Почему процессор: Процессор загружен на 100% без видимой причины, тормозит

Почему процессоры греются? Разбор | Droider.ru

Мы знаем, что практически все электронные устройства греются, но особенно греются процессоры. И вроде бы это обычное явление, к которому все привыкли. Но почему это происходит? Какие физические процессы за этим стоят и как этого избежать?

Поэтому сегодня мы ответим на фундаментальный вопрос: почему греются процессоры?

Разберем зачем нужен троттлинг? Узнаем, как нагрев мешает закону Мура? И определим можно ли охладить процессор ниже температуры команты?

Что такое тепло?

Для начала давайте освежим в памяти школьную программу по физике. Что вообще такое тепло?

Как вы знаете, мир состоит из атомов и молекул. А тепло — это энергия, которая выделяется или поглощается при столкновении этих молекул. Иными словами, чем быстрее движутся молекулы и чем быстрее они сталкиваются, тем больше тепла выделяется.

Хороший пример — трение. Когда мы быстро трем ладони друг от друга, мы чувствуем тепло, потому как мы в буквальном смысле разгоняем и сталкиваем частицы на поверхности кожи. По такому же принципу мы можем развести костер при помощи палочки. Или разжечь страстное пламя любви, тут тоже трение работает.

Но причем тут процессоры? Откуда тепло берётся там? А всё дело в электричестве. Смотрите.

Тепло и электричество

Сама природа электрического тока подразумевает нагрев. Ведь ток – это упорядоченное движение электронов по проводнику. А где есть движение неизбежно возникнет какое-никакое сопротивление.

Перемещаясь по проводнику электроны перепрыгивают, от молекулы к молекуле, что заставляет их сильнее колебаться, что и приводит к нагреву. И чем выше сопротивление внутри проводника, тем выше нагрев.

По науке этот процесс выражен в законе Джоуля-Ленца «Количество теплоты, выделяемое в единицу времени, пропорционально произведению квадрата силы тока на участке и сопротивлению проводника».

Q = I2Rt

• Q – тепло, которое выделяется в момент прохождения электрического тока по проводу,
• I – значение силы тока,
• R – сопротивление проводника,
• t – время, за которое электрический ток проходит через проводник.

С одной стороны, это свойство электричества нагревать всё и вся, в прямом смысле даёт нам тепло и свет. Всевозможные электрические обогреватели, плиты, чайники, лампы накаливания — все эти приборы используют во благо свойство электрической энергии преобразовываться в тепловую. Но вот в микроэлектронике, нам это сильно мешает. И больше всего от этот страдают центральные процессоры и другие сложные интегральные схемы.

А почему? Давайте разбираться.

Почему греются процессоры?

Итак, процессоры состоят из транзисторов — миниатюрных переключателей с электрическим управлением. Именно эти переключатели создают большие проблемы с нагревом. А виной тому сам принцип, по которому транзистор работает. Смотрите, состоит транзистор из трёх основных частей: исток, сток и затвор.

• Исток — это вход, сюда мы подаем ток.
• Сток — это выход, отсюда ток должен выходить.
• Затвор — это ворота, которые, собственно, либо пропускают ток от истока к стоку, либо не пропускают.

Собственно задача транзистора — переключаться? миллиарды раз в секунду открывать и закрывать ворота. Если ворота закрыты? ток дальше не течет и на выходе мы получаем логический 0, а если ворота открыты — логическую 1.

Но как мы можем открывать и закрывать ворота? Отличный вопрос!

Смотрите, затвор — это, по сути, маленький аккумулятор. Чтобы его открыть, нам нужно его нужно зарядить. Поэтому, что мы делаем? Мы подаем на него напряжение, затвор быстро заряжается и ворота открываются. В этом случае какого-то существенного выделения тепла не происходит, ведь ток свободно течет по цепи.

Но ведь нам нужно не только открывать ворота, но и закрывать их! А что бы их закрыть, нам нужно куда-то очень быстро сбросить заряд с затвора. Мы сбрасываем заряд на “землю”. И именно в этот момент — при каждом таком сбросе — выделяется небольшое количество тепла. А чем чаще мы будем открывать и закрывать эти ворота, тем больше тепла будет выделяться. Иными словами, чем выше тактовая частота процессора, тем больше он будет нагреваться и это совершенно неизбежно.

Именно поэтому, самый популярный способ бороться с перегревом процессора – троттлинг. Когда проц перегревается, это улавливают специальные датчики и система понижает тактовую частоты. Способ неприятный, зато действенный.

Но есть и более приятный вариант – для борьбы с перегревом мы можем уменьшить не частоту, а напряжение. В народе этот способ называется андервольтинг. Кто делал — знает.

Нагрев от переключения транзисторов называют динамическом источником тепла, потому как нагрев тут зависит от частоты переключений.

И это полбеды, ведь существует и статический, то есть постоянный источник тепла. Даже когда транзистор выключен, всё равно на исток подаётся ток. И раньше это не было проблемой.  Но по мере уменьшения размеров транзисторов, расстояние между стоком и истоком стало настолько маленьким, а затворы стали настолько тонкими, что электроны стали просто просачиваться, даже если затвор закрыт. И это называется токами утечки. Они приводят не только к дополнительному энергопотреблению современных процессоров, но и к дополнительному нагреву. Токи утечки — основная проблема, сдерживающая прогресс и мешающая выполнению закона Мура.

Охлаждение

Теперь понятно почему процессоры греются? Но можем ли мы как-то их охладить? Конечно, можем! Но есть хорошая и плохая новость.

По закону сохранения энергии мы не можем взмахом волшебной палочки заставить тепло исчезнуть в никуда. Это плохая новость.

Зато, в результате теплообмена мы можем это тепло переместить. Собственно, этим и занимаются все существующие системы охлаждения. Они отводят тепло подальше от процессора и рассеивают на большой поверхности или в воздухе. Многим мобильным процессорам с потреблением 1-5 Вт мощная система охлаждения вообще не нужна. Они могут эффективно рассеивать тепло просто через корпус девайса.

Поэтому поговорим про охлаждение десктопных процессоров.

Чтобы быстро и эффективно отводить тепло нам нужно создать некий беспрепятственный тепловой коридор от кристалла до воздуха. Поэтому кристалл процессора обвешивается максимально теплопроводными материалам.

Для начала создается термосоединение с высокой теплопроводностью: кристалл закрывается металлической крышкой, а эту крышку смазывают термопастой или жидким металлом. А дальше этот бутерброд зажимают сверху либо системой из тепловых трубок, либо жидкостным охлаждением. В чем разница между этими системами?

В целом, они выполняют выполняют одну и ту же задачу – передать максимально возможное количества тепла от чипа к теплоотводу или радиатору, который может дополнительно обуваться кулером.

Просто в случае с жидкостным охлаждением — по трубам тупо течёт вода, которая переносит тепло от чипа большому резервуару с водой — водоблоку.  А вот в случае тепловых трубок охлаждение переходит за счет фазового перехода.

Внутри трубок также находится жидкость, но она там не просто течет, а при нагревании превращается в пар, проходит по тепловой трубке, пока не достигнет холодного конца, там пар отдает тепло и конденсируется, то есть обратно становится жидкостью. И дальше, под под действием силы тяжести или капиллярного эффекта жидкость возвращается обратно в горячий конец.

Как правило в больших корпусах, где есть много места и много денег используют жидкостное охлаждение. А вот в ноутбуках юзают тепловые трубки, так как они очень компактны.
Кстати, тепловые трубки чаще всего делают из меди, поскольку она имеет высокую теплопроводность 400 Вт/м*К (Ватт на метр-Кельвин). Но эффективнее было бы делать трубки из алмазов, у которых теплопроводность свыше 2000 Вт/м*К.

Термоэлектростатическое охлаждение

Но есть ли системы, которые позволяют охладить сам процессор ниже температуры помещения? На самом деле есть. И это называется термоэлектрическое охлаждение, также известное как эффект Пельтье.

Принцип работы такой: есть две керамические пластины между которыми зажат полупроводник, когда через одну сторону устройства протекает постоянный ток, тепло передается на другую сторону. И это позволяет «холодной» стороне опуститься ниже температуры окружающей среды. Технология очень перспективная, но пока что невероятно энергозатратная, поэтому используется очень редко. Тем не менее, в будущем вполне возможно, что такие системы охлаждения будут применяться повсеместно.

Но на сегодня это всё. Спасибо за внимание.

Post Views:
3 061

Apple снова лучше Android. На этот раз процессоры. Почему так происходит

Как правило, всякий раз, когда Apple объявляет о новом iPhone, она также объявляет о новом чипсете. Дальше все неизбежно сравнивают последнее решение от Apple с предложениями от Qualcomm, Samsung, Google и MediaTek. Обычно не требуется много времени, чтобы появились результаты сравнительного анализа и Apple была объявлена ​​победителем. Но почему процессоры от Apple всегда побеждают конкурентов? Почему процессоры, используемые Android, так сильно отстают? Действительно ли чипы Apple настолько хороши? Давайте разберемся.

Процессоры Apple действительно лучше остальных, но не во всем

Содержание

• 1 Выпускает ли Apple процессоры
• 2 Можно ли верить результатам тестов телефонов
• 3 Apple лучше Qualcomm
• 4 Чем процессоры Apple отличаются от остальных
• 5 Станет ли Qualcomm лучше Apple
• 6 Действительно ли процессоры Apple лучше других

Выпускает ли Apple процессоры

Apple разрабатывает процессоры, использующие 64-битную архитектуру инструкций Arm. Это означает, что чипы Apple используют ту же базовую архитектуру RISC, что и Qualcomm, Samsung и Google. Разница в том, что Apple имеет архитектурную лицензию Arm, которая позволяет ей разрабатывать собственные чипы с нуля. Первым собственным 64-разрядным процессором Arm от Apple был Apple A7, который использовался в iPhone 5S. Он имел двухъядерный процессор с тактовой частотой 1,4 ГГц и четырехъядерный графический процессор PowerVR G6430. При этом изготавливался по 28-нм техпроцессу.

Последние предложения Apple для мобильных устройств используют шестиядерный процессор и собственный графический процессор. Акстальный A15 содержит 15 миллиардов транзисторов, 16-ядерный Neural Engine и видеокодек с поддержкой кодирования и декодирования HEVC и H.265, а также поддержку декодирования MP4, VP8 и VP9. Этот процессор производится с использованием 5-нм техпроцесса второго поколения TSMC, известного, как N5P.

Короче говоря, последние поколения процессоров Apple каждый раз предлагают лучшую производительность, чем любой другой процессор для смартфонов любой компании. На бумаге оценки для процессоров Apple (которые имеют только 6 ядер) выше, чем оценки всех восьмиядерных процессоров.

Ищете где почитать что-то интересное? А наш Яндекс Дзен пробовали?

Можно ли верить результатам тестов телефонов

Но тут важно понимать, что Geekbench не тестирует те части чипсета, которые отвечают за GPU, DSP, ISP и любые функции, связанные с ИИ. Зато они будут влиять на повседневную работу любых устройств, использующих эти процессоры. Но зато, когда дело доходит до чистой скорости процессора, Apple является явным победителем.

По результатам тестов iPhone набирают очень хорошие результаты

Тут надо немного погрузиться в историю. Справедливо сказать, что Apple застала Qualcomm врасплох, когда объявила о 64-битном A7 еще в 2013 году. До этого момента Apple и Qualcomm поставляли 32-битные процессоры Armv7 для использования в мобильных устройствах. Qualcomm лидировала со своим 32-разрядным процессором Snapdragon 800. Он использовал собственное ядро ​​​​Krait 400 вместе с графическим процессором Adreno 330. В те времена у Qualcomm все было хорошо и она немного расслабилась.

Проблемы смартфонов на процессоре Snapdragon 680е. Собрали все в одном месте.

Apple лучше Qualcomm

Когда Apple неожиданно анонсировала 64-битный процессор Armv8, у Qualcomm ничего не было. А руководству компании только оставалось назвать 64-битный A7 «маркетинговым трюком». Впрочем, довольно быстро Qualcomm выкатила собственную 64-битную систему.

Это произошло в апреле 2014 года с выходом Snapdragon 810. Ряд ядер «Cortex» поступает непосредственно от хранителей архитектуры Arm. Но в том же году Apple анонсировала A8, свой собственный 64-битный процессор второго поколения. Только в марте 2015 года Qualcomm смогла объявить о выпуске собственного 64-битного процессора первого поколения Snapdragon 820 с собственным ядром Kryo.

В сентябре того же года Apple выпустила iPhone 6S с A9, 64-разрядным внутренним процессором третьего поколения. И вот так внезапно Qualcomm оказалась на два поколения позади Apple, хотя ничего этого не предвещало, просто Apple очень грамотно вела разработки и не допускала их серьезных утечек.

В 2016 году Qualcomm снова работала с решениями от Arm, но тут все было немного иначе. Arm создала новую программу лицензирования, которая позволила ее наиболее доверенным партнерам получить ранний доступ к новейшим разработкам процессоров и даже в какой-то мере адаптировать их под свои нужды. Результатом стало ядро ​​ЦП Kryo 280, которых, согласно спецификации, в Snapdragon 835 было восемь. Что касается запуска этого процессора, то Qualcomm перенесла его с весны на зиму. Это означает, что 835-ый был анонсирован после Apple A10 и iPhone 7.

Snapdragon — сила и мощь! Но не во всем

Этот пинг-понг продолжается. Все немного изменилось, когда Arm представила линейку Cortex-X. Эти ядра ЦП были разработаны, чтобы уменьшить разрыв между процессорами Android и Apple. Cortex-X разработаны в первую очередь для максимальной производительности, даже с риском повышенного энергопотребления. Вот почему обычно в мобильном процессоре имеется только одно ядро ​​Cortex-X, затем три высокопроизводительных ядра Cortex-A, а затем четыре энергоэффективных ядра — схема 1+3+4.

Присоединяйтесь к нам в Telegram!

Чем процессоры Apple отличаются от остальных

Есть несколько ключевых моментов, которые следует знать о ядрах Apple. У нее было преимущество перед всеми, когда речь шла о 64-битных процессорах на базе Arm. Хотя сама Arm объявила о выпуске Cortex-A57 еще в октябре 2012 года, предполагалось, что партнеры Arm поставят первые процессоры в течение 2014 года. Разработка высокопроизводительного мобильного процессора — сложная задача, решение которой занимает много времени. Поэтому и не получилось подхватить новинку сразу.

Сейчас ситуация изменилась, а ритм таков, что Arm объявляет о своих новых конструкциях процессоров в конце весны и этого достаточно, чтобы производители выпустили свои готовые решения через 6-8 месяцев. Хотя, конечно, они знают о планах выпуска новинки примерно за год до нас.

А еще процессоры Apple дорогие и большие. Это тоже важно в понимании их производительности. По оценкам, Snapdragon 888 имеет около 10 миллиардов транзисторов, тогда как Apple A14 получил 11,8 миллиарда транзисторов. A15 еще больше — 15 миллиардов транзисторов. Суть в том, что Apple продает смартфоны, а не чипы. В результате она может позволить себе сделать чипсет дороже и окупить затраты на него в других местах, чуть повысив конечную розничную цену.

Характеристики процессоров А-серии действительно впечатляют.

Однако Arm и Qualcomm занимаются продажей чипов и им надо сделать так, чтобы чипы продавались с прибылью. И желательно с большой прибылью. Только так можно заработать на вложения в исследования, которые нужны, чтобы выпускать новые продукты. Дальше на пути будут производители телефонов, которым тоже надо получать прибыли. А значит, экономить на процессоре приходится еще на самом первом этапе, чтобы он был компромиссным.

Сравнение Snapdragon или Dimensity: какой процессор для смартфона лучше.

Процессоры Apple имеют большой кэш. Кремний стоит денег, и для некоторых производителей чипов их прибыль может быть получена всего за 0,5 мм2 сэкономленного кремния. Тут опять же Apple может производить более крупные чипы (с точки зрения стоимости кремния), включая большие кэш-памяти.

Apple A14 имеет 4 МБ кэш-памяти второго уровня для каждого из высокопроизводительных ядер и 16 МБ системного кэша. A15 использует еще больший кэш: 6 МБ для каждого из высокопроизводительных ядер и 32 МБ системного кэша. Эти кэши огромны по сравнению с 2,5 МБ кэш-памяти второго уровня для высокопроизводительных ядер в Snapdragon 8 Gen 1 или 10 МБ кэш-памяти третьего уровня и системной кэш-памяти.

А еще план Apple по созданию процессоров с широкими конвейерами на (изначально) более низких тактовых частотах увенчался успехом. В очень широком смысле производители чипсетов могут либо сделать ядро ​​​​ЦП с узким каналом, но использовать этот канал на высоких тактовых частотах, либо использовать более широкий, но на более низких тактовых частотах. Как и в реальной водопроводной трубе, вы можете перекачивать воду под высоким давлением через более узкую трубу или под более низким давлением через более широкую трубу. В обоих случаях теоретически можно добиться одинаковой пропускной способности. Процессоры, создаваемые Qualcomm идут по пути ”узкой трубы”, а Apple — по пути ”широкой”.

В этом Telegram-канале можно найти самые крутые подборки гаджетов и товаров для жизни с AliExpress.

Станет ли Qualcomm лучше Apple

Один из способов, которым Qualcomm могла бы догнать Apple, это нанять нескольких бывших инженеров из Купертино, которые работали над процессорами, и заставить их разработать процессор Qualcomm. Примерно так Qualcomm и поступила.

Nuvia была компанией, основанной в 2019 году бывшим руководителем Apple по разработке процессоров Джерардом Уильямсом и Джоном Бруно — системным архитектором в Google. Они пять лет работали в Apple на аналогичной должности. Уильямс был главным архитектором ЦП в Купертино. Он работал над архитектурами ЦП Cyclone, Typhoon, Twister, Hurricane, Monsoon и Vortex для различных чипсетов Apple A-серии. До работы в Купертино Уильямс 12 лет был научным сотрудником Arm, работая над архитектурами Cortex-A8 и Cortex-A15. Их компанию Qualcomm и купила за 1,4 миллиарда долларов.

С тех пор бывшая команда Nuvia работает над новым процессором для Qualcomm. Это будет собственный дизайн и его первоначальные версии будут нацелены на ноутбуки. Qualcomm планирует выпустить первые потребительские продукты с решениями Nuvia в 2023 году. После этого Qualcomm, вероятно, попытается создать версию для смартфонов на основе той же технологии.

Нельзя отрицать, что у Apple есть команда разработчиков процессоров мирового класса, которая за последние несколько лет постоянно выпускала лучшие чипсеты в мире. Успех Apple — это не волшебство. Это результат отличной инженерии, быстрой работы по сравнению с конкурентами и роскоши создания продуктов, на которые не жалеют кремний.

В любом случае, не стоит забывать, что каждый процессор — вершина технологий.

Мы можем получить лучший процессор от Qualcomm, Samsung или Mediatek только в нескольких случаях. Например, если Apple почему-то выпустит плохой процессор. Так она потеряет лидерство, но исключительно из-за своей ошибки. Кто-то из упомянутых производителей может сам сработать хорошо и выпустить дорогой процессор с большой площадью поверхности и большим количеством кристаллов, предназначенных для таких вещей, как кэш. Но в этом случае он будет очень дорогим, и смартфоны подорожают еще больше.

Обсудить все, что угодно из мира Android и задать свои вопросы вы можете в нашем Telegram-чате.

Действительно ли процессоры Apple лучше других

Здесь давайте вернемся в начало. Я говорил, что Geekbench не тестирует GPU, DSP, ISP и так далее. А именно эти компоненты в процессорах Apple не так хороши на фоне решений Qualcomm.

В конечном итоге все сводится к пользовательскому опыту. Предлагает ли iPhone хороший пользовательский интерфейс? Да. Обеспечивает ли новейший флагман Android, использующий новейший процессор Snapdragon, хорошее взаимодействие с пользователем? Тоже да.

Но все современные чипсеты Apple, Qualcomm и Samsung содержат специализированные нейронные чипы (NPU). Они выполняют такие задачи, как обнаружение объектов, выделение, распознавание, обнаружение лиц и их идентификация. Они делают это намного быстрее, чем центральный процессор, который у Apple очень хорош. Использование машинного обучения становится фундаментальной частью пользовательского опыта и не слишком зависит от мощности процессора. Вот именно на этом поле и будут разворачиваться сражения производителей. Поэтому не стоит слепо следить за цифрами в тестах. Куда важнее пользовательский опыт, а тут уже каждому нужно свое.

Важность компьютерного процессора | Малый бизнес

Вы, наверное, много раз слышали аббревиатуру ЦП, когда отправлялись на поиски портативного или настольного компьютера. Довольно часто тип процессора в устройстве упоминается как часть спецификаций. Проблема в том, что информация, которую они дают, никогда не объясняет вам, почему процессор так важен. Когда вы сталкиваетесь с трудным выбором между двухъядерным процессором , , четырехъядерным процессором, i3, i5, i7, , и т. д., непросто сказать, что есть что и почему все это имеет значение. Немного больше о важность процессора , безусловно, поможет.

Что такое процессор?

Для начала, ЦП означает Центральный процессор ООН ит. Это громадное название для того, что в конечном счете представляет собой изрядную часть технологии, по крайней мере, с точки зрения работы, которую она выполняет. Безусловно, центральный процессор — не единственный процессор в компьютере. Есть много. Тем не менее, это центральный процессор , и поэтому он является самым важным.

Хорошая аналогия для ЦП — и, вероятно, вы много слышали — это мозг. Мозг — это не только узел нервов в вашем теле, поскольку он не выполняет все решения в вашем теле. Спинной мозг также является центром нервов, как и многие другие части вашего тела. Все это процессинговые центры. Однако, поскольку мозг является центральным процессорным центром в вашем теле, управляющим наибольшим количеством органов и процессов – он и самый важный. Ваш мозг — это центральный процессор в вашем теле. Процессор — это мозг компьютера.

Вариантов использования ЦП множество, включая выполнение вычислений, запуск программ и т. д. ЦП работает как часть более широкой и разнообразной экосистемы, включающей оперативную память (ОЗУ) и другие части компьютера. Оперативная память отправляет много инструкций в ЦП, который декодирует инструкции, а затем обрабатывает эти инструкции и выдает результат на основе.

Все компьютеры оснащены процессорами

Процессор есть в каждом электронном устройстве. На самом деле все, что квалифицируется как компьютер, то есть машина, которая получает входные данные, затем обрабатывает их и возвращает выходные данные, содержит ЦП. Это включает в себя ваш настольный компьютер, ваш ноутбук, ваш смарт-телевизор, ваш смартфон и ваш планшет, среди прочего. Процессор находится на печатной плате, известной как материнская плата, и обычно имеет квадратную форму и очень мал.

На материнской плате центральный процессор может взаимодействовать с другими аппаратными средствами и управлять ими, чтобы оживить ваш компьютер.

Как работает процессор?

ЦП

претерпели множество усовершенствований с момента их первого изготовления. Тем не менее, по сути, все процессоры имеют одни и те же основные функции, что и делает их такими важными в конце дня.

Все ЦП выполняют четыре основные функции:

1. Принести.
2. Расшифровать.
3. Выполнить.
4. Магазин.

Функция выборки

Эта функция так же проста, как получение инструкции или набора инструкций ЦП. Эти инструкции будут поступать из ОЗУ и представлены в виде серии двоичных чисел (1 и 0), , которые используются компьютерами для общения друг с другом, а также для запуска процессов внутри себя.

Каждая инструкция, поступающая в ЦП, является лишь частью целого. Это небольшой строительный блок более крупной операции. Это означает, что ЦП не просто получает инструкции вслепую; ему также необходимо знать, какая инструкция будет следовать за текущей. Для этого у него есть программный счетчик, который отслеживает адреса ОЗУ, с которых поступают инструкции.

Если инструкция пришла с адреса 1, ЦП будет знать, что следующая инструкция для этой конкретной программы должна прийти с адреса 2. Инструкции хранятся в регистре, известном как регистр инструкций. Как только это будет сделано, программный счетчик добавит единицу, чтобы сослаться на адрес для следующей инструкции.

Функция декодирования

Как только компьютер успешно извлекает инструкцию и сохраняет ее в регистре инструкций, он должен декодировать эту инструкцию. Для этого он передает инструкцию специальной схеме, известной как декодер инструкций. Декодер инструкций берет инструкцию и декодирует ее в набор сигналов, которые затем отправляются в разные части ЦП, где на них можно воздействовать.

Выполнение функции

Инструкции были получены ЦП, сохранены в регистре инструкций, а затем отправлены в декодер инструкций, где они были декодированы. Теперь они отправляются в разные части ЦП, где и выполняются. Как только инструкции будут выполнены, будут выходные данные, которые будут сохранены в регистре ЦП, где другие инструкции, появившиеся позже, могут ссылаться на них. Если результат не нуждается в сохранении в регистре ЦП или изжил себя в регистре, он либо отправляется в ОЗУ, либо на жесткий диск для хранения, либо на любое из множества устройств вывода на компьютере, например в качестве монитора, динамиков и так далее.

Функция сохранения

С одной стороны, ЦП отправляет выходные данные в ОЗУ и на жесткий диск, где они сохраняются. С другой стороны, сам процессор является запоминающим устройством. Он способен хранить данные в любом из своих различных регистров, даже если только на короткое время. Обратите внимание, однако, что ЦП не является постоянным запоминающим устройством.

Любые данные в ЦП будут потеряны при отключении питания компьютера. Любые процессы, которые были запущены при отключении питания, также немедленно остановятся. Регистры в ЦП предназначены для основной цели хранения данных, которые необходимы в текущих программах и процессах. Как только данные будут обработаны, они будут удалены или отправлены в другое место.

Функция многозадачности

Одной из конкретных функций, для которых полезны процессоры, является обеспечение многозадачности вашего компьютера. Чтобы быть полностью точным, один ЦП не может работать в многозадачном режиме. Вместо этого он быстро переключает туда и обратно между различными задачами, так что кажется, что все они выполняются одновременно. Может быть задача, которая включает в себя напоминание о необходимом обновлении, в то время как другая включает в себя загрузку программы, которую вы пытаетесь открыть, а третья включает воспроизведение фильма на вашем экране.

ЦП будет переключаться между этими задачами, создавая впечатление, что все они выполняются одновременно.

Однако даже самый мощный процессор имеет свои ограничения . Вот почему производители решили начать размещать несколько меньших процессоров, называемых ядрами, в одном процессоре. ЦП с двумя ЦП называется двухъядерным, один с 4 — четырехъядерным, и так далее, вплоть до восьмиъядерного, имеющего восемь ЦП.

Эти ЦП делают возможной по-настоящему многозадачность, поскольку каждый ЦП может обрабатывать одну задачу за раз. Это делает компьютеры намного более мощными, а также увеличивает скорость процессора .

Почему процессоры выделяют тепло? (Диагностика и устранение перегрева ЦП)

Все ЦП (центральные процессоры) выделяют тепло. ЦП выделяет больше всего тепла среди всех аппаратных компонентов персональных компьютеров, если только у вас нет более мощного графического процессора (графического процессора).

Содержание

• Как процессоры выделяют тепло?
  • Энтропия и термодинамика
  • Закон Джоуля
  • Технические характеристики современных процессоров
• Сколько тепла выделяют процессоры?
• Почему мой процессор сильно нагревается в режиме ожидания?
• Как диагностируется перегрев процессора?
• Исправления распространенных проблем с перегревом ЦП
• Заключение

Процессоры выделяют так много тепла из-за более высокой расчетной тепловой мощности (TDP), турбонаддува, гиперпоточности или разгона, а также более высоких скоростей шины, среди прочих факторов. Кроме того, неэффективное охлаждение и огромные потребности в обработке в реальном времени могут привести к перегреву ЦП.

Итак, давайте обсудим, почему процессоры выделяют так много тепла. Я расскажу вам все подробности максимально простым языком и помогу понять, почему процессор может перегреваться.

По пути я также поделюсь некоторыми быстрыми исправлениями перегрева процессоров, так что давайте приступим!

Как процессоры выделяют тепло?

Процессоры надежны, но иногда они могут сильно нагреваться. Если ваш чувствует себя теплым, вам, вероятно, не стоит беспокоиться.

Процессоры естественным образом нагреваются, поскольку передают электрическую энергию во что-то, с чем они могут работать.

Процессоры выделяют тепло, поскольку они преобразуют электричество в тепловую энергию. Современный ЦП имеет несколько миллиардов транзисторов или переключателей, регулирующих поток электроэнергии по всему процессору, что приводит к потерям энергии и преобразованию ее в тепло.

Существует несколько причин перегрева компьютеров. Основными причинами являются энтропия, термодинамика и закон Джоуля.

Однако характеристики современных процессоров, способ изготовления микросхем и их возможности также влияют на количество выделяемого компьютером тепла.

Энтропия и термодинамика

Итак, давайте простым языком посмотрим на науку, стоящую за горячим процессором.

Первый закон термодинамики по существу подразумевает, что тепловая энергия не может быть ни создана, ни уничтожена. Вся энергия, такая как электричество, кинетическая и механическая энергия, следует этому правилу.

Второй закон термодинамики проливает свет на энтропию. Согласно этому закону, если в системе с притоком энергии энтропия (перенос энергии) постоянна, то перенос тепла неизбежен.

Проще говоря, компьютер должен использовать электричество, поступающее в центральный процессор, или терять энергию в виде тепла.

Таким образом, когда ваш компьютер получает питание от электрической розетки или аккумулятора, он будет выделять тепло, чтобы избавиться от лишней энергии.

При отсутствии теплообмена энтропия системы или ЦП в этом случае не может оставаться постоянной, и компоненты будут распадаться.

Тем не менее, ваш ЦП не понесет материального ущерба, поскольку он может выделять тепло вместо того, чтобы поджаривать себя внутри.

Кроме того, это объясняет, почему перегретый ЦП, который не может охладиться, получает структурные повреждения и в конечном итоге выходит из строя.

Закон Джоуля

Закон Джоуля гласит, что сопротивление в цепи преобразует электричество в тепловую энергию.

Процессор не имеет резисторов или сопротивления, которое мы связываем с проводами и другими объектами.

Однако интегральная схема (или набор микросхем) ЦП, состоящая из полупроводников, транзисторов и диодов, имеет некоторое сопротивление, которое приводит к потерям и преобразованию электроэнергии.

Единственным сценарием, когда электричество протекает без какого-либо сопротивления, является использование сверхпроводника.

Процессор имеет полупроводники с более низкой проводимостью, чем эффективные сверхпроводники, которые мы используем в электрических цепях или проводке.

Кроме того, транзисторы по сути являются переключателями. Они разрешают или блокируют поток электричества в зависимости от входных и выходных требований, тем самым создавая сопротивление.

Итак, эти полупроводники и транзисторы выделяют тепло всякий раз, когда они не используют столько электричества, сколько могли бы.

Технические характеристики современных ЦП

ЦП выполняет множество задач одновременно, требуя ввода и вывода тонны электрического тока через транзисторы, полупроводники и затворы.

Также электрическая энергия питает компьютер и его аппаратные компоненты, в том числе центральный процессор, тем самым нагревая все эти части.

Если процессор не может отводить избыточное тепло, он сильно нагревается.

Самая важная причина, по которой современные процессоры выделяют так много тепла, — это их технические характеристики.

Типичный ЦП, используемый в современных компьютерах, экспоненциально мощнее, чем процессоры прошлого века.

Позвольте мне выделить несколько ключевых отличий, которые напрямую влияют на выделяемое тепло:

Расчетная тепловая мощность (TDP)

Процессор, подобный Intel 8086, выпущенный в 1978 году, потреблял 1 Вт энергии. Однако современный ЦП, такой как Intel Core i7-8086K, выпущенный в 2018 г., имеет расчетную тепловую мощность (TDP) 95 Вт.

Существуют ЦП с TDP до 380 Вт. розыгрыш процессора.

Однако расчетная тепловая мощность — это то, что процессор может потреблять и использовать без перегрева.

Обратите внимание на квантовый скачок от 1 Вт до 95 Вт, 165 Вт, 255 Вт и 380 Вт, и вы можете себе представить, сколько тепла выделяют новые процессоры.

Для сравнения: внешняя температура лампы накаливания мощностью 100 Вт может достигать 121 °C (250 °F).

Современные процессоры имеют точки терморегулирования от 194 °F (90 °C) до 212 °F (100 °C) для защиты процессора от очень сильного нагрева.

Количество транзисторов

Устаревший процессор Intel 8086 имел 29 000 транзисторов. Напротив, современные процессоры, такие как Intel Core i7-8086K, имеют около 3 миллиардов транзисторов.

Эти транзисторы регулируют поток электроэнергии через логические элементы ЦП.

Теперь сравните до 3 миллиардов транзисторов или переключателей, позволяющих или блокирующих поток электричества через интегральную схему, с примитивными 29 000.

Это на тонну больше транзисторов и, соответственно, на тонну больше тепла!

Частота/тактовая частота (Rate)

Частота процессора или тактовая частота процессора Intel 8086 составляла от 0,005 до 0,001 ГГц. Эта скорость увеличилась до 4,0 ГГц в Intel Core i7-8086K с дополнительным ускорением на 1,0 ГГц.

Таким образом, современный процессор может работать на частоте 5,0 ГГц при разгоне.

Увеличение частоты или скорости, по сути, является вычислительной или вычислительной мощностью, которая напрямую зависит от электроэнергии, потребляемой ЦП, среди других аппаратных компонентов.

Естественно, чем больше электроэнергии потребляет ЦП, тем выше его тепловыделение и теплоотдача.

Скорость шины ЦП

Вероятно, вы поняли, что все эти характеристики взаимосвязаны и значительно улучшились за последние несколько лет.

Таким образом, тепло, выделяемое процессором, увеличивается.

Возьмем, к примеру, скорость автобуса. Частота шины Intel 8086 составляла 4,77 МГц, тогда как Intel Core i7-8086K имеет колоссальные 2,9 МГц.66 МГц.

Подобно более быстрой обработке или тактовой частоте, более высокая скорость шины также потребляет больше энергии. Таким образом, более быстрый и мощный процессор выделяет больше тепла.

Встроенная графика

Возможно, вы знаете, что процессоры не имели встроенной графики в течение многих лет с момента их создания. Сегодня вам будет сложно найти фирменный процессор без встроенной графики.

Встроенная графика ЦП обычно не выделяет столько тепла, сколько ГП. Однако он может нагревать вещи, способствуя теплопередаче.

Turbo Boost, Hyperthreading или разгон

Большинство доступных процессоров поддерживают Turbo Boost, Hyperthreading или разгон. Эти функции повышают вычислительную или вычислительную скорость процессора.

Таким образом, если вы разгоняете процессор или используете его турбобуст, процессор может нарушить свой TDP и потреблять больше электроэнергии. По сути, ЦП будет выделять больше тепла.

Размер ЦП, радиатора и вентилятора

И последнее, но не менее важное: обратите внимание на размер ЦП.

Интегральная схема или набор микросхем размером 2 дюйма x 2 дюйма (5 см x 5 см) не имеет достаточной площади поверхности для эффективного распределения тепла.

Таким образом, у большинства процессоров есть радиатор для более эффективного отвода тепла, и обычно поблизости есть вентилятор, чтобы все охлаждать.

В хорошо собранном компьютере радиатор и вентилятор должны отводить избыточное тепло от процессора.

Однако запыленный радиатор и вентилятор могут снизить их эффективность и эффективность. Следовательно, у процессора не будет другого выхода, кроме как перегреться.

Сколько тепла выделяют процессоры?

Как правило, ЦП выделяют тепло от 104 °F до 122 °F (от 40 °C до 50 °C) в режиме ожидания. Основываясь на требованиях к обработке и вычислениям в реальном времени, среднее выделяемое тепло увеличивается до 176 ° F (80 ° C). Нагруженный и перегретый ЦП может нагреваться до 212 ° F (100 ° C).

Тепловая мощность ЦП зависит от его производительности обработки в реальном времени и от того, какую нагрузку он должен выдерживать для удовлетворения ваших вычислительных потребностей.

Кроме того, температура окружающей среды значительно влияет на температуру — процессоры охлаждаются намного быстрее зимой, чем летом.

Кроме того, охлаждающий эффект вентиляторов вашего компьютера, особенно вентилятора ЦП, будет определять, насколько горячим будет процессор в любой момент времени.

В редких случаях неисправная материнская плата может повлиять на подачу электроэнергии к различным аппаратным компонентам, таким как вентилятор ЦП.

В этом случае ваш вентилятор процессора может быть в порядке, но он не будет работать должным образом, если не будет потреблять достаточно энергии.

Почему мой процессор сильно нагревается в режиме ожидания?

Ваш ЦП может перегреваться в режиме ожидания, если в фоновом режиме работают ресурсоемкие программы или приложения. Кроме того, ваш компьютер может сильно нагреться, если у вас вышел из строя радиатор или вентилятор.

Как я уверен, вы знаете, скорость вращения компьютерного вентилятора зависит от требуемой степени охлаждения в любой момент.

Вентиляторы, установленные на корпусе настольного компьютера, работают быстрее, когда система горячая, и замедляют работу, когда аппаратные компоненты относительно холодные.

Вентилятор ЦП, напротив, работает постоянно, когда компьютер включен, даже когда система простаивает.

Таким образом, ваш процессор будет сильно нагреваться в режиме ожидания, если вентилятор выйдет из строя или не будет работать с идеальными оборотами в минуту.

Важно убедиться, что кулер правильно установлен, чтобы кулер мог выполнять свою работу.

Если между контактной поверхностью радиатора процессорного кулера и самим процессором есть зазор, перегрев произойдет очень быстро.

Как диагностируется перегрев процессора?

Перегрев ЦП диагностируется приложением. Вы можете попробовать бесплатное программное обеспечение, такое как Core Temp, Real Temp, Speed ​​​​Fan, HWMonitor, HWiNFO, Speccy, CPU Thermometer, Open Hardware Monitor и AIDA64. Затем определите причину и устраните ее, чтобы охладить ЦП.

Одним из практических способов диагностики перегрева ЦП является просмотр действий, предшествующих скачку температуры.

Предположим, ваш процессор слишком горячий, даже если вы закрыли все несистемные процессы. В этом случае виновник, вероятно, связан с оборудованием.

Проблема обычно связана с вентилятором, радиатором, термопастой или материнской платой.

Также следует проверить разгон и индивидуальные настройки вентилятора.

Если вы используете приложения для разгона ЦП и регулирования скорости других вентиляторов, эти индивидуальные изменения могут привести к перегреву или усугубить уже существующую проблему.

Не забудьте сбросить скорость вращения вентилятора до настроек по умолчанию, прежде чем искать аппаратную проблему.

Исправление распространенных проблем с перегревом ЦП

Новейшие ЦП не перегреваются выше своих температурных точек регулирования.

Однако во избежание повреждения ЦП следует эксплуатировать при температурах намного ниже максимальной температуры его теплового перехода. Итак, как исправить перегрев компьютера и помочь ему остыть?

Вот распространенные способы устранения перегрева процессора:

• Очистите радиатор и вентилятор ЦП.
• Повторно нанесите термопасту, если она высохла или изношена.
• Проверьте, все ли вентиляторы работают оптимально.
• Убедитесь, что нет препятствий для вентиляторов.
• Вытрите пыль и грязь изнутри шкафа.
• Не запускайте слишком много программ одновременно.
• Проверьте совместимость процессора, оборудования и программного обеспечения.
• Не разгоняйте процессор, если это вызывает перегрев.
• Используйте приложение для контроля температуры процессора.
• Добавьте вентилятор, если у вас есть свободное место в шкафу.

У вас может быть неисправная материнская плата, но такая аппаратная проблема должна затронуть больше компонентов, чем только ЦП.

Также у вас может быть неисправный ЦП, который подлежит замене по гарантии.

Вы должны обратиться к техническому специалисту или купить новый ЦП, если гарантия больше не действует.

Процессоры являются одними из самых надежных аппаратных компонентов компьютеров.

Однако, как и все части, ЦП может выйти из строя. Если ни одно из этих исправлений не помогло, возможно, вам придется заменить ЦП.

Также не позволяйте процессору постоянно выделять слишком много тепла.