Hi,
kann mir vielleicht einer erkären (bitte ohne physikalische Fachbegriffe), warum so eine enorme Hitze im CPU entsteht?
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Achmed heyjo „CPU-Wärme???“
elektr. Bauteile+Sapnnung=Hitze
Bei jedem elektr. Prozess ensteht Hitze.So erkläre ich mir mir das zumindest.
Mfg Achmed
neanderix heyjo „CPU-Wärme???“
Das ist eigentlich ganz einfach:
Die CPU braucht Strom, ja? So nun ist das aber so, dass in der CPU die Leiterbahnen sehr fein sind - dadurch steigt der elektrische Widerstand der Leiterbahnen extrem an (das ist etwa so, wie wenn du bei einem Gartenschlauch viel Wasser durch eine duenne Leitung bewegen willst).
Und nun schau dir mal an, mit welchen Leistungen da umgegangen wird:
Beispiel AMD - im Athlon nutzt man oft nur wenige Volt (1,1 bis 1,2) -- dafuer aber umso mehr Ampere (Stromstaerke) -- bis zu 30A gehen da in deinem Athlon "spazieren".
Und da ist es nur Logisch, dass die Leiterbahnen in der CPU sich extrem aufheizen - schliesslich muessen sie in relativ kurzer zeit relativ viel Transportieren - etwa so, wie wenn eine Strasse, zuerst zweispurig war, dann auf einspurig umgebaut wird -- und gleichzeitig als LKW-Ausweichstrecke ausgewiesen wuerde, also alle schweren LKW aus der Umgebung diese Strasse nutzen muessten.
Anonym heyjo „CPU-Wärme???“
also was meine kollegen schreiben is schonmal alles richtig, erwähnen sollte man aber noch, dass vorallem die sehr kleinen DIEs (also des kleine ding was der eijentliche CPU is) ja mit extrem vielen Transistoren bestückt sind. Ein 486er von `95 hatte zwar satte 5Volt, da der DIE aber verdammt groß war und er kaum (naja, n paar millionen sind es schon) Transistoren hatte, kamen die juten alten 486er nicht annähernd auf die Temp wie ein XP mit 1,75Volt und 37Mio Transistoren. Ganz extrem is die übrigens bei den neuen AMD T-Bred CPUs: die laufen zwar mit weniger Volt, haben aber einen noch kleineren DIE - was wiederum bedeutet: man hat nen winzigen (82mm²) punkt, der extrem heitzt :(
MFG IVI
Amili heyjo „CPU-Wärme???“
Habe auch nen AMD Athlon mit ca. 400 - 1000, je nach XP-Laune (Anzeige variiert ;-) ), und das in nem Laptop - die Hitze ist gigantisch, selbst bei offenem Fenster und unter 20 Grad Raumtemperatur - haben die Dinger eigentlich noch ne Lebenserwartung unter diesen Umstaenden?
the_mic heyjo „CPU-Wärme???“
um das geschriebene von marauder und neanderix mal zu untermalen, hier ein beispiel aus dem physikunterricht:
mittels spulen kann man stromstärken variieren. so haben wir mal über eine spule aus den 230v netzstrom ein paar tausend volt gemacht und über ein funkenhorn einen ordentlichen blitz springen lassen.
andersrum kann man aber auch aus den 230v nur 3v generieren. dabei entsteht aber ein ordentlicher ampere-wert (weil die watt konstant gehalten werden). diesen strom liessen wir dann durch einen eisennagel fliessen, welcher so heiss wurde, dass er anfing zu glühen und letztendlich durchbrannte.
ich fand das einen der faszinierenderen versuche in der schule.
@amili:
ja, ein paar jährchen.
alte 386/486/pentium haben eine lebenserwartung von über 20 jahren.
die nasa setzt noch heute 286er in den hilfsraketen ein (da gabs mal einen heise artikel drüber)
Dr. Hook the_mic „um das geschriebene von marauder und neanderix mal zu untermalen, hier ein...“
Hi mic,
die Versuche sind recht beeindruckend. Nicht?
Die klassischen Beispiele eines Hochspannungs- bzw. Hochstromtransformators. Bei Letzterem muß man aber achtgeben, daß der Drahtquerschnitt der Sekundärwicklung ein Vielfaches dem des Nagels beträgt. Der Trafo würde sonst zwar den Strom theoretisch schaffen (Übersetzungsverhältnis und Kernquerschnitt), - aber nicht der Draht.
cu
Dr. Hook
PS: Nur hat das mit der Frage nur wenig zu tun. *lol*
Tilo Nachdenklich heyjo „CPU-Wärme???“
Die Antworten gehen am Kern vorbei.
Die Transistoren in CPUs sind sogenannte Feldeffekttransistoren. Damit kann man nahezu leistungslos schalten (= ohne Wärme und ohne nennenswerten Stromverbrauch). Also das funktioniert prächtig in vielen Schaltungen, z.B. Taschenrechner haben inzwischen kleine Batterien die ewig halten. Leider funktioniert das nicht mehr so gut bei all zu hohen Frequenzen. Und die CPU braucht für richtig Leistung anscheinend einige Gigaherz.
Feldeffekt heißt, der Transistor funktioniert fast so wie elektrostatisch, es müssen keine Steuerströme fließen. Leider hat der Steueranschluss (Gate) eine geringe Kapazität und deshalb bekommt das Gate einen Spannungsteiler (Widerstände) verpasst, sodass die Zeitkonstante (Produkt aus Widerstand und Kapazität) schön winzig ausfällt. Die Widerstände dürfen also nicht zu groß sein und schon fließt eben doch nennenswert Strom, bzw. ist Strom zur Ansteuerung notwendig. Und das bei Millionen von Transistoren!
Viel schlimmer ist ein anderes Phänomen. Die Stufen sollen am Ausgang auch möglichst keinen Stromfluss benötigen und deshalb sind sie als Gegentaktstufen ausgeführt (ähnlich einem HiFi-Verstärker). D.h. ein Transistor sperrt, der andere leitet, beide sind zwischen Masse und Plus in Reihe geschaltet. Der Ausgang gibt keine (nennenswerte) Leistung ab, (mit Einschränkung s.o.) und da einer der Transistoren immer gesperrt ist, fließt auch kaum Strom. Lastwiderstände gibt es anscheinend nicht. Das Signal - logisch Null oder logisch Eins - wird am Verbindungspunkt der Transistoren abgegriffen und hat z.B. den Pegel eins, wenn der obere Transistor durchgeschaltet ist (niederohmig). Das Problem sind nun die Schaltzeiten der Transistoren. Wenn der eine Transistor öffnet, ist der andere noch nicht ganz geschlossen. Mit höherer Frequenz spielt die Zeitspanne, in der beide Transistoren geöffnet sind, eine immer größere Rolle und bei Millionen Transistoren fließt da richtig Strom. Es wurde schon oft überlegt von den Feldeffekttransistoren wegzukommen, weil sich ihr ehemaliger Vorteil immer mehr zum Nachteil wendet. Millionen von Feldeffekttransistoren und immer höhere Frequenzen verursachen das Problem.
Dr. Hook heyjo „CPU-Wärme???“
Hi,
keine Angst. Ich will nicht klugscheißern.
Ich denke, 'Marauder' hat es am Leichtverständlichsten geschildert.
Schuld ist ganz einfach die hohe Anzahl der Transistoren in Verbindung mit der enormen Packungsdichte. Wäre die Fläche der CPU größer, so würde zwar dieselbe Wärmemenge freigesetzt, - aber eben nicht so konzentriert. Zum Vergleich ein Brennglas in der Sonne. Die Sonnenenergie, die auf ein Stück Papier in der Größe der Fläche eines Brennglases fällt, kann das Papier noch nicht wesentlich erhitzen. Wird diese Energie jetzt aber durch das Brennglas in einem Punkt von z.B. 1 mm² konzentriert, dann fängt das Papier an zu brennen. Maßgebend ist hier wie beim Prozessor die Wärmemenge die pro Flächeneinheit anfällt.
Bei einem GraKa-Prozessor ist es dasselbe. Moderne Grafikkarten haben momentan CPUs mit ca. 65 Millionen Transistoren. Es sind aber bereits Grafikprozessoren mit über 100 Mio. Transistoren in der Entwicklung. - Da steht uns noch ein gehöriger Wärmeschub bevor. Will heißen: Wenn es hier den Entwicklern nicht gelingt die Verlustwärme zu verringern, dann werden auch hier die Kühlkörper größer, und die Lüfter leistungsfähiger werden müssen.
@Tilo Nachdenklich: Die Notwendigkeit eines Gate-Spannungsteilers hat mit der Gatekapazität herzlich wenig zu tun, sondern dient einzig zur Einstellung des Arbeitspunktes.
@Amili: Die Lebensdauer eines Halbleiters und somit auch einer CPU sinkt mit steigender Temperatur. In direktem Zusammenhang steht natürlich die Zeit, in der die Temperatur einwirkt. Von "Materialermüdung" kann in gewissem Sinn gesprochen werden. Ausschlaggebend ist hier bei Halbleitern die thermische Diffusion.
Im Klartext heißt das, - die in die Siliziumkristalle gezielt eingebrachten Fremdatome beginnen durch thermische Einwirkung im Laufe der Zeit zu wandern. Dadurch schaffen sie (halb)leitende Verbindungen an Stellen, wo dies absolut nicht erwünscht ist. Auf der anderen Seite fehlen sie an Stellen, an denen sie gebraucht werden.
Die Folge ist, daß der Halbleiter, - in diesem Fall der Prozessor -, seine Funktionen nicht, - oder nicht mehr vollständig erfüllen kann.
Dieser Vorgang ist nicht mehr rückgängig zu machen. Das Bauteil muß ersetzt werden.
mfg
Dr. Hook
Anonym Dr. Hook „@heyjo, Marauder, Tilo N., Amili“
fällt mir spontan noch ein:
die GraKa Chips sind trotz doppelter anzahl von Transis, net soooo warm, weil die Taktung ja geringer is und daher gar nicht soviele schaltungen (= wie schon erwähnt) stattfinden und ja mehr fläche zu wärmeableitung vorhanden ist.
nur so als info, falls sich nun jemand wundert, warum die nicht so heiss werden.
MFG IVI
Tilo Nachdenklich Dr. Hook „@heyjo, Marauder, Tilo N., Amili“
"Die Notwendigkeit eines Gate-Spannungsteilers hat mit der Gatekapazität herzlich wenig zu tun, sondern dient einzig zur Einstellung des Arbeitspunktes."
Ich würde "herzlich" bitten, schau doch mal in ein Standartwerk zur Schaltelektronik wie: Don Lancaster, Das CMOS-Kochbuch.
Oder zu FETs: Dieter Nuhrmann, Power-MOS-FETs.(Was bei den Power-Teilen gilt, gilt im kleinen für die CPU-Transistoren). Im Netz z.B. bei techChannel dürfte auch was stehen oder gelegentlich in der PC-Prof.
Zum Detail:
Arbeitspunkteinstellung im herkömmlichen Sinn ist bei Schalttransistoren eigentlich nicht üblich, man konzentriert sich auf perfektes Durchschalten bzw. Sperren (Jean Pütz, Hrsg.: Einführung in die Elektronik, Kapitel 7 Der Transistor als Schalter). Mit "Gate-Spannungsteiler" habe ich etwas vereinfacht - es soll ja nicht zu technisch oder physikalisch werden - . (Der obere "Widerstand" des Spannungsteilers ist vielleicht der Transistordurchgangswiderstand eines Transistors der logisches Eins-Potential aufs Gate leitet.)
Es gibt natürlich die unterschiedlichsten Möglichkeiten die Eingangsseite des Transistors zu beschalten; die Zeitkonstante spielt aber DIE wesentliche Rolle. Beispiel aus einem anderen Bereich: Schaltnetzteile für hohe Ströme und mit hoher Schaltfrequenz müssen auf Grund der Gatekapazität mit einigen Watt Leistung angesteuert werden, obwohl die MOSFETs eigentlich leistungslos schaltbar sind.
