Watt akan lebih rendah pada frekuensi operasi yang lebih rendah.
Pada tegangan inti yang sama energi total akan lebih tinggi pada frekuensi clock yang lebih rendah.
Tetapi jika tegangan inti disesuaikan ke bawah dengan frekuensi maka energi total mungkin lebih sedikit.
Untuk algoritma yang menghabiskan sebagian besar waktu mereka menunggu operasi I / O, waktu eksekusi akan mendekati konstan terlepas dari frekuensi clock inti. Oleh karena itu total energi yang diperlukan untuk perhitungan akan naik sebanding dengan frekuensi clock.
Konsumsi daya CPU terdiri dari dua bagian.
1) Gambar arus statis (I_static). Untuk beberapa tegangan dan suhu suplai tertentu, penarikan arus ini konstan terlepas dari apa yang dilakukan CPU.
CPU yang dibuat menggunakan teknologi CMOS terdiri dari ribuan atau jutaan transistor MOSFET. Penarikan arus statis terutama disebabkan oleh gabungan arus bocor dari jutaan transistor MOSFET.
Gambar arus statis biasanya meningkat dengan meningkatnya tegangan suplai.
Gambar arus statis biasanya meningkat dengan meningkatnya suhu CPU.
Undian arus statis untuk banyak perangkat jauh lebih kecil daripada undian arus dinamis.
2) Gambar arus dinamis. Untuk prosesor yang dibangun menggunakan proses CMOS, arus dinamis terjadi ketika transistor beralih antara kondisi on / off.
Untuk tegangan suplai yang ditentukan, gambar arus dinamis biasanya berbanding lurus dengan frekuensi.
Draw arus dinamis meningkat dengan meningkatnya tegangan suplai.
Alasannya adalah sebagai berikut. Setiap transistor MOSFET dalam CPU memiliki sejumlah kapasitansi yang terkait dengannya. Setiap kali MOSFET beralih; biaya Q = C * V diperlukan untuk mengisi / melepaskan kapasitansi itu.
Undian arus dinamis untuk setiap transistor adalah I_dynamic = C * V * f.
Terlepas dari frekuensi berapakah instruksi dieksekusi, serangkaian operasi tertentu pada CPU tertentu (dengan asumsi perilaku yang identik dari cache, dan memori) mengkonsumsi sejumlah total muatan (Q_program) karena penarikan arus dinamis, terlepas dari frekuensi bahwa instruksi dieksekusi pada.
Tetapi jika instruksi dieksekusi lebih lambat maka total muatan akibat arus statis akan lebih tinggi karena lebih banyak waktu telah berlalu.
Secara matematis orang bisa menulis ...
W = (I_dynamic + I_static) * V_supply
E = W * waktu = Q_program * V_supply + I_static * V_supply * waktu
Kita dapat melihat bahwa ketika frekuensi clock mendekati 0 watt akan mendekati nilai tetap, tetapi energi yang diperlukan untuk menghitung program mendekati tak terbatas.
Jadi jika (berdasarkan kapasitansi dari transistor CPU) Q_program diperbaiki untuk tegangan suplai tertentu dan serangkaian operasi, bagaimana CPU modern menghemat daya dengan menurunkan frekuensi clock mereka? Jawabannya adalah bahwa sebagian besar CPU modern termasuk onboard (atau dalam chip pendamping) pengatur tegangan inti yang dapat disesuaikan. Ketika mereka menurunkan frekuensi clock mereka, mereka juga dapat menurunkan tegangan inti mereka. Q_program (dan E_program) kemudian turun secara proporsional dengan tegangan suplai.
Perhatikan bahwa CPU tidak dapat menggunakan tegangan yang lebih rendah pada frekuensi yang lebih tinggi karena pada tegangan yang lebih rendah waktu switching transistor meningkat.
Watt sebanding dengan tegangan (kuadrat) dan arus yang mengalir. Jadi jika tegangan turun bersamaan dengan frekuensi maka watt turun dengan kubus frekuensi.