¿A dónde va toda la energía consumida por una CPU?

¿A dónde va todo el consumo de energía de una CPU? ¿Toda la energía consumida por la CPU de la PC se transforma en calor? ¿O se transforma en parte en calor y en parte en algún otro tipo de energía?

Hay personas y empresas que usan el calor de la computadora para calentarse en invierno.

Respuestas (2)

En la CPU todo es calor. Es el cambio de 0 a 1 y viceversa (que en última instancia es lo que hace una computadora) lo que consume la energía, porque la carga tiene que moverse de un lugar a otro, y es esta corriente (carga en movimiento) a través de la resistencia lo que genera calor. PAG = yo 2 × R

Idealmente, una computadora que no realiza ninguna tarea no consume energía, pero siempre hay pequeñas fugas de carga y en un procesador de mil millones de transistores como un Pentium, esa combinación de pequeñas fugas aún causa muchas pérdidas de energía.

No todo es calor. Hay algo de radiación electromagnética. Parte de la energía se utiliza para impulsar las líneas de E/S, que pueden estar conectadas a los LED. Es casi en su totalidad calor.
@PhilFrost: al final, la radiación electromagnética será capturada por una partícula cuya temperatura aumentará debido al evento.
En ese caso, toda la energía se convierte en calor y eventualmente moriremos . Supongo que no es falso, pero cuando pregunto "¿a dónde va la energía consumida por un motor?", no espero que la respuesta sea "Todo es calor. Tal vez mueva algunas cosas, pero eventualmente la fricción lo convertirá en calor."
@PhilFrost: tienes razón, por supuesto. Sin embargo, la energía consumida por un LED es solo una pequeña parte convertida en luz. La mayor parte es nuevamente calor, aumento de temperatura, que se irradiará (¡radiación electromagnética!) como ondas IR :). Paz.
@PhilFrost, se podría argumentar que la CPU no consume la energía de los LED. Lo atraviesa, sin embargo, y al pasar sólo genera calor.
Solo una corrección menor: hoy las corrientes de fuga ya no son pequeñas. En las CPU modernas, la fuga de energía puede representar hasta el 30 % del consumo total de energía. Para mitigar esto, las CPU modernas emplean esquemas sofisticados de "conexión de energía": los rieles de suministro se pueden apagar cuando la CPU (o algunos de sus submódulos) está inactiva/suspendida.
@VailiyZukanov: la fuga por par complementario es baja. Como traté de explicar en mi respuesta, es la gran cantidad de transistores (mil millones) lo que lo hace alto en total.
@ Johan.A, su comprensión es incorrecta. Si la potencia de fuga del par fuera, digamos, el 1 % de su potencia activa, entonces la potencia de fuga total del chip no podría representar más de, digamos, el 2-4 % del consumo total de energía (suponiendo un factor de actividad de ~ 0,25). En las tecnologías actuales, la potencia de fuga de un par puede ser incluso mayor que su potencia activa (especialmente cuando se emplean esquemas de sincronización de reloj). Consulte esta referencia, por ejemplo: ambienthardware.com/courses/tfe01/pdfs/Roy1.pdf

La energía eléctrica enviada a casi (*) cualquier CPU basada en CMOS a través de sus pines VCC y GND va a 3 lugares:

  • La energía eléctrica sale de la CPU a través de sus pines de salida para impulsar los requisitos de "energía real" de los dispositivos externos. Los LED, las resistencias de balasto de LED, las líneas de transmisión, las resistencias de polarización de la línea de transmisión, las resistencias de terminación de la línea de transmisión, etc., son ejemplos. Esos dispositivos externos nunca son 100% eficientes, por lo que parte o la mayor parte de esa energía se convierte en calor, lo que hace que esos dispositivos externos se calienten. (Mucha corriente fluye a través de los transistores en el anillo de pad de E/S, pero un voltaje relativamente pequeño a través de esos transistores). Esta suele ser la mayor fracción de energía en las CPU de bajo consumo que manejan muchos LED.

  • La energía eléctrica se convierte en calor en los transistores en el anillo de almohadilla de E/S que impulsa (carga y descarga) la capacitancia externa. La capacitancia parásita de las trazas de PCB, la capacitancia de puerta pequeña de los pines de entrada de RAM y otros chips CMOS, la capacitancia de puerta grande de FET discretos grandes, etc. son ejemplos de dicha capacitancia externa. Durante cada ciclo de carga/descarga, toda la energía que se almacenó temporalmente en esa capacitancia se disipa como calor en el canal de los transistores de almohadilla de E/S de la CPU. (Los detalles instante a instante de adónde va la energía durante ese ciclo son más complicados).

  • (Del mismo modo, los pines de entrada de la CPU generalmente son controlados por transistores en el anillo de almohadilla de E/S de algún chip externo. Durante cada ciclo de carga/descarga, toda la energía que se almacenó temporalmente en capacitancia dentro de la CPU se disipa como calor en el canal de los transistores de almohadilla de E/S de ese chip externo. En otras palabras, no entra ni sale energía neta a través de los pines de entrada de la CPU).

  • La energía eléctrica se convierte en calor en los transistores del núcleo interno que impulsan (cargan y descargan) la capacitancia de la puerta de otros transistores internos. Nuevamente, durante cada ciclo de carga/descarga, toda la energía que se almacenó temporalmente en esa capacitancia se disipa como calor en el canal de los transistores de núcleo interno. Esta es la mayor fracción de energía en las CPU de escritorio de alta potencia.

(*) Algunos investigadores han construido dispositivos lógicos de reciclaje de energía (incluidas las CPU Tick, FlatTop y Pendulum) que, en lugar de disipar en forma de calor toda la energía almacenada temporalmente en la capacitancia interna y externa, devuelve la mayor parte de esa energía al suministro de energía

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