Процессорлық ядроның вольтажы: қағидалары мен тенденциялары
CPU core voltage
Процессордың VCORE кернеуі – CPU, GPU немесе өңдеу ядросы бар кез келген құрылғыға берілетін қуат көзі. Жылуды басқару және қуатты үнемдеу үшін динамикалық реттеу мүмкіндігі бар.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
CPU өзек кернеуі (VCORE) – CPU (цифрлық схема), GPU немесе өңдеу өзегі бар кез келген құрылғының өңдеу өзектеріне жеткізілетін қуат көзінің кернеуі. CPU қолданатын қуат мөлшері, демек, бөліп шығаратын жылу мөлшері, осы кернеу мен оның тартатын токтың көбейтіндісімен анықталады. Қазіргі заманғы CPU-лар, CMOS схемалары болатындықтан, ток сағат жылдамдығына пропорционал, ал CPU сағат циклдері арасында дерлік ешқандай ток тартпайды. (Дегенмен, төменгі шектік ағымды қараңыз.)
The CPU core voltage (VCORE) is the power supply voltage supplied to the processing cores of CPU (which is a digital circuit), GPU, or any other device with a processing core. The amount of power a CPU uses, and thus the amount of heat it dissipates, is the product of this voltage and the current it draws. In modern CPUs, which are CMOS circuits, the current is almost proportional to the clock speed, the CPU drawing almost no current between clock cycles. (See, however, subthreshold leakage.)
Энергия үнемдеу және сағаттық жылдамдық
Қуатты үнемдеу және жылуды басқару үшін көптеген ноутбуктер мен стационарлық процессорларда қуатты басқару мүмкіндігі бар, оны бағдарламалық жасақтама (әдетте операциялық жүйе) сағат жылдамдығы мен процессорлық ядроның кернеуін динамикалық түрде реттеу үшін пайдалана алады. Көбінесе кернеуді реттегіш модуль 5В немесе 12В немесе басқа кернеуді процессорға қажетті процессорлық ядроның кернеуіне түрлендіреді. Бұл энергияны үнемдейтін төменгі кернеуді қамтамасыз етеді. Бұл CMOS дизайнері үшін қиындық тудырады, себебі CMOS-та кернеулер тек жерге немесе қуат көзіне жетеді, ал FET-тің (полевой эффекті транзистор) көзі, қақпасы және дренажы тек қуат көзінің кернеуіне немесе нөлдік кернеуге ие. MOSFET формуласы: FET арқылы берілетін ток, FET арнасы мен қақпасының геометриялық пішініне және олардың физикалық қасиеттеріне, әсіресе сыйымдылығына байланысты болатын шекті кернеумен азайтылған қақпа-көз кернеуіне пропорционалды екенін көрсетеді. Қуат көзін азайту және токты арттыру үшін сыйымдылықты арттыру қажет. Дегенмен, жүктеме басқа FET-тің қақпасы болып табылады, сондықтан оған қажетті ток сыйымдылыққа пропорционалды, демек, дизайнер сыйымдылықты төмен ұстауға тиіс. Сондықтан, қуат көзін төмендетуге бағытталған тенденция жоғары сағат жылдамдығының мақсатына қайшы келеді. Осы екі жақсартуға бірдей қол жеткізу үшін тек фотолитографияны жетілдіру және шекті кернеуді азайту қажет. Басқа бір мәселе, жоғарыда көрсетілген формула ұзын арналы MOSFET-терге арналған. Мур заңына сәйкес, MOSFET-тің ауданы әр 18-24 ай сайын екі есеге азаяды, сондықтан MOSFET коммутаторының екі терминалы арасындағы қашықтық, яғни арна ұзындығы, үнемі кішірейіп барады. Бұл терминалдар арасындағы кернеу мен ток арасындағы қатынасты өзгертеді. Процессорды күшейту (overclocking) жүйелік тұрақтылыққа зиян келтіре отырып, оның сағат жылдамдығын арттырады. Жоғары сағат жылдамдықтарына төтеп беру үшін көбінесе қуат тұтыну мен жылуды тарату есебінен жоғары процессорлық ядроның кернеуі қажет. Бұл "күшейтілген кернеу" (overvolting) деп аталады. Күшейтілген кернеу көбінесе процессорды оның техникалық сипаттамаларынан тыс іске қосуды білдіреді, бұл оның зақымдануына немесе процессордың қызмет ету мерзімін қысқартуына әкелуі мүмкін.
To conserve power and manage heat, many laptop and desktop processors have a power management feature that software (usually the operating system) can use to adjust the clock speed and core voltage dynamically. Often a voltage regulator module converts from 5V or 12 V or some other voltage to whatever CPU core voltage is required by the CPU. The trend is towards lower core voltages, which conserve power. This presents the CMOS designer with a challenge, because in CMOS the voltages go only to ground and the supply voltage, the source, gate, and drain terminals of the FETs have only the supply voltage or zero voltage across them. The MOSFET formula: says that the current supplied by the FET is proportional to the gate source voltage reduced by a threshold voltage , which depends on the geometrical shape of the FET's channel and gate and their physical properties, especially capacitance. To reduce (necessary to reduce supply voltage and increase current) one must increase capacitance. However, the load being driven is another FET gate, so the current it requires is proportional to capacitance, which thus requires the designer to keep capacitance low. The trend towards lower supply voltage therefore works against the goal of high clock speed. Only improvements in photolithography and reduction in threshold voltage allow both to improve at once. On another note, the formula shown above is for long channel MOSFETs. With the area of the MOSFETs halving every 18 24 months (Moore's law) the distance between the two terminals of the MOSFET switch called the channel length is becoming smaller and smaller. This changes the nature of the relationship between terminal voltages and current. Overclocking a processor increases its clock speed at the cost of system stability. Withstanding higher clock speeds often requires higher core voltage at the cost of power consumption and heat dissipation. This is called "overvolting". Overvolting generally involves running a processor out of its specifications, which may damage it or shorten CPU life.
Екі кернеулі CPU
Екі кернеулі CPU процессордың негізгі бөлігі төмен кернеуді пайдалана алуы үшін екі рельстік дизайнды қолданады, ал сыртқы Кіріс/Шығыс (I/O) кернеулері кері үйлесімділік үшін 3,3 вольтты қалпына келтіреді. Бір кернеулі CPU чиптің барлық бөлігінде бір қуат кернеуін қолданады, I/O және ішкі қуатты қамтамасыз етеді. Pentium MMX-тен бұрынғы барлық процессорлар бір кернеулі процессорлар болып табылады. Екі кернеулі CPU-лар өнімділікті арттыру үшін енгізілді, себебі сағат жылдамдықтарының және жартылай өткізгіштік технологияның дамуы артық жылу шығынына және қуатпен қамтамасыз ету мәселелеріне, әсіресе ноутбуктерде, әкелді. Кернеуді реттегіш арқылы сыртқы I/O кернеу деңгейлері қуатты азайту үшін төмендетілді, бұл жоғары жиілікте жұмыс істеуге мүмкіндік беретін жылуды азайтты. VRT – бұл көбінесе мобильдік құрылғыларда қолданылатын ескі Intel P5 Pentium процессорларындағы мүмкіндік. Ол негізгі кернеуді I/O кернеуінен бөлуді білдіреді. VRT процессорында 3,3 В I/O және 2,9 В негізгі кернеуі бар, бұл 3,3 В I/O және негізгі кернеуі бар стандартты Pentium процессорымен салыстырғанда қуатты үнемдеуге мүмкіндік береді. Барлық Pentium MMX және одан кейінгі процессорлар осы split rail қуат жүйесін қабылдады.
A dual voltage CPU uses a split rail design so the processor core can use a lower voltage, while the external Input/Output (I/O) voltages remain at 3.3 volts for backwards compatibility. A single voltage CPU uses a single power voltage throughout the chip, supplying both I/O power and internal power. All CPUs before the Pentium MMX are single voltage CPUs. Dual voltage CPUs were introduced for performance gain when increasing clock speeds and finer semiconductor fabrication processes caused excess heat generation and power supply concerns, especially regarding laptop computers. Using a voltage regulator, the external I/O voltage levels were transformed to lower voltages to reduce power draw, resulting in less heat for the ability to operate at higher frequencies. VRT is a feature on older Intel P5 Pentium processors that are typically intended for use in a mobile environment. It refers to splitting the core voltage supply from the I/O voltage. A VRT processor has a 3.3 V I/O and 2.9 V core voltage, to save power compared to a typical Pentium processor with both I/O and core voltage at 3.3V. All Pentium MMX and later processors adopted this so called split rail power supply.