraba almacenado temporalmente en capacitancia dentro de la CPU se disipa como calor en el canal de los transistores de la almohadilla de E / S de ese chip externo. En otras palabras, ninguna potencia neta entra o sale a través de los pines de entrada de la CPU).
La energía eléctrica se convierte a calor en los transistores internos del núcleo conduciendo (cargando y descargando) la capacidad de la compuerta de otros transistores internos. Nuevamente, sobre cada ciclo de carga / descarga, toda de la energía que se almacenó temporalmente en esa capacitancia se disipa como calor en el canal de los transistores centrales internos. Esta es la mayor fracción de potencia en las CPU de escritorio de alta potencia.
(*) Algunos investigadores han desarrollado dispositivos de lógica de reciclaje de energía (incluidas las CPUs Tick, FlatTop y Pendulum) que, en lugar de disiparse como calor Toda la energía almacenada temporalmente en capacitancia interna y externa, en cambio, devuelve la mayor parte de esa energía a la fuente de alimentación .