Leistung Wärme Strom der CPU [Archiv]

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Maorga

2009-09-11, 22:04:55

Hallo liebe 3DCentler,

im nVidia Grakaforum kam eine kleine Diskussion um Leistung Strom und so weiter auf. Da dies anscheinend noch nicht grundlegend gelöst ist und es dort untergeht mach' ich hier mal einen Thread auf. Link (http://www.forum-3dcenter.org/vbulletin/showthread.php?p=7501275#post7501275) zum Thread.

Begonnen hat alles mit der Aussage je "wärmer" die CPU ist, um so mehr Leistung verbraucht sie.

Dieser Aussage widersprach ich.
Klar ist wenn die CPU heiß ist fließt natürlich ordentlich Leistung drüber ergo hoher Strom, dies bedeutet aber nicht unbedingt im umkehrschluß das eine kalte CPU weniger Strom zieht.
Denn dies würde bedeuten, wenn man einen lausigen AMD Standardkühler verwendet würde eine CPU mehr Strom ziehen als mit einer Supercoolen Wasserkühlung.
Die Wasserkühlung schafft einfach mehr Leistung weg in einem niedrigeren Temperaturbereich während die Luftkühlung eben immer effektiver wird mit der differnz zur Außentemperatur.
Da die Spannung ja definitiv gleich bleibt sagen wir 1,2 Volt und der Standardkühler 0.34 °C/W wegbringt und die ein Freezer 64 Pro 0.18 °C/W bringt ist klar, dass die CPU mit dem Freezer einer niedrigeren Temperatur die Leistung der CPU wegbringt. Gehen wir mal von 86W aus.
Standardkühler 86W*0.34°C/W [Watts heben sich auf nur noch °C bleiben] = 29.24°C bei dem Freezer 64 Pro sind es 86W*0.18°C/W = 15.48°C.
Wenn wir nun eine Raumtemperatur von sagen wir 22°C haben läuft der Standardkühler auf 51.24°C und der Freezer auf 37.48°C. Daraus folgt das eben nicht unbedingt die Temperatur rückschlüsse auf den Strom schließen lassen.

So nun kam eben auf, dass alle Halbleitermaterialien Heißleiter sind sprich bei höherer Temperatur besser leiten und somit mehr Strom fließen kann. Okay erschien mir logisch und konnte damit einhergehen das eine 'heiße' CPU eben doch mehr Strom zieht als eine Kalte.

Aber da kam ein Widerspruch:

Der Stromverbrauch steigt aber nichts desto trotz mit höherer Temperatur. Aber warum weiß ich gerade auch nicht.

So nun habe ich mich einige Zeit damit beschäftigt. Was sind denn eigentlich Halbleiter - es sind Stoffe die unter bestimmten Situationen Strom leiten bzw. nicht leiten. Der heutzutäge gebräuchlichste Stoff dafür ist das Silizium, es gibt aber auch noch Germanium und ein paar andere Kanidaten. Silizium hat sich erst nach Germanium durchgesetzt. Die Amerikaner waren kurz nach dem 2ten Weltkrieg schon ziemlich weit bei der Herstellung von Germaniumdioden, allerdings hatten diese nachteile sie hielten nur eine Temperatur von 70°C aus und erzeugten doch einiges an Wärme. In Deutschland wurde von Siemens das Halbleitermaterieal Silizium erforscht. Durch eine gute Technik konnten Monokristalle des Siliziums kostengünstiger Hergestellt werden als Germanium. Aber das Silizium hielt einer höheren Temperatur (200°C)stand und erzeugte weniger Wärme als Germanium.

Silizium und Germanium bauen Kristallstrukturen auf diese sind sehr Stabil und sie haben einen sehr hohen Widerstand. Wenn das Germanium nicht über 70°C erwärmt wird fließen da nicht sonderlich große Kriechströme bei Silizium beginnt dies erst mit 200°C.

Warum leiten dann die Transistoren den Strom?

In das Silizium werden Fremdkörper (dotierung) eingebracht die zu den Metallen und daher zu den leitern gehören. Bei einem Transistor gibt es 2 verschiedene Arten einmal NPN und PNP. N steht für Elektronenüberschuß und P für Elektronenmangel. Die Ladungen müssten sich eigentlich ausgleichen, daher gibt es sogenannte Sperrzonen, also Zonen ohne Dotierungen zwischen den einzelnen Ladungsschichten. Diese Sperrzone benötigt in eine Richtung wenig Spannung z.B. 0,7V und in die andere Richtung eine sehr hohe Spannung (ausgenommen Zehnerdioden).
Das heißt allerdings auch es leitet nicht das Silizium, sondern nur das eindotierte Material. Erst bei sehr hohen Temperaturen wird auch das Silizium leiten.

Daher schließe ich mich wieder Coda an und sage selbst wenn die CPU heiß ist fließt deswegen nicht mehr Strom.

So nun legt mal los und füttert mich mit Wissen. Schreibt alles was euch einfällt.

Biba

Maorga

Jonny1983

2009-09-11, 22:50:19

xiao didi *

2009-09-11, 23:09:37

Auch hier hat Ht4u das nachgewiesen (allerdings anhand einer GPU):

Leistungsaufnahme: Einfluss Temperatur (http://ht4u.net/reviews/2009/leistungsaufnahme_graka/index9.php)

Eine um 50% erhöhte Temperatur führt bei diesem Test zu etwa 10% mehr Leistungsaufnahme.

Pinoccio

2009-09-11, 23:28:35

Das heißt allerdings auch, es leitet nicht das Silizium, sondern nur das eindotierte Material.Nein, diese Vorstelllung ist falsch.
(Das ist iirc Stoff 11. Klase Physik, hattest du das schon?)
Silizium ist ein Heißleiter, auch wenn es dotiert wird.

mfg

Gast

2009-09-12, 08:08:01

Es wird weniger Strom verbraten, wenn die CPU oder Grafikkarte kühl gehalten wird.

Schau mal hier

http://ht4u.net/reviews/2009/arctic_cooling_accelero_extreme_gtx280/index9.php

es wurde bei der Grafikkarte nur ein besserer Kühler verwendet und schon sank die Leistungsaufnahme, siehe nächste Seite.

Das dürfte aber eher an ineffizienten Lüftern liegen und nicht an der Temperatur.

Ein kleiner schwacher Lüfter dreht nämlich richtig auf, wenn die CPU zu warm wird und dann steigt der Stromverbrauch des Lüfters überproportional an mit seiner Drehzahl.

Das ist im Prinzip das gleiche wie beim Auto.
Niedertourig bei 1500-2500 U/min verbraucht ein Benziner recht wenig sprit, aber hochtourig bei 3000-6000 U/min steigt der Spritverbrauch exponential an und nicht anders ist es beim Lüfter und dessen Stromverbrauch.

Ein guter Lüfter spart also Strom, weil die Kühlung aufgrund seiner größeren Rotorblätter weiterhin bei niedrigen Umdrehungszahlen ausreichend ist.
Sprich, der gute Lüfter dreht nicht voll auf und der exponentiale Stromverbrauch bleibt aus.

Gast

2009-09-12, 08:09:30

PS:

Viel wichtiger wäre also ein Test, bei dem der Verbrauch der Lüfter nicht mitgemessen werden und die Lüfter an einem anderen Stromkreis angeschlossen sind.

Gast

2009-09-12, 09:44:45

Der Leckstrom der Transistoren nimmt mit erhöhten Temperaturen zu!
http://de.wikipedia.org/wiki/Leckstrom
Das bedeutet mehr Verlustleistung, die sich in Abwärme bemerkbar macht.

Anders ausgedrückt: Die Abwärme ist ein Produkt, die auch aus der Verlustleistung der Transistoren besteht.

Gast

2009-09-12, 11:53:35

Gast

2009-09-12, 11:56:28

Das dürfte aber eher an ineffizienten Lüftern liegen und nicht an der Temperatur.

Ein kleiner schwacher Lüfter dreht nämlich richtig auf, wenn die CPU zu warm wird und dann steigt der Stromverbrauch des Lüfters überproportional an mit seiner Drehzahl.

Der Lüfter braucht auch bei Maximaldrehzahl nur wenige Watt, kann fällt also bei Messgrößen über 100W kaum ins Gewicht.

Maorga

2009-09-12, 12:12:01

Leckstrom ist etwas ganz anderes als die Verlustwärme der Transistoren. Wie gesagt wenn bei einem Transistor 10mA fließen mit einem Spannungsabfall von 0,5V dann sind das ganze 5mW die dort verbraten wird.

Leckströme/Kriechströme kommen durch die Kapazität der CPU zustande - den je höher die Frequenz umso besser leitet die Kapazität.

So nun aber mal was aus der Quelle Europa Lehrmittel Buch zum Bereich Fachkunde Elektrotechnik S165 8.2 Halbleiterwerkstoffe:

Diese Stoffe nennt man Halbleiter, weil ihr spezifischer Widerstand zwischen dem elektrischer Leiter (Metalle) und dem von Nichtleitern liegt. Die Leitfähigkeit lässt sich durch Zusetzen von Fremdstoffen oder durch andere Einflüsse, z.B. durch Licheinstrahlung, durch elektrische oder magnetische Felder, stark verändern.

Halbleiterwerkstoffe müssen außerordentlich rein sein. Durch besondere Verfahren, wie Kristallziehen und Zonenschmelzen, erreicht man bei der Herstellung Reinheitsgrade, bei denen auf 10 hoch 10 Atome nur ein einziges Fremdatom kommt. Das entspricht etwa der Verunreinigung eines Schwimmbeckes von 500m³ Wasser durch einen einzigen Tropfen (von 0,05ml).

8.2.1 Eigenleitung

Bei sehr tiefen Temperaturen sind im Siliciumkristall kaum freie Ladungsträger vorhanden. Die Raumtemperatur bringt die Atome im Kristallgitter zum ungeordneten Hin- und Herschwingen um ihre Ruhelage (Wärmebewegung). Dadurch brechen einige der Atombindungen auf. Einzelne Außenelektronen (Valenzelektronen) entfernen sich von ihren Atomen und sind innerhalb des Kristalls frei beweglich.

8.2.2 Störstellenleitung (Dotierung von Halbleitern)

Gibt man zur Schmelze eines reinen Halbleiterwerkstoffes nur einen ganz geringen Anteil Fremdstoffe, steigt die elektrische Leitfähigkeit enorm an. Setzt man z.B. rund 100'000 Siliciumatomen ein einziges fremdes Bor-Atom zu, steigt die Leitfähigkeit um das Tausendfache an.

So nun mal zu den Widerständen von Metallen Halbleiter und Nichtleiter

Leiter haben einen spezfischen Widerstand von 10 hoch(-8) Ohm*mm²/m
Halbleiter beginnen bei 10 hoch(-4) bis 10 hoch 7 Ohm*mm²/m
Isolatoren beginnen bei 10 hoch 14 bis 10 hoch 18.

Also meiner Meinung nach haben die Leckströme kaum eine Auswirkung und sicherlich keine 10W! Selbst 1W ist daher schon zuviel.

Außerdem warum verschickt man z.B. die CPUs mit so lausigen Boxed Kühler? Da wäre es doch sinnvoll 10 Euro mehr zuinvestieren (für die Hersteller) um die CPUs höher takten zu können oder ?

Biba

Maorga

Gast

2009-09-12, 13:31:41

Nun ja, selbst wenn der Anteil des Leckstromes EINES Transistors sehr gering ist, wieviel macht das dann aus wenn man 2Mrd. Transistoren auf einen Chip hat ?

Genau deswegen ist es wichtig geworden, sequentiell die Funktionsblöcke innerhalb einer PU abzuschalten, die nicht benötigt werden.

ftp://download.intel.com/research/silicon/Gordon_Moore_ISSCC_021003.pdf
Folie 21

http://www.elettronica.ingegneria.unige.it/Download.aspx?resource=10717
die ersten Seiten

http://www.cpdee.ufmg.br/~frank/lectures/Sill-Leakage.pdf
Folie 12
Folie 17 - Abhängigkeit zur Temperatur

Im Sill-Leakage.pdf wird auch erklärt, wiso man wegen des Leckstroms in Transistoren kritische Pfade mit gesonderten Gates optimiert (HighVT / LowVT).

Gast

2009-09-12, 14:02:54

Also meiner Meinung nach haben die Leckströme kaum eine Auswirkung und sicherlich keine 10W! Selbst 1W ist daher schon zuviel.
Hoffentlich täuscht du dich da nicht.
Bei einer Extremübertaktung steigt die Verlustleistung expotentiell an - in der Vergangenheit ermittelten wir im Zusammenspiel mit dem Chip-con-Kompressor bei 4.1 GHz eine Verlustleistung von zirka 135 Watt. Beim Einsatz unserer Stickstoff-Kühlung und Überschreitung der 5-GHz-Schallmauer entsteht eine Spitzenverlustleistung von bis zu 180 Watt
http://www.tomshardware.com/de/Flussigstickstoff-Kuhlung-5GHz-Chipcon-Prometeia,testberichte-741-3.html
Was für die 'Extremübertaktung' gilt, gilt natürlich auch für den umgekehrten Fall: Wenn man die CPU schwächer taktet, nimmt die Leistungsaufnahme der CPU überproportional ab. Allerdings dürfte es auch hier eine Grenze geben, ab der die CPU dann nicht mehr läuft.

BTT: Alle Tests, die ich bisher gesehen habe, haben die Stromaufnahme einer CPU/GPU in ihrer 'natürlichen' Umgebung bewertet. Daher muß man bei diesen Tests (unter unterschiedlichen Temperaturen) berücksichtigen, daß sämtliche Baugruppen (nicht nur die CPU) unter stark erhöhten bzw. stark verringerten Temperaturen bewertet wurden. Mein Hauptaugenmerk würde daher nicht so sehr auf den eventuellen Leckströmen der CPU, sondern auf denen der anderen Chips (Ram etc.) liegen. Hinzu kommt, daß jedes elektronische Bauteil im Prinzip einen kleinen Widerstand verkörpert. Ob alle diese Widerstände als Heißleiter einzustufen sind, muß bezweifelt werden. Wenn man im Ergebnis bei einer Erhöhung der Temperatur zu einer Gesamterhöhung der Leistungsaufnahme von mehreren Watt kommt, dann müssen alle Baugruppen des Versuchaufbaus auf den Prüfstand.
Sämtliche Metalle sind imho keine Heißleiter sondern Kaltleiter. D.h., daß sämtliche Kupferleitungen und -Spulen (SpaWas) den Stromfluß bei erhöhter Temperatur hemmen. Es nutzt also wenig an der Temperatur-Stellschraube für die CPU zu drehen, wenn sich alle anderen Rädchen dann ebenfalls mitdrehen (und zwar in die andere Richtung).

Außerdem warum verschickt man z.B. die CPUs mit so lausigen Boxed Kühler? Da wäre es doch sinnvoll 10 Euro mehr zuinvestieren (für die Hersteller) um die CPUs höher takten zu können oder ?
Oh je oh je... das sind ja nichtmal mehr Äpfel und Birnen. ;)
Zur Klarstellung:
Die Hersteller haben überhaupt kein Interesse daran dem Kunden eine 'preisschwache' CPU an die Hand zu geben, die sich mit wenigen Handgriffen auf das Leistungsniveau einer selektierten CPU im 'Hochpreissektor' bringen läßt.

Hinzu kommt, daß es durchaus zu Problemen kommen kann, wenn das System zu stark gekühlt wird. In nicht geheizten Räumen mit einer Temperatur von weniger als 10°C kann man schon Schwierigkeiten bekommen einen PC zu starten. Bei weniger als 5° Starttemperatur, muß man den PC gar vorheizen (hab ich neulich erst wieder gelesen). Auch liest man öfters mal von OC-Freaks, die ihre PCs mit aufwändigen Kühlaggregaten bestückt haben, um dann feststellen zu müssen, daß der PC nur noch unter Last stabil ist bzw. Startprobleme hat.

Das es neben der Temperatur noch andere Faktoren geben muß, die die Verlustleistung einer CPU in die Höhe treiben sieht man hier:
Beim Einsatz unserer Stickstoff-Kühlung und Überschreitung der 5-GHz-Schallmauer entsteht eine Spitzenverlustleistung von bis zu 180 Watt
http://www.youtube.com/watch?v=yyK3WlWTi10
Anmerkung: Die Temperatur der CPU betrug nach diesem Bericht immerhin -190°C. Daß das oben verlinkte System primestable ist/war, darf/muss bezweifelt werden. ;)

Ich glaube deswegen schon, daß Leckströme und Elektronenmigration sowie das Alter des Halbleiters eine Rolle bei der Leistungsaufnahme spielen. Ein 'ausgelutschter' Chip wird möglicherweise deutlich mehr Verlustleistung produzieren und daher dann auch irgendwann eines natürlichen Hitzetodes sterben. Wenn ich lese was einige hier für CPU-Temps unter coretemp posten und dann noch sehe bei welchem Takt sie ihre CPU laut Sig betreiben, dann denke ich mir: Kein Wunder, daß deine CPU inzwischen 20° wärmer wird als bei allen anderen.

Maorga

2009-09-12, 21:52:07

So an beide Gäste über mir. Mit euren Aussagen untermauert ihr meine. Bei den Sheets zu den Leckströmen ist heutzutage der Faktor 1 zu 6 so 120W zu 20W - Die Leckströme werden bei höhren Ghz Zahlen und kleiner Baugröße ungemein zunehmen. Diese Leckströem sind aber in der TPD beinhaltet. Diese Ströme werden sich nicht durch einen Temperaturunterschied von 20° C überproportional zunehmen.

Auch die Ausführungen des 2ten Gastes bestätigen meine Annahmen. Denn die Verlustleistung auf kapazitiver Art nehmen zu bei größeren Frequenzen. Der kapazitive Blindwiderstand eines Kondensators ist um so kleiner, je höher die Frequenz (bzw. Kreisfrequenz) und je größer die Kapazität ist. Jetzt werdet ihr sagen das sind doch keine Kondensatoren eingebaut. Aber es sind viele viele Leitungen die Quer durch die CPU gehen und die wirken wie ein Kondensator.

Xc=1/(2*pi*f*c)

hey höher die Frequenz ist um so kleiner muss die Kapazität sein damit Xc möglich klein ist. Da C mit vom Abstand der Leiterbahnen abhängt - je kleiner der Abstand um so höher die Kapazität - führt dies zu einem niedrigeren Widerstand und die Blindströme steigen an.

Daher ist es sehr relastisch das eine CPU bei höheren Frequenzen viel mehr Strom zieht da die Scheinleistung die Wurzel aus dem Wirkleistung² + Blindleistung²

S=root(P²+Q²)

Dass bei sehr kalten Temperaturen das System nicht startet ist logsich zu erklären. Die Elektronen (Wärmebewegung) ist viel geringer was zur Folge hat man benötigt mehr Druck (Spannung) um die jungs in Bewegung zu setzen - da diese aber für eine Warme CPU bei Raumtemperatur ausgelegt ist muss die Spannung dementsprechend höher gesetzt werden.

Ich bin immer noch der Meinung, dass die selbe CPU bei verschiedenen Temperaturen keine größeren Änderungen der Leistungsaufnahme ensteht. Nun ich werde mal einen Test aufbauen - leihe mir dazu mal in der Arbeit ein Oszi aus und eine Ampermeter aus - und schließe das Amperemeter vor dem Oszi an sprich Oszi hängt parallel zum Netzteil und das Ampermeter mit ner Stripe zwischendrin. Dann werde ich Prime laufen lassen (maximum heat) und schreibe mir die Daten auf CPU Temp / Volt / Ampere auf. Werde dann wenn das System heiß ist den CPU-Kühler mal mit einem Kältespray versuchen gut runterzukühlen das die CPU Temp so mindestens um die 20°C sinkt mal schauen wie stark sich der Stromfluß ändert.

Biba

Maorga

Gast

2009-09-13, 01:32:26

Werde dann wenn das System heiß ist den CPU-Kühler mal mit einem Kältespray versuchen gut runterzukühlen das die CPU Temp so mindestens um die 20°C sinkt mal schauen wie stark sich der Stromfluß ändert.
Hört sich interessant an. Bin auch mal gespannt, ob sich da ein Trend (mehr/weniger Verbrauch) abzeichnet. Tu dir aber einen Gefallen, wenn du mit Kältespray arbeitest - Schutzhandschuhe und Schutzbrille & schau VORHER nach ob das Zeug entflammbar ist oder einen kurzen verursachen kann.

Maorga

2009-09-13, 08:55:18

Wir haben in der Arbeit ein reines Luftkältespray das schafft maximal minus 52°C und ist ungiftig - aber ich werd' nicht so lebensmüde sein um meine Extremitäten eingefrieren :) bin auch schon gespannt was dabei rauskommen wird.

Biba

Maorga

Pinoccio

2009-09-13, 09:40:53

Wenn du fertig bist mit testen, empfehle ich dir diesen Beitrag (http://www.awardfabrik.de/forum/showthread.php?t=6894). ;-)

So an beide Gäste über mir. Mit euren Aussagen untermauert ihr meine. Bei den Sheets zu den Leckströmen ist heutzutage der Faktor 1 zu 6 so 120W zu 20W - Die Leckströme werden bei höhren Ghz Zahlen und kleiner Baugröße ungemein zunehmen. Diese Leckströem sind aber in der TPD beinhaltet. Diese Ströme werden sich nicht durch einen Temperaturunterschied von 20° C überproportional zunehmen.Mir ist wie 50%+ Leckstrröme und rund 2%/K Zunahme, find aber grade das pdf nicht. :-(

mfg

BlackBirdSR

2009-09-13, 14:50:48

Wenn sich die Temperatur ändert, verändern sich natürlich auch die Schaltcharakteristika der Transistoren.

Statische und dynamische Leckströme, parasitäre Kapazitäten und Leitungen zwischen Bulk und Kanal kommen dann hinzu. Mit steigender Temperatur verschlechtern sich zudem die elektrischen Eigenschaften der Metallisierung und Isolierung. Ob Silizium dann ein Heißleiter ist oder nicht, spielt dann keine Rolle mehr. Nicht ohne Grund laufen CPUs bei geringen Minusgraden um 10-30% schneller als bei TDP-Temperatur.

Daredevil

2009-09-13, 15:12:18

Ist bei meiner HD4830 genauso @ FurMark
Die Temp geht langsam hoch bis 90°C und je heißer sie wird, desto mehr Strom zieht sie aus der Steckdose.

moloch

2009-09-14, 17:42:08

1.)
So an beide Gäste über mir. Mit euren Aussagen untermauert ihr meine. Bei den Sheets zu den Leckströmen ist heutzutage der Faktor 1 zu 6 so 120W zu 20W - Die Leckströme werden bei höhren Ghz Zahlen und kleiner Baugröße ungemein zunehmen. Diese Leckströem sind aber in der TPD beinhaltet. Diese Ströme werden sich nicht durch einen Temperaturunterschied von 20° C überproportional zunehmen.

Falsch.
Leckströme nehmen exponentiel zu mit der Temperatur, bei Si je nach Bauteil ~alle 10K eine Verdoppelung.

Auch die Ausführungen des 2ten Gastes bestätigen meine Annahmen. Denn die Verlustleistung auf kapazitiver Art nehmen zu bei größeren Frequenzen. Der kapazitive Blindwiderstand eines Kondensators ist um so kleiner, je höher die Frequenz (bzw. Kreisfrequenz) und je größer die Kapazität ist. Jetzt werdet ihr sagen das sind doch keine Kondensatoren eingebaut. Aber es sind viele viele Leitungen die Quer durch die CPU gehen und die wirken wie ein Kondensator.

Xc=1/(2*pi*f*c)

hey höher die Frequenz ist um so kleiner muss die Kapazität sein damit Xc möglich klein ist. Da C mit vom Abstand der Leiterbahnen abhängt - je kleiner der Abstand um so höher die Kapazität - führt dies zu einem niedrigeren Widerstand und die Blindströme steigen an.

Daher ist es sehr relastisch das eine CPU bei höheren Frequenzen viel mehr Strom zieht da die Scheinleistung die Wurzel aus dem Wirkleistung² + Blindleistung²

S=root(P²+Q²)

Wir sind hier nicht in der Analogtechnik (Xc) und auch übertragen wir keine Energie(Blind/Wirkleistung).
Die Gatekapazität muss bei jedem Schaltvorgang aufgeladen bzw. entladen werden. Die Ladung wird allerdings nicht wiedergewonnen (darum keine Blindleistung)!
die Leistung pro Gate ist also einfach VDC^2/2*C*f. Nur ist f nicht gleich der Schaltfrequenz, denn nicht immer werden alle Transistoren geschaltet.
Darum gibt es die TDP, die sicher nicht aus einer Simulation mit 2e9 Transistoren gemacht wird ;)

Dass bei sehr kalten Temperaturen das System nicht startet ist logsich zu erklären. Die Elektronen (Wärmebewegung) ist viel geringer was zur Folge hat man benötigt mehr Druck (Spannung) um die jungs in Bewegung zu setzen - da diese aber für eine Warme CPU bei Raumtemperatur ausgelegt ist muss die Spannung dementsprechend höher gesetzt werden.

Dummerweise steigen Schaltzeiten & Verluste mit der Temperatur

Ich bin immer noch der Meinung, dass die selbe CPU bei verschiedenen Temperaturen keine größeren Änderungen der Leistungsaufnahme ensteht.

Meinungen haben alle.

Nun ich werde mal einen Test aufbauen - leihe mir dazu mal in der Arbeit ein Oszi aus und eine Ampermeter aus - und schließe das Amperemeter vor dem Oszi an sprich Oszi hängt parallel zum Netzteil und das Ampermeter mit ner Stripe zwischendrin. Dann werde ich Prime laufen lassen (maximum heat) und schreibe mir die Daten auf CPU Temp / Volt / Ampere auf. Werde dann wenn das System heiß ist den CPU-Kühler mal mit einem Kältespray versuchen gut runterzukühlen das die CPU Temp so mindestens um die 20°C sinkt mal schauen wie stark sich der Stromfluß ändert.

Biba

Maorga
Lass den Kältespray, regel besser den Lüfter runter.

Gast

2009-09-14, 19:13:52

Coda

2009-09-14, 19:19:24

Das dürfte aber eher an ineffizienten Lüftern liegen und nicht an der Temperatur.
Quatsch. Die Dinger brauchen wohl nichtmal 5W.

Maorga

2009-09-15, 18:33:11

So ich hab' mich rangewagt, aber etwas anders. Ich hab den Strom in der 2x12V Leitung gemessen, welche die CPU versorgt.

System...Temp......Strom.[A].......CPU Vcore.... Leistung [W]
idle.........10°C......0,8................1,008...........9,6
Last........18°C......4,3................1,216...........51,6
Last........20°C......4,4................1,216...........52,8
Last........25°C......4,5................1,216...........54
Last........27°C......4,7................1,216...........56,4
Last........30°C......4,8................1,216...........57,6
Last........35°C......4,9................1,216...........58,8
Last........40°C......5,0................1,216...........60
Last........45°C......5,0................1,232...........60
Last........50°C......5,0................1,232...........60
Last........55°C......5,1................1,232...........61,2
Last........60°C......5,1................1,232...........61,2
idle.........49°C......1,7................1,008...........20,4
idle.........45°C......1,5................1,008...........18
idle.........30°C......1,3................1,008...........15,6
idle.........25°C......1,3................1,008...........15,6
idle.........20°C......1,2................1,008...........14,4
idle.........15°C......1,2................1,008...........14,4

tja das sind glatt weg 10W bei 40°C Temperaturunterschied. Also je wärmer die CPU um so mehr Strom jagt sie durch.

Ach das geteste System ist

AMD Athlon Dual Core Prozessor 4850e @2,8Ghz Standardvcore
Busspeed 225Mhz
Mainboard GA-MA790FX-DQ6

Messgeräte waren ein Zangenamperemeter Voltcraft VC605 und ein Multimeter Meterman 15XP.

Biba

Maorga

Pinoccio

2009-09-15, 22:27:20

So ich hab' mich rangewagt [...]:up:

mfg

Gast

2009-09-19, 18:01:57

oooch.... keine Fotos?

:biggrin:

PS: Gab es einen bestimmten Grund, daß du ausgerechnet einen Dual von AMD genommen hast?

Auch muß man das ganze in Relation zur Gesamtleistung der CPU setzen. Eine CPU, die wärmer wird und unter Last deutlich mehr Strom verbraucht, kann trotzdem energieeffizienter sein, als eine CPU die auf den ersten Blick sparsamer ist, aber dafür auch länger unter Vollast laufen muß, um eine Aufgabe zu erledigen. Um herauszufinden, wie hoch die Leistungsaufnahme tatsächlich ist, sollte man von der CPU zB. ein Video encoden lassen. Der vermeintliche "Stromverschwender", der dann aber auch deutlich früher fertig ist, ist schon längst wieder im Idle/C'n'Q-Mode, während das vermeintliche Stromsparwunder noch lange unter Vollast weiterläuft. ;)

Infolgedessen war der Rechner mit Intel-Prozessor schneller wieder im Leerlauf, was zur Folge hatte, dass der Gesamtenergieverbrauch dieses Systems bedeutend geringer ist. Gleichzeitig musste der AMD-Rechner längere Zeit aktiv bleiben, was letztlich dazu führte, dass dieses System ganze 50% mehr Energie fraß als der Rechner mit dem Core 2 Duo!

http://www.tomshardware.com/de/AMD-Intel-Stromverbrauch-Leistungsaufnahme,testberichte-239863-8.html

Wenn deine Beobachtung richtig ist, daß eine hohe Temperatur den Stromverbrauch noch zusätzlich erhöht, dann wird dieser Effekt sogar noch verstärkt.

Pinoccio

2009-09-21, 11:10:06

Der vermeintliche "Stromverschwender", der dann aber auch deutlich früher fertig ist, ist schon längst wieder im Idle/C'n'Q-Mode, während das vermeintliche Stromsparwunder noch lange unter Vollast weiterläuft.Techreport testet und zeigt sowas. (http://techreport.com/articles.x/17545/13)

mfg

Spasstiger

2009-09-21, 11:33:49

So ich hab' mich rangewagt, aber etwas anders. Ich hab den Strom in der 2x12V Leitung gemessen, welche die CPU versorgt.
Schöne Messung. :)
Machen eigentlich die Leckströme den Großteil des Mehrverbrauchs bei höherer Temperatur aus oder spielen da andere Einflüsse wie z.B. die sinkende Schwellspannung eine größere Rolle?

moloch

2009-09-21, 22:42:07

Schöne Messung. :)
Machen eigentlich die Leckströme den Großteil des Mehrverbrauchs bei höherer Temperatur aus oder spielen da andere Einflüsse wie z.B. die sinkende Schwellspannung eine größere Rolle?
Die sinkende Schwellspannung stört nicht, wohl aber die erhöhten Schaltverluste.

darkcrawler

2009-09-22, 08:41:35

Die sinkende Schwellspannung stört nicht, wohl aber die erhöhten Schaltverluste.

*moep* natürlich stört die, da die "I zu U" kennlinie signifikant verschoben wird

Pinoccio

2009-09-22, 08:43:23

*moep* natürlich stört die, da die "I zu U" kennlinie signifikant verschoben wirdUnd das erhöht den Stromverbrauch?

mfg

darkcrawler

2009-09-22, 08:48:56

Maorga

2009-09-22, 19:13:13

@Gast

Hab' eben nur 'nen AMD daheim. Und sicherlich war das keine Aussage ob der Prozessor Energieeffizient ist dazu müsste man ja mit anderen vergleichen. Und natürlich ein Testverfahren nehmen, das die Rechenleistung der beiden vergleicht - so nach dem Moto 4GiB mal runterkomprimieren oder so. Die eigentliche Frage war ja ob die CPU bei höheren Temperaturen mehr Leistung aufnimmt.

@All

An der 12V Leitungen lagen laut Messgerät immer die 12,08V anda hat sich nichts verändert. Nur die VCore der CPU hat sich verändert und zwar nach oben. Warum das eigentlich? Wenn doch die Schwellspannung für die Transistoren sinkt. Allerdings änderte sich die Stromaufnahme dadurch nicht signifikant.

Biba

Maorga

Gast

2009-10-05, 00:01:19

In diesem Zusammenhang ist interessant, was Patterson und Hennessy auf S. 40 von "Computer Organization and Design" (4. Auflage) schreiben:

The problem today is that further lowering of the voltage appears to make the transistors too leaky, like water faucets that cannot be completely shut off. Even today about 40% of the power consumption is due to leakage. If transistors stated leaking more, the whole process could become unwieldly.

Viel Grüße

Milton

2009-10-30, 14:43:39

Sorry, falscher Thread... :hammer:

moloch

2009-10-30, 18:16:01

natürlich, da durch absenken der schwellspannung bei gleicher (!) gatespannung ein erheblich grösserer drainstrom fliesst aufgrund der exponentiellen abhängigkeit des stroms von der spannung (eine einfache diodenkennlinie zeigt das schon sehr gut, wenn man sie "in gedanken" nach rechts / links verschiebt, nix anderes passiert bei tempabhängigen halbleitern)
dazu werden die auftretenden effekte innerhalb eines CMOS transistors auf der schaltungsebene (z.b. durch "drive strength") verstärkt

1.) FETs sind eingeschaltet keine Dioden sondern Widerstände (darum auch ein RDSon...)
2.) in digitalen Schaltungen werden Transistoren sowieso voll durchgeschaltet.
--> tiefere Schwellspannung würde helfen.

Leider nimmt die Schaltzeit & der RDSon zu. Aber die sinkende Schwellspannung ist ~der einzig positive Effekt vom Wärmer werden :rolleyes:

Gast

2009-11-01, 19:26:21

afaik ist das mit dem voll durchschalten nicht mehr ganz richtig:
ein voll durchgeschalteter transistor braucht viel länger um wieder zu sperren und umgekehrt. deshalb werden in besonders performancekritischen teilen von cpus (alu, fpu, anderes zeugs das auch heute im zeitalter von hdl-sprachen noch als full-custom-design von hand geplant und gezeichnet wird) transistoren nur soweit ge- und entladen, dass am ausgang unterschieden werden kann ob das jetzt grade noch null oder doch schon eins ist. erhöht die am transistor abfallende leistung natürlich extrem, da ein voll durchgeschalteter bzw sperrender ja kaum leistung verbraucht (entweder u->0 oder i->0)

mfg,
zgep

Gast

2009-11-16, 23:34:09

http://www.cpdee.ufmg.br/~frank/lectures/Sill-Leakage.pdf
Folie 12
Folie 17 - Abhängigkeit zur Temperatur

Im Sill-Leakage.pdf wird auch erklärt, wiso man wegen des Leckstroms in Transistoren kritische Pfade mit gesonderten Gates optimiert (HighVT / LowVT).

Ab page 26 ist das sehr gut erklärt.