Voir la version complète : Baisser le voltage du CPU fait baisser la température !
en dehors que j'ai appliqué cette solution sur mon vieil athlon MP et que ça a bien fait chuter la température de 2/3 °
U = R * I (u = voltage, R = résistance, I = intensité)
la résistance est constante, donc si on baisse le voltage on baisse forcément l'intensité
donc que la température soit liée à l'intensité, elle est forcément liée au voltage
Je n'aurais pas cru qu'une baisse du voltage baisser la température :ouch:
Minuteman
13/05/2005, 21h39
Ca me semble assez logique ;) En fait la bonne équation serait plutot P = U*I ou P = U^2/R puisque la chaleur dégagée est une puissance calorifique. C'est le principe même de toute technologie comme le SpeedStep ou le Cool&Quiet.
PeGGaaSuSS
13/05/2005, 21h42
Bah si, puisque quand tu l'augmente (le voltage) la temperature grimpe.
Quand je faisais de l'élec on m'a dit :
- L'ampérage fait grimper la température du conducteur
- L'ampérage diminue ou augmente selon la puissance requise et le voltage.
Donc si on baisse le voltage, on a besoin de plus d'ampérage ? donc plus de chaleur..
On m'aurait menti ? :D
Minuteman
13/05/2005, 22h06
C'est vrai si tu veux la même puissance dissipée au final. Dans le cas d'un processeur on veut justement la diminuer. Tout n'est qu'une question de point de vue :)
Justement, ce n'est pas la puissance qui diminue la température (confusion Dissipation en W et Puissance en W) mais l'ampérage. Ceci dit, j'attend confirmation d'un expert.
Si tu as une resistance de 5W sous 5V et 1A elle chauffera autant qu'une de 5W sous 1V et 5A.
Mais dans ce cas, les ligne 400.000 volt serait un volcan non ? :D
Pfu la je sais pas mais j'imagine que le courant est tres faible (donc puissance raisonnable) pour perdre le moins de puissance possible...
Ou peut-etre alternatif....
Pour ce qui est des CPUS voila comment je vois les choses : (ca n'engage que moi et c'est une vision simplifiée)
Un CPU a des transitors et des connexions qui ont une certaine resistance qui reste la meme quelle que soit le voltage ou le courant. C'est cette resistance qui fait chauffer le CPU. Comme p=u*i ou p=u*u/r si la tension baisse la puissance thermique(perte calorifique) degagée diminue aussi et ce avec le carré de la tension.
petit rappel une puissance correspond a une production d'energie par unite de temps.
Si ca peut t'aider.
yoshi133
13/05/2005, 22h49
jihef, d'un coté t'as raison, puisqu'une résistance dissipe toute la puissance qu'elle consomme (c'est pour ca qu'elle est faite)
Par contre ca n'est pas forcément vrai dans le cas d'autre composants.
par exemple un transistor la puissance consommée n'est pas égale à la puissance dissipée, c'est la qu'intervient le rendement:
Pconsommée= Pdissipée + Putile
Pour une résistance, la puisance utile est nulle (ca fait rien, une résistance)
Mais ce n'est pas le cas du transistor ou des autres composants. La puissance utile est bien supérieure à la puissance dissipée (le rendement est de l'ordre de 90% je crois)
le fait de diminuer la tension permet de diminuer la puissance consommée, donc par le biais du rendement, de diminuer la puissance utile ET la puissance dissipée.
donc - de puissance dissipée = chauffe moins
par contre en mme temps, - de puissance utile, donc y a des chances qu'on ne fournisse pas assez d'énergie au composant pour fonctionner. En fait baisser le voltage permet de grapiller sur la marge de fonctionnement du composant
Dans le cas d'un transistor, si on baisse la tension, on diminue l'écart de potentiel entre les 2 poles, et si l'écart n'est pas assez élevé, les éléctrons peuvent passer d'un pole à l'autre. le transistor se bloque alors à l'état passant et donc ne sert plus à rien.
voila je crois pas avoir dis trop de betise, corrigez moi si je me trompe.
Je suis d'accord mais moi c'était juste une vision simpliste qui me permet d'appréhender l'équilibre thermique des CPU.
(jolie phrase :D )
Donc baisser le voltage ferait baisser la température ? Mais est-ce vraiment perceptible ? (genre baisser de 0.025v)
Donc cela est du au fait que les résistances sont fixe ?
Il ne faut pas voir les choses comme ca au niveau baosse de tension.
Passer de 1.4 a 1.375 ca fait un facteur de 1.375*1.375/1.4*1.4=0.964 soit 3.5% de baisse de conso pour une baisse de tension de 1.8% ce n'est pas lineraire.
Cetres c'est peu mais je te laisse imaginer avec d'autres baisses de tension.
Sinon je penses que la "résistance" du CPU ne varie pas.
>L'ampérage fait grimper la température du conducteur
Oui, P = U.I = R.I² (U = R.I)
>L'ampérage diminue ou augmente selon la puissance requise et le voltage.
Il n'y pas vraiment de puissance requise mais plutot de la puissance consommée, égale à Z.i², avec Z l'impédance de ton recepteur (R: résistance, partie réelle, jLw: self/bobine (L: inductance) et 1/(jCw): condensateur (C: capacité), partie imaginaire (j de l'électronicien = i du mathématicien) avec w = 2.pi.f, f la fréquence de ta sinusoïde.
>ce n'est pas la puissance qui diminue la température (confusion Dissipation en W et Puissance en W) mais l'ampérage
Dans le cas de recepteurs électroniques, toute la puissance est dissipée essentiellement sous forme de chaleur (et un peu de champ électromagnétique).
La puissance est alors fonction de l'intensité et de l'impédance.
>les ligne 400.000 volt serait un volcan non
La resistance d'un cable / fil est très faible.
>Pfu la je sais pas mais j'imagine que le courant est tres faible
Pareil, U = R.I, donc si U est très grand et que R est très faible, I est encore plus grand que U.
>Un CPU a des transitors et des connexions qui ont une certaine resistance qui reste la meme quelle que soit le voltage ou le courant. C'est cette resistance qui fait chauffer le CPU. Comme p=u*i ou p=u*u/r si la tension baisse la puissance thermique(perte calorifique) degagée diminue aussi et ce avec le carré de la tension.
Oui
>Mais ce n'est pas le cas du transistor ou des autres composants. La puissance utile est bien supérieure à la puissance dissipée (le rendement est de l'ordre de 90% je crois)
Non, comme pour les autres recepteurs électroniques, la puissance électrique est convertie essentiellement en puissance calorifique.
Le transistor est une résistance en série avec une diode commandable.
Ce que tu dis est vrai pour les moteurs électriques par exemple.
PCi_David_L
14/05/2005, 11h53
ca me rapelle mes cours de physique appliquée :ouin:
ca me rapelle mes cours de physique appliquée :ouin:
Ah ouais c'était trop bien !!! :lol:
PCi_David_L
14/05/2005, 12h59
A quand un article qui analyse l'influence des harmoniques sur la pollution d'un réseau par les différentes alimentations du marché :evil:
:lol:
Edit : D'ailleurs dans qu'elle mesure y'a-t-il des courants harmoniques au sein d'un micro-processeur :whistle: et qui est le plus pollué, Intel ou AMD ? :D
(Le 1er qui parle de tension continue je le frappe :gun: :twisted: )
Minuteman
14/05/2005, 13h14
Mais dans ce cas, les ligne 400.000 volt serait un volcan non ?
Question intéressante, pourquoi transporter le courant à 400000V au lieu de directement le passer en 230V?
Pour répondre à ça il faut s'intéresser à la notion de rendement d'une ligne. On sait qu'un rendement c'est un rapport sans unité entre ce qui sort et ce qui entre.
On sait aussi que la perte de puissance dans un conducteur sous forme de chaleur (dans un cas idéal) se calcule avec P=R*I^2.
Pour clarifier les choses, posons:
Puissance d'entrée P1 = U1*I
Puissance en bout de ligne P2 = U2*I
Puissance perdue dans le câble sous forme de chaleur P3 = R*I^2
Comme tout ce qui entre doit sortir, P1 = P2 + P3 ou encore U1*I = U2*I + R*I^2 ou encore "la puissance d'entrée est égale à la puissance de sortie + les pertes".
En faisant un peu de mathématiques on obtient finalement la relation du rendement:
1
n = ----------
1 + (R*P2)
------
U2^2
Ce qu'il faut voir c'est que plus la tension U2 est grande, plus le rendement se rapprochera de 1 (100%). C'est pour ça qu'on utilise la haute tension.
Pour avoir une idée concrète de ce que ça représente en pratique on arrive à un rendement de l'ordre de 99.7% sous 65kV et de 0.03% sous 230V...concrètement si on voulait transmettre une énergie de 1000J d'un point à un autre on en aurait 3 qui arriveraient à bon port en basse tension et les 997 autres qui seraient dissipés sous forme de chaleur dans le conducteur.
Le conducteur aurait cramé/fondu avant.
Les sur-intensité, j'en ai vue dans des magasins (le directeur qui ne veut pas augmenter son contrat EDF et qui tire sur les clims et banque/chambre négative) le câble est si chaud que tu ne le touche pas, bonjour la surconsommation..
Par contre, je n'ai jamais pensé à poser la question à mon père, mais le voltage à bien des inconvéniant non ? C'est les interférances ? (genre on passe sous une ligne HT avec sa bagnole et on a plus la radio)
Minuteman
14/05/2005, 13h43
Le désavantage c'est que tu dois éloigner les lignes des unes des autres autrement les électrons ont légèrement tendance à sauter un peu partout et faire des arcs électriques :D
Le désavantage c'est que tu dois éloigner les lignes des unes des autres autrement les électrons ont légèrement tendance à sauter un peu partout et faire des arcs électriques :D
Font un peu chier quoi !
PCi_David_L
14/05/2005, 14h33
Le conducteur aurait cramé/fondu avant.
Les sur-intensité, j'en ai vue dans des magasins (le directeur qui ne veut pas augmenter son contrat EDF et qui tire sur les clims et banque/chambre négative) le câble est si chaud que tu ne le touche pas, bonjour la surconsommation..
Par contre, je n'ai jamais pensé à poser la question à mon père, mais le voltage à bien des inconvéniant non ? C'est les interférances ? (genre on passe sous une ligne HT avec sa bagnole et on a plus la radio)
Et encore t'as jamais vu un câble de neutre flamber la moitié d'un théâtre parce que le mec qui a dimensionné le câble à oublié qu'un gradateur triphasé dans une certaine position ça créait un courant dans le neutre plutôt énorme (quand je vous dit harmoniques powa :twisted: )
Pour la surintensité si ton câble est bien dimensionné tu te crames pas la patte en le touchant. Bon forcément si tu fais passer 300 A dans un 1.25 mm2... :whistle:
Pour les influences éléctromagnétique, demande a Wolkswagen ce qu'ils pensent des lampadaires publiques qui ouvrent les fenêtres des voitures :lol:
PCi_David_L
14/05/2005, 14h33
Le désavantage c'est que tu dois éloigner les lignes des unes des autres autrement les électrons ont légèrement tendance à sauter un peu partout et faire des arcs électriques :D
Et pourquoi les fils sont pas tendus ? :D (Ca part en questionnaire de cours de Bac +1 là :lol: )
Jerome31
14/05/2005, 14h47
Le désavantage c'est que tu dois éloigner les lignes des unes des autres autrement les électrons ont légèrement tendance à sauter un peu partout et faire des arcs électriques :D
Et pourquoi les fils sont pas tendus ? :D (Ca part en questionnaire de cours de Bac +1 là :lol: )
parcequ'ils ont une certaine masse
donc si tu veux qu'ils ne plient pas faut les tendre fortement ce qui impose des contraintes mécaniques importantes sur les pylones :wink:
Jerome31
14/05/2005, 14h49
en dehors que j'ai appliqué cette solution sur mon vieil athlon MP et que ça a bien fait chuter la température de 2/3 °
U = R * I (u = voltage, R = résistance, I = intensité)
la résistance est constante, donc si on baisse le voltage on baisse forcément l'intensité
donc que la température soit liée à l'intensité, elle est forcément liée au voltage
Je n'aurais pas cru qu'une baisse du voltage baisser la température :ouch:
de manière assez générale pour un transistor mos (comme dans les procs) on a
P = P0 x f x U²
J'ai eu peur
j'ai cru que personne ne savait cette équation élementaire
On est sur x86 ou pas? o.O
en dehors que j'ai appliqué cette solution sur mon vieil athlon MP et que ça a bien fait chuter la température de 2/3 °
U = R * I (u = voltage, R = résistance, I = intensité)
la résistance est constante, donc si on baisse le voltage on baisse forcément l'intensité
donc que la température soit liée à l'intensité, elle est forcément liée au voltage
Je n'aurais pas cru qu'une baisse du voltage baisser la température :ouch:
de manière assez générale pour un transistor mos (comme dans les procs) on a
P = P0 x f x U²
en dehors que j'ai appliqué cette solution sur mon vieil athlon MP et que ça a bien fait chuter la température de 2/3 °
U = R * I (u = voltage, R = résistance, I = intensité)
la résistance est constante, donc si on baisse le voltage on baisse forcément l'intensité
donc que la température soit liée à l'intensité, elle est forcément liée au voltage
Je n'aurais pas cru qu'une baisse du voltage baisser la température :ouch:
de manière assez générale pour un transistor mos (comme dans les procs) on a
P = P0 x f x U²
Moi je la connais pas. Explication please.
Minuteman
14/05/2005, 20h23
Idem...c'est de loin pas élémentaire.
Je ne suis pas très formule non plus, plutôt applicatif.
J'ai eu peur
j'ai cru que personne ne savait cette équation élementaire
On est sur x86 ou pas? o.O
en dehors que j'ai appliqué cette solution sur mon vieil athlon MP et que ça a bien fait chuter la température de 2/3 °
U = R * I (u = voltage, R = résistance, I = intensité)
la résistance est constante, donc si on baisse le voltage on baisse forcément l'intensité
donc que la température soit liée à l'intensité, elle est forcément liée au voltage
Je n'aurais pas cru qu'une baisse du voltage baisser la température :ouch:
de manière assez générale pour un transistor mos (comme dans les procs) on a
P = P0 x f x U²
Je dois être con alors parce que je connais pas non plus ...
johnnyholzeisen
14/05/2005, 21h32
Mon prof d'électronique me l'a dite "en privé" (je lui avais demandé son avis sur la diminution de la finesse de gravure des transistors MOS)
La formule ne se trouve pas dans son cours (350 pages sur l'électronique). Je pense que je la verrai dans le cours de "circuits et systèmes" l'année prochaine.
J'ai eu peur
j'ai cru que personne ne savait cette équation élementaire
On est sur x86 ou pas? o.O
en dehors que j'ai appliqué cette solution sur mon vieil athlon MP et que ça a bien fait chuter la température de 2/3 °
U = R * I (u = voltage, R = résistance, I = intensité)
la résistance est constante, donc si on baisse le voltage on baisse forcément l'intensité
donc que la température soit liée à l'intensité, elle est forcément liée au voltage
Je n'aurais pas cru qu'une baisse du voltage baisser la température :ouch:
de manière assez générale pour un transistor mos (comme dans les procs) on a
P = P0 x f x U²
Je dois être con alors parce que je connais pas non plus ...
Ce n'est pas parce que tu la connais pas que tu es con.
Par contre, parler de U=R.I pour justifier la baisse de température est absurde et idiot.
y'a pas grand chose de plus à expliquer sur cette formule.
A part que la constante, tu peux la calculer en recuperant le datasheet du processeur en question
C'est une formule utilisée par les o/ceurs pour savoir combien le cpu dégagera de chaleur (en W) une fois overclocké, et donc de savoir si le système de refroidissement sera adapté ;)
Je pensais que sur les forums d'un site qui fait des "higly technical hardware reviews", ct une formule connue.
Preuve que j'avais tort :D
J'ai eu peur
j'ai cru que personne ne savait cette équation élementaire
On est sur x86 ou pas? o.O
en dehors que j'ai appliqué cette solution sur mon vieil athlon MP et que ça a bien fait chuter la température de 2/3 °
U = R * I (u = voltage, R = résistance, I = intensité)
la résistance est constante, donc si on baisse le voltage on baisse forcément l'intensité
donc que la température soit liée à l'intensité, elle est forcément liée au voltage
Je n'aurais pas cru qu'une baisse du voltage baisser la température :ouch:
de manière assez générale pour un transistor mos (comme dans les procs) on a
P = P0 x f x U²
Je dois être con alors parce que je connais pas non plus ...
Ce n'est pas parce que tu la connais pas que tu es con.
Par contre, parler de U=R.I pour justifier la baisse de température est absurde et idiot.
y'a pas grand chose de plus à expliquer sur cette formule.
A part que la constante, tu peux la calculer en recuperant le datasheet du processeur en question
C'est une formule utilisée par les o/ceurs pour savoir combien le cpu dégagera de chaleur (en W) une fois overclocké, et donc de savoir si le système de refroidissement sera adapté ;)
Je pensais que sur les forums d'un site qui fait des "higly technical hardware reviews", ct une formule connue.
Preuve que j'avais tort :D
désolé, en plus d'être jeune et con, je suis inconscient :)
vbussiro
15/05/2005, 12h37
Je vais mettre un peu d'huile sur le feu... pourquoi l'augmentation de fréquence (à voltage identique bien entendu) fait-elle augmenter la température/consommation/dissipation ? (rayez les mentions inutiles)
j'avais lu une formule il y a peu qui permettait d'évaluer la consomation d'un processeur en fonction de son voltage, sa fréquence et d'une variable dépendant du core (qui dépendait du nombre de transistors, de la finesse et du type de gravure, et du packaging). Un peu plus complexe que P=U.I
quelqu'un la retrouve ?
Je vais mettre un peu d'huile sur le feu... pourquoi l'augmentation de fréquence (à voltage identique bien entendu) fait-elle augmenter la température/consommation/dissipation ? (rayez les mentions inutiles)
j'avais lu une formule il y a peu qui permettait d'évaluer la consomation d'un processeur en fonction de son voltage, sa fréquence et d'une variable dépendant du core (qui dépendait du nombre de transistors, de la finesse et du type de gravure, et du packaging). Un peu plus complexe que P=U.I
quelqu'un la retrouve ?
Si on prends P = P0*f*(u²) t'as ta réponse, puisque la fréquence F intervient ...
vbussiro
15/05/2005, 12h47
Bon j'ai toujour trouvé ça :
Puissance = Capacitance * Fréquence * Voltage²
vbussiro
15/05/2005, 12h50
Si on prends P = P0*f*(u²) t'as ta réponse, puisque la fréquence F intervient ...
ah ben oui... quelqu'un aurait cette fameuse variable P0 pour quelques processeurs ?
Par contre, parler de U=R.I pour justifier la baisse de température est absurde et idiot.C'est vrai, il aurait fallu parler de I=U/R
R ne dépend que de température avec une influence faible dans les gammes de température "courante"
U diminue, donc I diminue... La puissance thermique dégagée (principalement effet joule, même dans un cpu), vaut P=RI²... R est toujours à peu près constant, et I a diminué...
Toutes ces grandeurs sont "instantanées" à chaque "commutation". Si c'est périodique, il faut faire aussi intervenir le nombre de fois par seconde où il intervient : la fréquence...
Intuitivement, on obtient donc une formule linéaire de f et au ² de U...
Minuteman
15/05/2005, 13h16
Je vais mettre un peu d'huile sur le feu... pourquoi l'augmentation de fréquence (à voltage identique bien entendu) fait-elle augmenter la température/consommation/dissipation ? (rayez les mentions inutiles)
j'avais lu une formule il y a peu qui permettait d'évaluer la consomation d'un processeur en fonction de son voltage, sa fréquence et d'une variable dépendant du core (qui dépendait du nombre de transistors, de la finesse et du type de gravure, et du packaging). Un peu plus complexe que P=U.I
quelqu'un la retrouve ?
C'est dû au fait que tu augmentes le nombre de commutations des transistors pendant la même période de temps, ce qui est la principale source de chaleur dans un processeur. A vue de nez ta "variable dépendant du core" correspond au nombre de transistors de l'ALU ou quelque chose de conceptuellement proche.
Par contre, parler de U=R.I pour justifier la baisse de température est absurde et idiot.
Dire ça prouve que tu ne connais rien à la physique de l'électricité.
C'est la loi d'Ohm qui est plutôt "l'équation élémentaire" en l'occurence, et c'est grâce à elle que ta belle formule existe.
Enfin, c'est même pas sur... Ca m'a même pas l'air d'être une formule, ce P = P0.f.U², le terme à droite n'est pas homogène à une puissance.
Ca doit plus être un modèle qui dit que P varie linéairement en fonction de U² et de f.
y'a pas grand chose de plus à expliquer sur cette formule.
Ben si justement, y a tout à expliquer, d'ailleurs j'aimerai bien que tu nous expliques comment on l'obtient.
Ca devrait pas être bien dur puisqu'elle est "élémentaire"...
Bon j'ai toujour trouvé ça :
Puissance = Capacitance * Fréquence * Voltage²
yep c'est ca :)
et d'ailleurs ca me choque un peu que personne ne connaisse cette formule plutot connue dans le monde de l'electronique :twisted:
la capacitance c'est plus ou moins (plutot moins que plus) la resistivite du transistor.
et on approxime un cpu a pleins de tistors donc reagissant pareil qu'un seul gros.
au final, la tension joue bcp plus sur la conso que la frequence (forcement vu que c'est au carre :D)
et c'est pas pour rien que la tendance actuelle est de diminuer de partout les voltages des composants, idem dans les marches mobiles :p
P = Pactive + Pleakage
Pa = activite * capacitance * frequence * voltage ^2
Pl ~= x*1*cvf^2 avec (30%<x<5%)
ceci est pour l'active power, a cela il faut ajouter le leakage qui suivant le process peut grimper jusqu'a 30% du max power par transistor.
La capacitance est constante pour un processeur donne, l'activite depend de l'application qui tourne.
la capacitance c'est plus ou moins (plutot moins que plus) la resistivite du transistor.
La capacité influe plus sur la rapidité des changements d'état je pense (comme la constante de temps d'un circuit RC), après un transistor MOS possède une résistance pour chacune de ses branches, la plus importante étant celle entre le drain et la source (Rds) puisque c'est celle qui vehicule la puissance,(le courant de commande étant plutot faible à coté).
Une plus grande capacité, en augmentant les temps de changement d'état, et les capacités parasites, va augmenter les courants, et donc la puissance dissipée par effet joule dans Rds, interconnexions et autres.
P = Pactive + Pleakage
Pa = activite * capacitance * frequence * voltage ^2
Pl ~= x*1*cvf^2 avec (30%<x<5%)
ceci est pour l'active power, a cela il faut ajouter le leakage qui suivant le process peut grimper jusqu'a 30% du max power par transistor.
La capacitance est constante pour un processeur donne, l'activite depend de l'application qui tourne.
sauf que on considere (enfin pour les AMD pke intel fait nawak avec ses PMax) que l'activite vaut toujours 1 globalement.
on calcule la capacitance en partant des donnes constructeurs, et apres on peut a peu pres tout calculer (en max bien sur)
Le facteur d'activite est tres loin de 1, en effet il faudrait que tous tes bits s'inversent a chaque cycle dans tout le chip pour que ce soit 1.
1/2 est probablement plus approprie que 1, meme si il y a des regions du processeurs ou cela monte plus haut (et descend plus bas aussi).
Le facteur d'activite est tres loin de 1, en effet il faudrait que tous tes bits s'inversent a chaque cycle dans tout le chip pour que ce soit 1.
1/2 est probablement plus approprie que 1, meme si il y a des regions du processeurs ou cela monte plus haut (et descend plus bas aussi).
l'idee c'est que l'activite ne doit pas aller plus haut que celle donnee lors du full load. en theorie car chez intel ca peut aller au dessus jsutement :/
Jerome31
23/05/2005, 01h35
bon je vais essayer d'expliquer la formule que j'avais donné à la page précédente avec un exemple simple
si on prend un inverseur, après on peut généraliser à des portes NAND ou d'autres qui sont à la base des proc, qu'on peut faire avec deux mos : un 'N' et un 'P'
Vcc
|
--P
| |
in-| ---out
| |
--N
|
gnd
quand on met 'in' à 1 le N conduit mais pas le P donc 'out' vaut 0, et inversement quand 'in' vaut 0
donc en régime permanent l'inverseur ne concomme rien (à part le I²xRds,on des mos qui est de l'ordre du mohm) donc on va dire que ca dissipe quasiment rien
par contre à chaque transition, quand 'in' passe de Vcc à 0 il y a un court instant où les deux mos conduisent, ce qui nous donne un beau court jus avec un courant énorme, mais pendant un très court dt (d'où l'intéret du découplage d'alim)
en intégrant i sur le temps de transition on a une idée de la puissance dissipée. cette courbe a une forme qu'on peut pas faire en ascii art ;-) mais on va dire que c'est un triangle :
___/\__________/\__________/\________ ... à f
___/\____/\____/\____/\____/\________ ... à 2f
cette consommation de transition ne varie pas selon la fréquence, elle est juste due au court jus.
par contre quand on monte en fréquence la somme de tous ces pics sur un temps donné augmente, proportionnellement.
bilan, en overclockant on a plus de chaleur à dissiper ! (quelle grande découverte :D)
pour l'explication du carré de Vcc c'est plus simple :
quelqu'un de très intelligent a dit que U=RxI et P=UxI. en remplacant on a P=U²/R=RxI² et un peu plus haut on a dit qu'on avait un court jus à chaque transition. donc a chaque fois on dissipe une puissance qui est 'liée' au carré de Vcc
[bon là c'est crade parceque ya rien de constant entre R qui est complexe, I et U qui chutent localement etc...mais c'est juste pour donner une idée des grandeurs mises en jeu. pour plus de vérité vous pouvez utiliser des simu comme spice qui excellent dans ce genre de calculs numériques]
j'espère vous avoir un peu éclairés sur P= P0 * f * U², si ce n'est pas le cas posez vos questions. il est tard et j'ai peut etre écrit des betises ;-)
quelqu'un de très intelligent a dit que U=RxI et P=UxI. en remplacant on a P=U²/R=I²/R
C'est à cause de l'heure tardive :
en remplaçant c'est: P = U²/R = R x I².
et
la formule que tu voulais démontrer : P = P0 x f x U²
a mon boulot, on utilise deux regles :
5A/mm² pour l'intensite max a faire passer dans une section de cuivre.
10 mm pour 1000 V, distance d'isolement dans l'air, en dessous comme le disait minuteman tu as des arcs, et donc tu claques tout.
l'inconvenient de la HT, c'est qu'il faut utiliser des transfos pour rabaisser la tension, mais au niveau perte tu y gagnes largement.
accessoirement le diametre du cable utilisée varie enormement aussi (le 5A/mm²), en BT tu as des cables de section enorme, et donc difficile a implanter.
donc dans ton processeur toute la puissance est dissipée. donc si tu diminues I ou U, tu diminues la puissance a dissiper, et donc ton processeur est "plus froid". c'est un gros raccourci mais onv a dire que l'idee est la.
Jerome31
24/05/2005, 20h48
merci yo59 :ouch: je corrige tout de suite !
Mon dieu, mon dieu, mon dieu ... vous faites exprès ou quoi !? Nan, franchement ...
Bordel, c’est la base pourtant ...
On va arrêter le massacre là, hein !! Je ne participe quasiment jamais aux discussions, mais là honnêtement je me sens presque obligé d’intervenir.
Dans tout ce que vous avez dit, il y a un certain nombre de choses correctes mais il y a aussi beaucoup de n’importe quoi !!
Je crois qu’on va tout reprendre depuis le début, hein. Tout d’abord, pour ce qui est de la fameuse formule, effectivement je confirme, c’est la base. Quand on parle de circuits intégrés et de consommation, s’il y a une formule à connaître, c’est bien celle-là.
Avant de revenir précisément sur cette formule, il est nécessaire de resituer le problème dans sa globalité. On parle habituellement de deux types de consommation : statique et dynamique (oui oui je sais, tout le monde est au courant mais je rappelle quand même). Pour une porte logique, la consommation statique correspond à la consommation entre deux changements d’état (on peut également dire que c’est la consommation nécessaire au maintien de l’état actuel de sortie). Les courants de fuite (généralement négligeables) constituent une autre composante de la consommation statique. La consommation dynamique correspond quant à elle à l’énergie nécessaire au changement d’état de sortie de la porte logique.
Ceci posé, on a ensuite cinquante mille technologies de transistors (bipolaire, nmos, cmos, biCmos, etc) réalisables selon cinquante mille procédés de fabrication (type de semi-conducteur utilisé, type de dopant, techniques de réduction des capacités parasites, etc). Actuellement, tous les circuit digitaux (du moins ceux fonctionnant à haute fréquence) sont réalisés en technologie cmos. Pourquoi ? Pour des raisons de consommation !! Utiliser autre chose que du cmos serait absolument impossible, le circuit consommerait infiniment plus (et infiniment plus c’est pas juste cent ou mille fois plus).
Le cmos c’est quoi ? C’est l’assemblage de transistors nmos (transistors à canal n, c’est-à-dire avec électrons comme éléments mobiles) et de transistors pmos (transistors à canal p, avec trous (ou absence d’électrons) comme éléments mobiles). Pourquoi un tel assemblage ? Parce que pour une tension de commande donnée, les deux transistors ne conduisent jamais simultanément. Il n’y a donc JAMAIS de connexion directe entre alim et ground, d’où cette absence de consommation statique. C’est là le grand avantage de la technologie cmos. Une porte logique réalisée en technologie cmos ne consomme QUE lorsque la sortie change d’état. Contrairement par exemple à ce qui se passe en technologie nmos où en plus de la consommation dynamique, il y a une forte consommation statique dans l’un des deux états logiques car un lien direct est établi entre l’alim et le ground. En cmos les tensions de sortie d’une porte sont prises directement sur l’alim ou sur le ground. Voilà en gros pourquoi à propos du cmos (et par opposition aux autres technologies) on ne parle toujours que d’une seule composante dans la consommation : la composante dynamique.
En quoi consiste exactement cette consommation dynamique ? Comme on l’a déjà dit, c’est l’énergie consommée lors d’un changement d’état de sortie des portes logiques. On considère en général un changement d’état comme une simple question de charge et de décharge de capacités. Pour passer de zéro à un, on charge des capacités, pour passer de un à zéro on les décharge. Pour être un minimum plus concret, les capacités dont on parle ici sont les capacités vues par la sortie d’une porte logique (en d’autres termes, la capacité de charge). Ces capacités, c’est notamment les capacités de grille des transistors de la porte logique suivante, les capacités parasites de ces mêmes transistors ainsi que les capacités des interconnexions. A chaque changement d’état on a donc un certain transfert de charges de l’alim vers le ground. Cette charge est donnée par Q=C*V, C étant la capacité à charger et V la tension d’alimentation. Le courant étant par définition un transfert de charges par unité de temps, on a à chaque changement d’état un courant total égal à C*V. En reprenant notre formule P = U*I, on obtient donc, pour chaque changement d’état une consommation de P = C*V^2. Ce qui par extrapolation (en introduisant la fréquence de travail et un facteur d’activité) nous permet de déterminer la consommation totale du circuit : P = a*f*C*V^2. Pour résumer, la consommation d’un circuit intégré n’est donc qu’une simple histoire de charge et de décharge de capacités. Le calcul de cette consommation se résume à l’analyse des transferts de charges, les résistances on s’en fout un peu, c’est pas ça qu’il faut regarder (même si bien évidemment la consommation est due aux éléments résistifs du circuit).
A ce stade, la question qui naturellement s’impose est de savoir comment diminuer cette consommation. Première idée, diminuer la tension d’alimentation et ce d’autant plus qu’elle intervient au carré dans la formule. Il ne faut toutefois pas oublier une chose (apparemment triviale mais peut-être nécessaire de rappeler) : la vitesse de commutation des transistors dépend bien évidemment de la tension d’alimentation. Plus cette tension diminue, plus les délais de transmission des signaux augmentent et donc plus la fréquence maximale possible diminue (en d’autres termes, baisser la tension d’alimentation d’un processeur sans baisser la fréquence, c’est possible dans une certaine marge seulement). Afin de pouvoir diminuer cette tension, on peut par exemple agir au niveau architectural, typiquement par l’introduction d’un pipeline, ce qui nous permet, pour une fréquence fixe donnée, de travailler sur la base de délais plus long, et donc de diminuer la tension d’alimentation. Autre possibilité de réduction de la consommation : réduire le facteur capacitif (typiquement SOI). Corollaire : réduire le facteur résistif, par exemple passage de l’alu au cuivre pour les interconnexions ou strained silicon pour augmenter la mobilité électronique dans les canaux des transistors. Dernière possibilité d’intervention : les facteurs activité et fréquence. Diminuer la fréquence de travail n’a fondamentalement que peu d’intérêt (si une opération donnée nécessite n transitions, qu’on le fasse à la fréquence x ou y ne va rien changer au nombre de transitions nécessaires et donc à la consommation). En général lorsqu’on baisse la fréquence, c’est suite à une réduction de la tension d’alimentation. Pour ce qui est du facteur d’activité, il y a au contraire un intérêt évident à le diminuer. On peut agir par exemple au niveau de la conception des blocs logiques ou a un plus haut niveau en désactivant momentanément les parties de circuit non actives (typiquement, gated clock). Une autre possibilité serait d’intervenir au niveau software, c’est-à-dire programmer dans une optique basse consommation. En d’autres termes, optimiser les routines en programmant au niveau le plus bas possible (mais bon, ça plus personne ne le fait de nos jours). Juste en passant, sauf erreur de ma part, le facteur d’activité réel est en général très proche de zéro, c’est-à-dire quelques pour cent. Pour revenir à un niveau plus global, ce qu’on peut aussi faire dans une analyse de consommation, c’est de regarder comment cette consommation est repartie dans le circuit. Par exemple, l’arbre d’horloge (ou distribution d’horloge, clock tree en anglais) est un élément de consommation majeur (je ne connais pas les chiffres pour les processeurs les plus récents, mais typiquement ça doit probablement faire quelque chose entre dix et trente pour cent de la consommation totale). Dans un tel contexte, la passage d’une conception synchrone à asynchrone (sans horloge, self-timed) permettrait des économies d’énergie substantielles. Ceci dit, bien que présentant de nombreux avantages, les architectures asynchrones ne remplaceront probablement jamais les architectures synchrones (les méthodes de conception sont totalement différentes et un certain nombre de problèmes persistent). Malgré tout, ça fonctionne quand même plus ou moins, par exemple le processeur amulet basé sur une architecture ARM. Une dernière remarque pour terminer : la température est un paramètre très important lorsqu’on parle de semi-conducteurs. Elle intervient donc forcément quelque part dans la consommation. Plus la température est élevée, plus les courants sont faibles (pour une tension de grille donnée). En d’autres termes, une hausse de température engendre une augmentation de la résistance des canaux des transistors et donc une diminution de la vitesse de commutation, c’est-à-dire une diminution de la fréquence maximale du circuit (pour pouvoir continuer de travailler à la même fréquence, il faut compenser en augmentant la tension d’alimentation, ce qui augmente la consommation). Donc, pour faire tourner un processeur le plus rapidement possible, il faut refroidir au maximum le chip (mais ça vous le savez déjà).
Qu’en est-il de l’influence de la finesse de gravure sur la consommation ? La première conséquence d’une diminution des dimensions est la diminution des capacités. On a donc besoin pour un délai de commutation souhaité de moins de courant. Ce qui nous permet de diminuer la tension d’alimentation. En général, une meilleure finesse de gravure devrait toujours être accompagnée d’une diminution de la tension d’alimentation. Cela n’a dans les faits pas vraiment été le cas (la course aux hautes fréquences a souvent poussé les fabricants à maintenir des tensions d’alimentation élevées). Ceci dit, pour un transistor donné, une meilleure finesse de gravure engendre toujours une baisse de consommation. Malheureusement, ce qu’on gagne d’un côté, on le perd de l’autre. En effet, qui dit meilleure finesse dit plus grande densité d’intégration, c’est-à-dire plus de transistors par chip et donc risque d’une augmentation de la consommation totale. A cela s’ajoute un certain nombre de nouveaux problèmes assez difficiles à résoudre. Problèmes propres aux finesses actuelles, dont entre autres : les courants de fuite et les délais d’interconnexion. Les courants de fuite engendrent une consommation statique de moins en moins négligeable (et sauf erreur de ma part, il y a pas mal de problèmes de ce côté là chez intel). Les délais d’interconnexion ont tendance à s’allonger de plus en plus au fur et à mesure des nouvelles finesses de gravure. La raison est toute simple : qui dit connexion plus fine dit plus grande résistance, et malheureusement, on ne peut plus trop augmenter les courants pour compenser. L’augmentation de ces délais d’interconnexion peut entre autre engendrer des problèmes de synchronisation entre différentes parties d’un circuit. D’où une fois de plus des arguments en faveur d’architectures partiellement ou totalement asynchrones. Mais bon, jusqu’à présent, on s’est toujours arrangé pour ne pas avoir à introduire de l’asynchrone.
Voilà ce que j’avais à dire par rapport à la consommation. Sinon pour le reste ... oui bon ... je veux bien admettre que, comme toute science, l’électronique ait ses différentes écoles de pensée ... mais il ne faut quand même pas non plus raconter n’importe quoi. Donc, pour reprendre un ou deux trucs du post : il est bien évident que U = R*I reste valable au niveau du circuit intégré. Même si, pour le calcul de la consommation, on se concentre sur les capacités, cette consommation reste due aux éléments résistifs du circuit (principalement les canaux des transistors). Ensuite quand on dit que la valeur des résistances est fixe, ben en fait ça dépend de quel type de résistance on parle. En ce qui nous concerne, les résistances ne sont justement pas fixes. Dans notre cas précis, les résistances c’est les canaux des transistors. Dans les circuit digitaux, cette résistance est (idéalement) soit nulle, soit infinie. Le transistor mos, correspond en gros à une résistance commandée par la tension de grille (selon une relation quadratique). D’autre part la relation entre tension drain-source et courant n’est linéaire que dans une faible portion. Ensuite, les courants de commande, dans du mos, il n’y en a pas à ma connaissance. Idem pour les différentes branches, moi je n’en vois qu’une (il ne faut pas mélanger mos et bipolaire). Pas non plus besoin de sortir les nombres complexes quand on fait du digital (la représentation complexe, on utilise ça en analogique, quand on travaille avec des signaux). Pour ce qui est de l’explication de la consommation du circuit intégré par les courants de court-circuit (dans le court laps de temps où les mos p et n sont simultanément passants) ... oui, c’est juste, ces courants existent bel et bien, mais en principe leur contribution dans la consommation totale est négligeable (du moins on fait tout pour qu’elle le soit). Non seulement le laps de temps est très court (de l’ordre de la picoseconde), mais c’est pas parce qu’on parle de court-circuit que les courants concernés sont infinis. Ces courants ne sont pas plus grands que les courants intervenant dans la charge des capacités. Et une fois que la porte a changé d’état de sortie, c’est-à-dire une fois que les capas sont chargées, il n’y a plus le moindre courant dans le transistor passant (si ce n’est bien évidemment les éventuels courants de fuite). Quant à l’histoire des harmoniques (et d’une éventuelle perturbation des processeurs par l’alim), il n’y a à ma connaissance aucun problème de ce côté là. Le problème en fait intervient plutôt dans le sens inverse : un circuit cmos crée des pics de courant monstrueux lorsque les transistors commutent. Et là, si tout n’est pas bien filtré (notamment chaque entrée d’alim du processeur), aucune chance que le circuit fonctionne. Les circuits synchrones (en raison de ces pics de consommation) créent pas mal de perturbations, ce qui peut poser un certain nombre de problèmes lorsque simultanément on génère des signaux électro-magnétiques (typiquement téléphone portable), d’où un autre argument en faveur de l’asynchrone (les pics de consommation, et les perturbations qui vont avec, disparaissent puisque les transistors ne commutent plus simultanément). Pour terminer, juste encore un truc que j’ai pu lire plusieurs fois sur d’autres forums et qui me fait toujours un peu rire : quand les gens disent qu’une meilleure finesse de gravure raccourcit les distances entre transistors et donc (par une banale relation vitesse = distance/temps) permet au circuit de fonctionner plus vite. Chercher à expliquer les choses fait certes partie de la nature humaine. Mais de là à systématiquement nous sortir la première explication venue juste pour amuser la galerie, non !! La rapidité d’un circuit électronique n’as absolument rien à voir avec la vitesse des signaux (ou des électrons ou de n’importe quoi d’autre). La rapidité d’un circuit électronique dépend de la rapidité de commutation des transistors qui elle dépend des résistances et capacités propres aux transistors eux-mêmes. Une banale histoire de constante RC.
Voilà, c’est tout ce que j’avais à dire. Désolé pour la longueur du texte. Mon école de pensée à moi c’était "l’ultra low power" (avec ses ayatollah prêt à tuer pour une fraction de microwatt imprudemment gaspillée), donc par rapport au thème en question, ça allait droit bien. Malheureusement là, ça fait trois ans que je n’ai plus du tout fait d’électronique. Je n’exclue donc pas la présence de l’une ou l’autre imprécision dans mes raisonnements (par avance excusez-moi). Et c’est clair, comme dans tous les forums qui se respectent, il y a forcément quelqu’un là qui va me dire que j’ai rien compris. Malheureusement, je ne suis pas très souvent dans les forums, donc les discussions risquent d’être difficiles ...
(... mais rien ne vous empêche de vous taper entre vous hein ...)
N'étant pas particulièrement dans la branche électronique, je dit merci.
johnnyholzeisen
25/05/2005, 06h40
Le débat devient intéressant...
Je fais une impression du post de riscman (3 pages A4) :ouch:
Je pense que je verrai ça l'année prochaine, à moins que le cours ne soit reservé aux électroniciens.
Très bon texte... Bien écrit quoiqu'un peu dense, mais sur un forum, la mise en page....
Je voudrais juste en rajouter sur ce point :
Donc, pour faire tourner un processeur le plus rapidement possible, il faut refroidir au maximum le chip (mais ça vous le savez déjà).
Attention quand même à ton maximum... Un semi-conducteur voit sa résistivité s'accroitre quand la température baisse. Si dans un premier temps, la diminution du bruit dû à la température amène un effet interessant, quand on approche des températures TRES négative (77K et moins) les semi conducteurs deviennent isolant, car l'énergie thermique des électrons diminue et donc l'energie à fournir pour "sauter" le gap augmentent, jusqu'à atteindre l'infini à 0K (le semi conducteur est alors parfaitement isolant)...
:ouch:
Merci pour l'explication, faudrait faire un wiki.x86-secret.com pour stocker ce genre de topic :)
Quelle est la temperature ou la resistivite du cuivre est la plus faible ? Est ce une constante ou fonction de la forme du depot de cuivre ? A priori c'est entre 77K et 200K mais ca laisse une marge.
Les délais d’interconnexion ont tendance à s’allonger de plus en plus au fur et à mesure des nouvelles finesses de gravure.
Oui mais, en general pour contourner ce problemes les constructeurs de processeurs rajoutent un layer ou les pistes font la meme section que dans le layer le plus rapide du process precedent afin de garder des delais raisonables sur les interconnexions. Sans ca, ca serait effectivement une catastrophe.
Ah bah ça change tout.
Ça mériterait d'être affiché plus en publique.
Quelle est la temperature ou la resistivite du cuivre est la plus faible ? Est ce une constante ou fonction de la forme du depot de cuivre ? A priori c'est entre 77K et 200K mais ca laisse une marge.
Les délais d’interconnexion ont tendance à s’allonger de plus en plus au fur et à mesure des nouvelles finesses de gravure.
Oui mais, en general pour contourner ce problemes les constructeurs de processeurs rajoutent un layer ou les pistes font la meme section que dans le layer le plus rapide du process precedent afin de garder des delais raisonables sur les interconnexions. Sans ca, ca serait effectivement une catastrophe.la resistivité du cuivre, elle diminue quand le température diminue, jusqu'à une limite et réaugmente, à cause des impuretés. phénomène imprévisible. le cuivre n'est pas supraconducteur à aucune température...
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