Kann man sagen wie viel Watt bei einem Prozessor in die Rechenleistung gehen?
Eine CPU hat ja eine sehr hohe Verlustleistung die in wärme umgewandelt wird. Kann man sagen (X)X,XX gehen in Rechenlesitung über und (X)X,XX% in Wärme? Und wie viel jeweils?
5 Antworten
Ja, das kann man sagen. Ich muss vielleicht ein wenig ausholen. Was bedeutet überhaupt "Wärmeproduktion"? Thermodynamisch stellt dies einfach nur eine Erhöhung der Entropie dar.
Entropie nun ist ein Maß für die Zunahme an unbekannten Zuständen, d. h. du bräuchtest mehr Bits an Informationen, um diese zu beschreiben (siehe Shannons Informationstheorie in Bezug auf Entropie).
Wenn nun ein herkömmlicher Computer über seine logischen Bauteile Informationen verarbeitet (Bits an Informationen löscht oder solche zusammenführt), dann geschieht dies in der Regel nur in einer Richtung und daher irreversibel (2+2=>4. Aus 4 kannst du aber nicht mehr auf 2+2 schließen, da auch 3+1 zu 4 führt). Die Informationen vor der Verarbeitung gehen also verloren. Dies geht mit einer Erhöhung der Entropie einher und führt daher zu einer Mindesterhöhung der Entropie und damit einem Mindestmaß an produzierter Wärme.
Dies wurde bereits 1961 von Rolf Landauer formuliert.
https://de.wikipedia.org/wiki/Landauer-Prinzip
Umgehen kann man dies nur mit der Verwendung von reversiblen logischen Gattern. Da diese im thermodynamischen Gleichgewicht operieren lässt sich somit die oben erwähnte Mindestgrenze unterschreiten.
Wie hoch dieser Wärmeverlust bei modernen Prozessoren ist könnte man daher theoretisch berechnen.
100 % werden in Wärme umgewandelt, die Rechenleistung ist ein Nebenprodukt, dass aber keine Energie oder Arbeit im physikalischen Sinne darstellt.
die frage wäre, was genau "Rechenleistung" ist, nach meiner Definition z.B. wird die Rechenleistung in Form von Wärme abgegeben; oder meinst du, wieviel Energie die Transistoren benötigen, um zu schalten?
Ja kann man sagen:
0% gehen in Rechenleistung, 100% in Wärme.
rechenleistung ist keine energetische leistung, also tatsächlich nicht.
es gibt keine energie die benötigt wird um eine logische verknüpfung 1 mal zu schalten, zumindest ist das nicht die rechenenergie.
die energie die benötigt wird um die gatekapazitäten der mosfets zu laden ist in etwa die die als wärme abegeben wird. daa liegt daran das vor dem gate immer ein (möglichst kleiner) widerstand ist der sich durch den strom aufwärmt