Почему новые видеокарты и процессоры такие горячие?

Привет. Мы знаем, что чем тоньше техпроцесс - тем эффективнее железка, но почему-то в последнее время, комплектующие становятся все горячее и прожорливее, притом, что производительность растет не так быстро, как их нагрев. Почему?

Что выделяет тепло?

Из курса физики мы знаем, что никакой вид энергии не может преобразовываться в другой со 100%-ным КПД. В нашем случае, компьютерный чип - это чистый нагреватель с КПД около 0,000000000000000000000002...%.

Вот он - нагреватель

Проблема в том, что транзистор (который и делает всю работу компьютера), пусть даже самый маленький - все еще объект, который подчиняется законам физики. Он не может сам по себе менять свое состояние так, как ему вздумается - ему надо помочь. И помогает ему в этом деле... Ток. Обычный. Электрический.

Протекая через транзисторы, он позволяет им несколько миллиардов раз в секунду менять свое положение, однако все структуры внутри процессора - медные, притом очень тонкие, а значит имеют сопротивление.

А теперь мы их "клонируем"

Что будет, если сами транзисторы (через которые, напомню, идет ток) мы уменьшим, а их количество увеличим? Скажем, физический размер транзистора станет вдвое меньше, а плотность их размещения возрастет вообще втрое? Произойдет несколько вещей:

1. Если будут уменьшена толщина слоя проводника, возрастет сопротивление каждого конкретного элемента;
2. Плотность элементов (читай - нагревателей) будет увеличена вчетверо, при этом первое правило не отменяется;
3. Производитель, вероятно, захочет поднять частоту повыше, но так как каждый конкретный транзистор имеет свою инерцию (ничто в этом мире не хочет двигаться само), надо ему помочь, немного увеличив напряжение.

Чем сильнее транзистор "пнуть" (подав большее напряжение), тем быстрее будет переход и тем выше будет максимальная частота чипа. Чем меньше транзистор - тем меньше напряжения ему требуется для такого "пинка" по сравнению с чипом на более грубом техпроцессе.

Номинальные нанометры

Посмотрим на цифры. Транзисторы на новых процессорах и видеокартах действительно меньше, но далеко не так, как это заявляется. Выглядит это примерно так:

Тут, конечно, пример не с видеокартами, но все же видно, что размер транзисторов отличается далеко не вдвое.

Дело в том, что эти циферки после слова "техпроцесс"... Не хочу никого расстраивать, но берутся они вообще непонятно откуда - это может быть как самая тонкая часть транзистора, так и простая выдумка, или вообще маркетинговое название техпроцесса.

Слева - 14-нм Intel, справа - 10-нм от тех же intel. По циферкам - минус 4 нанометра, по факту - расстояние между "ножек" меньше всего на 20%.

А вот - еще более наглядный пример. Транзистор "типа-7nm" занимает БОЛЬШЕ площади, чем более толстый 10-нм от другого производителя.

Вот и получается, что транзисторы не уменьшаются, но при этом растет их плотность и частоты чипов процессоров и видеокарт.

Итак, почему железки становятся горячее, надеюсь, уже понятно - транзисторы в чипе практически не уменьшаются, зато очень быстро растет их количество и плотность размещения, да и частота сама собой не увеличивается - надо поднять напряжение, чтобы все работало.

Забавно: у 1080Ti на 16-нм техпроцессе, напряжение находится в районе 1 V, и работает карта на частоте примерно 1950 МГц. У 3080Ti, которая на "8-нм" техпроцессе, напряжение 950 mV для работы на той же частоте в 1950 МГц. Разница есть, но далеко не такая, как можно ожидать.

Тем не менее, рост эффективности есть, пусть и не такой большой, как нам презентуют это маркетологи. Ну вот - теперь и нанометры стали маркетинговой величиной... Ну а у меня на этом все. Если тебе понравилась статья - не забудь поставить ей лайк и подписаться на канал - для тебя это бесплатно, а автору приятно. Увидимся!