Apakah komputer mempercepat pada suhu yang lebih tinggi?

Pada suhu yang lebih tinggi, apakah komputer akan lebih cepat? Jelas, orang selalu ingin mendinginkan komputer karena suhu yang lebih tinggi dapat merusak komponen inti.

Namun, apakah ini merupakan interaksi antara silikon, yang pada suhu yang lebih tinggi akan melepaskan lebih banyak elektron dan ketahanan komponen logam yang akan meningkat seperti suhu? Atau ini dapat diabaikan dalam hal kinerja komputer secara keseluruhan?

Mari pecahkan pertanyaan Anda menjadi sub-pertanyaan:

Komputer lebih cepat:

Ukuran paling umum dari "kecepatan" komputer adalah frekuensi jam maksimumnya. Ukuran ini tidak pernah akurat ( mitos Megahertz ), tetapi menjadi sama sekali tidak penting dalam beberapa tahun terakhir setelah prosesor multi-inti menjadi standar. Di komputer saat ini, kinerja tertinggi ditentukan oleh faktor yang jauh lebih kompleks daripada hanya frekuensi clock maksimum (faktor-faktor ini mencakup aspek HW dan SW).

Efek suhu pada frekuensi jam:

Mengatakan itu, kami masih ingin melihat bagaimana suhu mempengaruhi frekuensi jam komputer. Yah, jawabannya adalah bahwa itu tidak memengaruhinya dengan cara apa pun yang cukup besar. Jam untuk komputer (biasanya) berasal dari osilator kristal, yang tidak memanas sama sekali. Ini berarti frekuensi osilator tidak tergantung pada suhu. Sinyal yang dihasilkan oleh osilator dikalikan frekuensinya dengan PLL. Frekuensi output PLL tidak akan dipengaruhi oleh suhu (dengan asumsi mereka dirancang dengan benar), tetapi tingkat kebisingan dalam sinyal clock PLL akan meningkat seiring dengan suhu.

Diskusi di atas mengarah pada kesimpulan berikut: peningkatan suhu tidak akan meningkatkan frekuensi jam (dengan jumlah yang dapat diterima), tetapi dapat menyebabkan kegagalan logis karena meningkatnya kebisingan dalam sinyal jam.

Efek suhu pada frekuensi jam maksimum:

Suhu secara efektif tidak berpengaruh pada frekuensi jam yang ditentukan sebelumnya. Namun, mungkin suhu yang lebih tinggi memungkinkan frekuensi yang lebih tinggi untuk digunakan?

Pertama-tama Anda perlu memahami bahwa komputer modern tidak memiliki kecepatan clock yang didorong hingga batas teknologi. Pertanyaan ini sudah ditanyakan di sini .

Di atas berarti bahwa Anda dapat meningkatkan frekuensi CPU Anda di atas yang ditentukan secara default. Namun, ternyata dalam hal ini suhu adalah faktor pembatas, bukan manfaat. Dua alasan untuk ini:

• Resistansi kabel meningkat dengan suhu
• Tingkat perpindahan listrik meningkat dengan suhu

Faktor pertama mengarah pada kemungkinan kegagalan logis yang lebih tinggi pada suhu tinggi (nilai-nilai logis yang salah digunakan). Faktor kedua mengarah pada kemungkinan kegagalan fisik yang lebih tinggi pada suhu tinggi (seperti kerusakan permanen pada kabel konduktif).

Oleh karena itu, suhu adalah faktor pembatas frekuensi maksimum prosesor. Ini adalah alasan mengapa overclocking prosesor yang paling kasar dilakukan saat prosesor super-cooled.

Pembawa termal tereksitasi dalam silikon:

Saya percaya bahwa Anda dituntun ke kesimpulan yang salah oleh pemikiran bahwa resistivitas silikon berkurang dengan suhu. Bukan itu masalahnya.

$\geq 10^{16}cm^{-3}$

Selain itu, mobilitas pembawa bebas cenderung menurun dengan suhu; Oleh karena itu, alih-alih peningkatan konduktivitas silikon, Anda mungkin akan mengamati penurunan yang akan mengarah pada kemungkinan kegagalan logis yang lebih tinggi.

Kesimpulan:

Suhu adalah faktor pembatas utama kecepatan komputer.

Temperatur prosesor yang lebih tinggi juga menyebabkan tingkat Pemanasan Global yang lebih tinggi, yang sangat buruk.

Topik lanjutan untuk pembaca yang tertarik:

Jawaban di atas, setahu saya, sepenuhnya benar untuk teknologi hingga 32nm. Namun, gambar mungkin berbeda untuk teknologi finFET 22nm Intel (saya tidak menemukan referensi untuk proses terbaru ini di web), dan itu pasti akan berubah ketika teknologi proses terus menurun.

Pendekatan yang biasa digunakan untuk membandingkan "kecepatan" transistor yang diimplementasikan menggunakan teknologi yang berbeda adalah untuk menandai keterlambatan propagasi dari inverter ukuran minimal. Karena parameter ini tergantung pada sirkuit penggerak dan beban inverter itu sendiri, penundaan dihitung ketika beberapa inverter terhubung dalam loop tertutup membentuk Ring Oscillator .

Jika penundaan propagasi meningkat dengan suhu (logika lebih lambat), perangkat dikatakan beroperasi dalam Rezim Ketergantungan Suhu Normal. Namun, tergantung pada kondisi operasi perangkat, penundaan propagasi dapat berkurang dengan suhu (logika lebih cepat), dalam hal ini perangkat dikatakan beroperasi dalam Rezim Ketergantungan Suhu Terbalik.

Bahkan gambaran paling mendasar dari faktor-faktor yang terlibat dalam transisi dari rezim suhu Normal ke Reverse berada di luar cakupan jawaban umum, dan membutuhkan pengetahuan yang cukup mendalam tentang fisika semikonduktor. Artikel ini adalah gambaran paling sederhana namun lengkap dari faktor-faktor ini.

Intinya dari artikel di atas (dan referensi lain yang saya temukan di web) adalah bahwa ketergantungan suhu terbalik tidak boleh diamati dalam teknologi yang saat ini digunakan (kecuali, mungkin, untuk finFET 22nm, yang saya tidak menemukan data).

Jawabannya adalah tidak.

Terutama karena komputer adalah sirkuit clock. Jika CPU, atau seluruh komputer, berada pada suhu yang lebih tinggi, sirkuit jam tidak akan berjalan lebih cepat. Dengan demikian jumlah MIPS atau FLOPS adalah sama, terlepas dari suhu.

Tetapi , seperti yang terlihat dalam komentar pertanyaan Anda, suhu bisa berpengaruh pada laju jam maksimum yang didukung CPU Anda.

Komputer berjalan secepat Anda melihatnya. Oleh karena itu, memanaskan komputer tanpa melakukan hal lain yang berbeda tidak akan mempengaruhi daya komputasi hingga dipanaskan sejauh itu rusak dan daya komputasi mencapai 0.

Menjalankan komputer menggunakan daya listrik, yang hilang di komputer sebagai panas. Jumlah daya listrik yang digunakan sebagian sebanding dengan kecepatan clock. Ini berarti bahwa semakin panas komputer Anda, semakin lambat Anda harus mencatatnya agar tidak mencapai titik kritis di mana ia tidak lagi berfungsi dan mungkin rusak secara permanen.

Inilah sebabnya mengapa comuputer berperforma tinggi memiliki sensor suhu. Sirkuit eksternal mengunci komputer secepat mungkin, tetapi tidak melebihi suhu pengoperasian maksimum. Oleh karena itu memanaskan salah satu unit ini berkurang daya komputasi karena sirkuit manajemen termal akan membuat komputer lebih lambat karena daya listrik yang lebih kecil diperbolehkan sebelum mencapai suhu operasi maksimum.

Saya ingat melihat iklan dari Intel tentang ini. Mereka memamerkan bahwa prosesor mereka memiliki sensor pengindraan suhu dan sirkuit penyesuaian jam bawaan. Mereka menunjukkan dua komputer, satu dengan chip mereka dan satu dengan pesaing, menjalankan program yang sama dengan kecepatan yang sama. Kemudian mereka mengambil pendingin dari kedua prosesor. Yang dengan sirkuit manajemen termal internal melambat. Yang lain terus berjalan untuk sementara waktu, lalu berhenti sepenuhnya ketika terlalu panas.

Jenis utama dari elemen switching dalam komputer biasa adalah transistor efek medan semikonduktor oksida logam. Perangkat seperti itu kurang efektif untuk melewatkan arus saat panas daripada saat dingin. Meskipun ada beberapa situasi di mana perilaku seperti itu bisa menjadi hal yang baik (misalnya itu meningkatkan kemampuan berbagi beban MOSFET daya), itu juga berarti bahwa fungsi logika yang diimplementasikan dengan MOSFET akan membutuhkan waktu lebih lama untuk beralih pada suhu yang lebih tinggi. Karena operasi komputer yang andal mengharuskan semua sirkuit yang seharusnya beralih dalam siklus tertentu berhasil melakukannya sebelum siklus berikutnya tiba, komputer umumnya tidak dapat beroperasi secepat pada suhu tinggi seperti pada suhu lambat.

Selain itu, jumlah panas yang dihasilkan oleh komputer yang menggunakan logika komplementer-MOSFET sebagian besar sebanding dengan kecepatan aktualnya. Untuk mencegah kerusakan karena panas berlebih, sejumlah prosesor memiliki sirkuit yang akan memperlambatnya secara otomatis jika suhu melebihi batas tertentu. Ini tentu saja akan sangat mengurangi kinerja aplikasi, tetapi memiliki aplikasi memperlambat mungkin lebih baik daripada prosesor sepenuhnya menghentikan operasi baik sementara atau permanen.