Роль транзисторов и диодов в компьютерах

[Dmitriy40]

Pavia
Выделенное Вами цветом означает что на входы не подаются никакие изменения уровней, т.е. все входы остаются в одном и том же состоянии. А чуть выше написано что все порты деактивированы. Т.е. это именно что ток потребления при отсутствии обращений, когда максимум что может "щёлкать" - это входные буфера по сигналу CLK (если он не static как должен быть), но их доля в общем количестве триггеров чипа ничтожна.
А 2мка - ток утечки по входам, а вовсе не ток потребления всего чипа по питанию.

[=SSN=]

У Xilinx'а есть красивые картинки, в которых указана потребляемая мощность в Ваттах отдельно для мощности связанной со статическим потреблением, для мощности связанной с динамическим потреблением и для мощности, которая связана с потреблением трансиверов и портов ввода-вывода в зависимости от типа дизайна и используемых в дизайне чипов.

Правда, все это указано только для FPGA по тех.процессу 28нм.
Но для тех.процессов 7нм-10нм-16нм графики будут примерно похожими.

7-series-power-benchmark-summary

[Emergency]

Dmitriy40 в сообщении #1418106 писал(а):

А Вы откуда эту формулу взяли?

Если коротко - то в интернете. А длинно не скажу - та статейка и ссылка на статейку с исследованием, которую я не смог скачать бесплатно, потерялись. :(
Но если у вас есть ссылки на другие формулы, то вы безусловно можете их дать и это будет хорошим аргументом.

-- 29.09.2019, 16:04 --

=SSN= в сообщении #1418138 писал(а):

...указана потребляемая мощность в Ваттах отдельно для мощности связанной со статическим потреблением...

И вы полагаете, что статическое потребление означает нулевую тактовую частоту? Или ту частоту, которая указана в таблице?

-- 29.09.2019, 16:10 --

Dmitriy40 в сообщении #1418106 писал(а):

И ток 1165мА для SRAM при отсутствии обращений
?

По вашей ссылке я увидел DDR... Не туда посмотрел?

[Munin]

Emergency в сообщении #1418141 писал(а):

Но если у вас есть ссылки на другие формулы, то вы безусловно можете их дать и это будет хорошим аргументом.

Главный аргумент здесь то, что процессор сложная штука, и подобных простых формул не имеет, разве что подгонкой из соображений размерности.

[=SSN=]

Emergency в сообщении #1418141 писал(а):

И вы полагаете, что статическое потребление означает нулевую тактовую частоту?

Вы по-английски читать умеете? Что по-вашему означает слово "static"?

scaa035b:

Цитата:

Static power consumption is the product of the device leakage current and the supply voltage. Total static power consumption,
PS, can be obtained as shown in equation 2:

$$PS=\sum(LeakageCurrent)\cdot(SupplyVoltage)$$

Static dissipation:

Цитата:

Both NMOS and PMOS transistors have a gate–source threshold voltage, below which the current (called sub threshold current) through the device drops exponentially. Historically, CMOS designs operated at supply voltages much larger than their threshold voltages (Vdd might have been 5 V, and Vth for both NMOS and PMOS might have been 700 mV). A special type of the CMOS transistor with near zero threshold voltage is the native transistor.

SiO2 is a good insulator, but at very small thickness levels electrons can tunnel across the very thin insulation; the probability drops off exponentially with oxide thickness. Tunnelling current becomes very important for transistors below 130 nm technology with gate oxides of 20 Å or thinner.

[Emergency]

Munin в сообщении #1418151 писал(а):

процессор сложная штука, и подобных простых формул не имеет

Это бесспорно так, и добиться постоянства "некоторого коэффициента" достаточно сложно, но, наверное, возможно. Правда остаются сложности с многоядерными процессорами и троттлингами, но можно ведь взять самые простые одноядерные процессоры, снять потребление при разных напряжениях и частотах и построить график... А потом условно считать, что сложный процессор есть разновидность соединения простых процессоров в которых, специально для того чтобы нас запутать, вывели сотню ножек для питания их компонентов. Но мы же на это не поведемся.

-- 29.09.2019, 16:36 --

=SSN= в сообщении #1418156 писал(а):

Вы по-английски читать умеете? Что по-вашему означает слово "static"?

Это слово имеет слишком много смыслов в сочетании с разными словами, чтобы я осмелился его трактовать без прямых указаний на условия.

=SSN= в сообщении #1418156 писал(а):

Tunnelling current becomes very important for transistors below 130 nm technology with gate oxides of 20 Å or thinner.

Спасибо, это очень убедительно. Как в отношении тока утечки, так и в наличии кризиса в процессоростроении.

[Dmitriy40]

=SSN= в сообщении #1418138 писал(а):

У Xilinx'а есть красивые картинки,

Спасибо.
По моему важно что статическое потребление нигде и никогда не уходит в ноль,, а вполне себе сравнимо с динамическим (на глаз для Xilinx от 20% до 60% от их суммы, для Altera поболее, от 25% до 80%), даже может его превышать.

Emergency в сообщении #1418141 писал(а):

Но если у вас есть ссылки на другие формулы, то вы безусловно можете их дать и это будет хорошим аргументом.

В формуле как минимум не хватает слагаемого статического тока, который похоже зависит от напряжения экспоненциально (микроконтроллер с полностью остановленным тактированием):

Emergency в сообщении #1418141 писал(а):

По вашей ссылке я увидел DDR... Не туда посмотрел?

DDR - это удвоенное тактирование шины данных, а не внутренняя технология матрицы памяти. Отличайте DRAM и SRAM, которые и те и другие могут быть как SDR, так и DDR (и QDR). И SDRAM тоже, это внутри DRAM, а снаружи тактируется синхросигналом (т.е. синхронная что и показывает первый "S").

-- 29.09.2019, 16:44 --

Emergency в сообщении #1418159 писал(а):

А потом условно считать, что сложный процессор есть разновидность соединения простых процессоров в которых, специально для того чтобы нас запутать, вывели сотню ножек для питания их компонентов. Но мы же на это не поведемся.

Прекратите пожалуйста выдумывать и писать чушь. Ну не разбираетесь в микроэлектронике, так и не запутывайте других. Через один контакт нереально передать 100А (из-за потерь и саморазогрева контакта). И не только через контакт между процессором и материнской платой, но и между кристаллом и выводом процессора (да и по кристаллу развести 100А из одной точки очень проблематично).

[Emergency]

Dmitriy40 в сообщении #1418162 писал(а):

В формуле как минимум не хватает слагаемого статического тока

Я понимаю, что она должны быть... Возможно эта формула относилась к стамикронным нормам при которых нет смысла учитывать статический ток при расчете радиатора для разгона процессора.

Dmitriy40 в сообщении #1418162 писал(а):

DDR - это удвоенное тактирование шины данных

Да, спасибо. Слона-то я и не приметил.

Dmitriy40 в сообщении #1418162 писал(а):

Прекратите пожалуйста выдумывать и писать чушь.

Я только пишу. Простите, если повторил чью-то чушь. Просматривал кучу ссылок по энергопотреблению и видел такое. Надо полагать, что вы точно знаете, что все контакты питания идут на общую шину внутри процессора.

[Munin]

Dmitriy40 в сообщении #1418162 писал(а):

Через один контакт нереально передать 100А (из-за потерь и саморазогрева контакта). И не только через контакт между процессором и материнской платой, но и между кристаллом и выводом процессора (да и по кристаллу развести 100А из одной точки очень проблематично).

Спасибо, надо запомнить.

Emergency в сообщении #1418175 писал(а):

Надо полагать, что вы точно знаете, что все контакты питания идут на общую шину внутри процессора.

Не на одну. Но у этой шины (или даже отдельного слоя металлизации, хз) есть и собственное омическое сопротивление. И подсаживается $V_\mathrm{SS}$ вполне прилично.

[Dmitriy40]

Emergency в сообщении #1418175 писал(а):

Надо полагать, что вы точно знаете, что все контакты питания идут на общую шину внутри процессора.

Вовсе нет:

Видите сколько разных напряжений подаётся на кристалл (точнее конечно плату с кристаллом) процессора. И большинство - далеко не по одному выводу.
В разделе 7 чуть дальше в этом pdf можно посмотреть и токи по каждой шине.

(Оффтоп)

Munin в сообщении #1418180 писал(а):

И подсаживается $V_\mathrm{SS}$ вполне прилично.

Vss обычно обозначают землю, питание чаще или Vdd или Vcc. Хотя Вы правы что падение в земле намного противнее.

[Munin]

Dmitriy40 в сообщении #1418184 писал(а):

Vss обычно обозначают землю, питание чаще или Vdd или Vcc.

Немного странно. Я думал, что ss - sources, dd - drains. А cc что? Но спасибо за уточнение. $V_\mathrm{DD}$ имел в виду.

-- 29.09.2019 18:17:53 --

И всё-таки, это отдельные линии или есть целые слои, выделенные под питание? А впрочем, одно другому не противоречит. Слой под питание, но питаний вот сколько разных - вот и развести их все... Главное, дорожками или сплошной поверхностью?

[Dmitriy40]

Munin
Мне кажется общепринятых расшифровок "ss", "cc", "dd" нет в природе, всё зависит от производителя. Иногда встречается разделение Vcc и Vdd по типу логики: аналоговые цепи (PLL, ADC/DAC) или цифровые. Но чаще просто прямо указывают назначение, типа Vcc_core (Vcore) или Vcc_io или Vdda (аналоговое). Vcca кажется не встречал. Зато точно встречал пару Vcc/Vdd именно как плюс и минус питания (а для ОУ - часто ещё и землю отдельно). Для отрицательных (относительно земли) напряжений активно используют Vee. Вот тут есть чуть подробнее этот же вопрос, но веры не сильно.
UPD. В англовики вроде неплохо написано.

-- 29.09.2019, 18:36 --

Munin в сообщении #1418186 писал(а):

И всё-таки, это отдельные линии или есть целые слои, выделенные под питание? А впрочем, одно другому не противоречит. Слой под питание, но питаний вот сколько разных - вот и развести их все... Главное, дорожками или сплошной поверхностью?

Честно говоря не знаю, может быть по разному. Если слоёв металлизации мало (до 4-5), то вперемешку с сигналами, если много (6 и более), то можно и отдельными слоями. В современных процессорах кажется порядка 12 слоёв (8-9 было в 2010г., сколько сейчас не нашёл), так что могут и отдельными. Когда слоёв много лишняя пара масок уже не так влияет (в процентах! не абсолютно разумеется) на себестоимость. Но это всё ИМХО, точных данных не помню (до отдельных транзисторов и металлизации я технологии не понимаю, только до уровня логических вентилей, потому и не запомнил).

[Emergency]

Dmitriy40 в сообщении #1418184 писал(а):

Видите сколько разных напряжений подаётся на кристалл (точнее конечно плату с кристаллом) процессора. И большинство - далеко не по одному выводу.

Большое спасибо. Я правильно понял, что этими напряжениями можно управлять производительностью и энергопотреблением компонентов процессора?

[Dmitriy40]

Emergency в сообщении #1418208 писал(а):

Dmitriy40 в сообщении #1418184 писал(а):

Видите сколько разных напряжений подаётся на кристалл (точнее конечно плату с кристаллом) процессора. И большинство - далеко не по одному выводу.

Большое спасибо. Я правильно понял, что этими напряжениями можно управлять производительностью и энергопотреблением компонентов процессора?

Не совсем, некоторые подаются отдельно ради уменьшения помех и шумов и вероятности сбоев. Управлять можно теми, которые помечены SVID в табличке чуть дальше, в 7 разделе:

Но к управлению производительностью это имеет косвенное отношение: при увеличении производительности напряжения надо повышать. Но само по себе повышение напряжения ничего не ускорит, надо ещё и у тактовых сигналов менять частоту (ну или множитель у PLL).

[Emergency]

Dmitriy40 в сообщении #1418226 писал(а):

само по себе повышение напряжения ничего не ускорит

Это я знаю - занимался отбором памяти во времена первых самодельных персоналок. Генератором повышали тактовую частоту и смотрели на осциллографе как трапеции превращаются в треугольники, высота которых уменьшается до порога переключения. Навешиванием на ноги питания керамических конденсаторов и повышением напряжения удавалось выжать из части микросхем приличные частоты, а остальные разложить на наборы с однотипными характеристиками.