CPU-Kernspannung - CPU core voltage
Die CPU-Kernspannung ( V CORE ) ist die Versorgungsspannung , die der CPU (bei der es sich um eine digitale Schaltung handelt ), der GPU oder einem anderen Gerät mit einem Verarbeitungskern zugeführt wird . Die Menge an Energie, die eine CPU verbraucht, und damit die Menge an Wärme, die sie abführt, ist das Produkt dieser Spannung und des Stroms, den sie zieht. In modernen CPUs, bei denen es sich um CMOS- Schaltungen handelt, ist der Strom nahezu proportional zur Taktrate , wobei die CPU zwischen den Taktzyklen fast keinen Strom zieht. (Siehe jedoch Unterschwellenleckage .)
Energieeinsparung und Taktrate
Um Strom zu sparen und Wärme zu verwalten, verfügen viele Laptop- und Desktop- Prozessoren über eine Energieverwaltungsfunktion , mit der Software (normalerweise das Betriebssystem ) die Taktrate und die Kernspannung dynamisch anpassen kann .
Oft wandelt ein Spannungsreglermodul von 5 V oder 12 V oder einer anderen Spannung in die von der CPU benötigte CPU-Kernspannung um.
Der Trend geht zu niedrigeren Kernspannungen, die Strom sparen. Dies stellt den CMOS-Designer vor eine Herausforderung, da im CMOS die Spannungen nur gegen Masse gehen und die Versorgungsspannung, die Source-, Gate- und Drain-Anschlüsse der FETs nur die Versorgungsspannung oder die Nullspannung über sich haben.
Die MOSFET- Formel besagt, dass der vom FET gelieferte Strom proportional zur Gate-Source-Spannung ist, die um eine Schwellenspannung reduziert wird , die von der geometrischen Form des Kanals und des Gates des FET und ihren physikalischen Eigenschaften, insbesondere der Kapazität , abhängt . Um zu reduzieren (notwendig, um die Versorgungsspannung zu reduzieren und den Strom zu erhöhen), muss die Kapazität erhöht werden. Die angesteuerte Last ist jedoch ein anderes FET-Gatter, so dass der benötigte Strom proportional zur Kapazität ist, weshalb der Konstrukteur die Kapazität niedrig halten muss.
Der Trend zu einer niedrigeren Versorgungsspannung wirkt daher dem Ziel einer hohen Taktrate entgegen. Nur Verbesserungen in der Fotolithografie und eine Verringerung der Schwellenspannung ermöglichen es, beide gleichzeitig zu verbessern. In einem anderen Hinweis gilt die oben gezeigte Formel für Langkanal-MOSFETs. Da sich die Fläche der MOSFETs alle 18 bis 24 Monate halbiert ( Moore'sches Gesetz ), wird der Abstand zwischen den beiden Anschlüssen des MOSFET-Schalters, der als Kanallänge bezeichnet wird, immer kleiner. Dies ändert die Art der Beziehung zwischen Klemmenspannungen und Strom.
Das Übertakten eines Prozessors erhöht seine Taktrate auf Kosten der Systemstabilität. Um höheren Taktraten standzuhalten, ist häufig eine höhere Kernspannung auf Kosten des Stromverbrauchs und der Wärmeableitung erforderlich. Dies wird als "Überspannen" bezeichnet . Überspannen bedeutet im Allgemeinen, dass ein Prozessor nicht mehr den Spezifikationen entspricht, was ihn beschädigen oder die CPU-Lebensdauer verkürzen kann.
Dual-Voltage-CPU
Eine Dual-Voltage- CPU verwendet ein Split-Rail-Design, sodass der Prozessorkern eine niedrigere Spannung verwenden kann, während die externen Eingangs- / Ausgangsspannungen ( E / A ) aus Gründen der Abwärtskompatibilität bei 3,3 Volt bleiben.
Eine Single-Voltage-CPU verwendet eine Single-Power-Spannung im gesamten Chip und liefert sowohl E / A-Strom als auch internen Strom. Ab der Marktstatistik für Mikroprozessoren von 2002 sind die meisten CPUs Einzelspannungs-CPUs. Alle CPUs vor dem Pentium MMX sind Einzelspannungs-CPUs.
Dual-Voltage-CPUs wurden eingeführt, um die Leistung zu steigern, wenn die Erhöhung der Taktraten und feinere Halbleiterherstellungsprozesse zu Problemen mit übermäßiger Wärmeerzeugung und Stromversorgung führten, insbesondere bei Laptops . Unter Verwendung eines Spannungsreglers wurden die externen E / A-Spannungspegel in niedrigere Spannungen umgewandelt, um den Stromverbrauch zu verringern, was zu weniger Wärme für die Fähigkeit führte, bei höheren Frequenzen zu arbeiten.
VRT ist eine Funktion älterer Intel P5 Pentium- Prozessoren, die normalerweise für die Verwendung in einer mobilen Umgebung vorgesehen sind. Es bezieht sich auf die Aufteilung der Kernspannungsversorgung von der E / A-Spannung. Ein VRT-Prozessor hat eine Kernspannung von 3,3 VI / O und 2,9 V, um im Vergleich zu einem typischen Pentium-Prozessor mit einer E / A- und einer Kernspannung von 3,3 V Strom zu sparen. Alle Pentium MMX- und späteren Prozessoren haben dieses sogenannte Split-Rail-Netzteil übernommen.