Por que CPUs de alto desempenho consomem mais energia mesmo quando ociosas?

Question

Um Core i7 tem um tdp em torno de 80W e um N3150 é de 6W.

Minha pergunta é o que impede os fundadores de construir CPUs com um consumo proporcional com desempenho. Dito de forma diferente, por que não posso ter uma CPU potente que tenha um baixo consumo de energia quando não quero ter performances pesadas?

    

Answer 1

A resposta curta é a seguinte: fazer uma certa quantidade de trabalho requer que um certo número de transistores mude de estado. Fazer o trabalho a uma taxa maior significa mais transistores mudando de estado por segundo. É preciso uma certa quantidade de energia para mudar o estado de um transistor e, efetivamente, toda essa energia acaba sendo dissipada como calor. Então, fazer o trabalho mais rápido significa dissipar mais calor.

Existem três grandes exceções:

1. Novas técnicas de fabricação podem permitir que um transistor mude de estado usando menos energia.

2. As técnicas de fabricação podem ser otimizadas para alto desempenho (típico para CPUs de desktop) ou otimizadas para baixo consumo de energia (típico para CPUs móveis).

3. O design inteligente pode reduzir o número de transistores que precisam mudar de estado para uma determinada quantidade de trabalho.

Isso explica por que CPUs mais novas podem fazer muito mais trabalho do que CPUs mais antigas que dissipam a mesma quantidade de energia.

    

Answer 2

Você pode, opções de energia no sistema operacional pode reduzir o relógio mínimo, eu vi a 4ª geração da i5 com clock de 800Mhz pelos planos de energia do Windows e consumir pequenas quantidades de energia.

A desvantagem disso é que os atuais CPUs gen demoram um tempo diferente de zero para responder ao aumento das cargas de trabalho. Quando a capacidade de processamento é necessária, os usuários podem experimentar um "atraso" antes de fazer o backup.

Observe também que o TDP é o consumo MAX, não o que ele realmente usará com o Speedstep dinamizando o clock dos núcleos.

    

Answer 3

O ponto chave que outras respostas estão faltando é que sim, uma CPU rápida tem mais silício / transistores do que lenta, MAS - isso implica mais sobrecarga mesmo quando não estão em uso. Discar a velocidade do clock pode ajudar, mas há um mínimo para manter as coisas funcionando.

Analogamente, um motor de carro grande pode ter mais potência que um menor e, por sua vez, consome mais combustível, mesmo em marcha lenta, porque leva mais energia para mantê-lo girando, mesmo com velocidade mínima sustentável.

Como @moab mencionado em um comentário, algumas CPUs implementam um recurso conhecido como 'Core Parking' (ou amplamente PStates), que permite que um núcleo seja totalmente desativado (clockspeed 0, power removed) quando não for necessário. Isso evita consumir a energia mínima necessária para manter um núcleo funcionando (quase) efetivamente fazendo com que a CPU tenha menos núcleos. Em nossa analogia, isso pode ser comparado a motores que dizem 8 cilindros, mas podem desativar 2 ou 4 deles, evitando assim o consumo de combustível e as perdas de compressão (mas ainda incorrendo em custos indiretos devido ao atrito das peças extras).