Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Напряжение ядра процессора (VCORE) — это напряжение питания, подаваемое на процессорные ядра центрального процессора (CPU), графического процессора (GPU) или любого другого устройства, оснащенного процессорным ядром. Количество энергии, потребляемое процессором, а следовательно, и количество выделяемого им тепла, определяется произведением этого напряжения на потребляемый им ток. В современных процессорах, построенных на CMOS-технологии, ток почти пропорционален тактовой частоте, при этом процессор потребляет незначительный ток между тактовыми циклами. (Однако следует учитывать подпороговую утечку.)
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.)
Экономия энергии и тактовый режим
Для экономии энергии и управления тепловыделением многие процессоры для ноутбуков и настольных компьютеров имеют функцию управления питанием, которую программное обеспечение (обычно операционная система) может использовать для динамической регулировки тактовой частоты и напряжения ядра. Часто модуль стабилизатора напряжения преобразует напряжение от 5 В или 12 В или другого уровня до требуемого напряжения ядра процессора. Наблюдается тенденция к снижению напряжения ядра, что способствует экономии энергии. Это создает проблему для разработчика CMOS-схем, поскольку в CMOS напряжения изменяются только относительно земли, а напряжение питания, исток, затвор и сток полевого транзистора (FET) имеют только напряжение питания или нулевое напряжение. Формула для MOSFET гласит, что ток, обеспечиваемый FET, пропорционален напряжению между затвором и истоком, уменьшенному на пороговое напряжение, которое зависит от геометрической формы канала и затвора FET, а также от их физических свойств, особенно ёмкости. Для уменьшения порогового напряжения (необходимого для снижения напряжения питания и увеличения тока) необходимо увеличивать ёмкость. Однако нагрузкой является затвор другого FET, поэтому требуемый ток пропорционален ёмкости, что требует от разработчика поддерживать ёмкость на низком уровне. Таким образом, тенденция к снижению напряжения питания противоречит цели достижения высокой тактовой частоты. Одновременно улучшить оба параметра позволяют только усовершенствования в фотолитографии и снижение порогового напряжения. Стоит отметить, что вышеуказанная формула справедлива для MOSFET с длинным каналом. С уменьшением площади MOSFET вдвое каждые 18–24 месяца (закон Мура) расстояние между двумя выводами MOSFET, называемое длиной канала, становится все меньше. Это изменяет взаимосвязь между напряжениями на выводах и током. Разгон процессора увеличивает его тактовую частоту за счет стабильности системы. Для обеспечения работы на более высоких тактовых частотах часто требуется повышенное напряжение ядра, что приводит к увеличению энергопотребления и тепловыделения. Это называется "овервольтингом". Овервольтинг обычно подразумевает работу процессора за пределами его спецификаций, что может привести к его повреждению или сокращению срока службы.
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.
Двухвольтный процессор
Двухвольтный процессор использует схему с разделенными шинами питания, позволяющую ядру процессора работать с более низким напряжением, в то время как внешние напряжения ввода/вывода (I/O) остаются на уровне 3,3 вольт для обеспечения обратной совместимости. Одновольтный процессор использует единое напряжение питания для всего чипа, обеспечивая питание как для ввода/вывода, так и для внутренних компонентов. Все процессоры, выпущенные до Pentium MMX, были одновольтовыми. Двухвольтные процессоры были внедрены для повышения производительности, поскольку увеличение тактовой частоты и совершенствование технологий изготовления полупроводников приводили к повышенному тепловыделению и проблемам с электропитанием, особенно в ноутбуках. С помощью регулятора напряжения внешние уровни напряжения ввода/вывода преобразуются в более низкие, что снижает энергопотребление и, как следствие, тепловыделение, позволяя работать на более высоких частотах. VRT – это функция, реализованная в старых процессорах Intel P5 Pentium, обычно предназначенных для мобильных устройств. Она заключается в разделении питания ядра и питания ввода/вывода. Процессор с поддержкой VRT имеет напряжение 3,3 В для ввода/вывода и 2,9 В для ядра, что позволяет экономить энергию по сравнению с обычным процессором Pentium, в котором и для ввода/вывода, и для ядра используется напряжение 3,3 В. Все процессоры Pentium MMX и более поздние модели перешли на использование этой схемы питания с разделенными шинами.
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.