Esta es una pregunta hipotética sobre cómo funciona una CPU. Si compro dos CPU idénticas y uso una a largo plazo (digamos un año), ¿será idéntica en velocidad a la CPU no utilizada? ¿El número de ciclos de reloj, la latencia de las solicitudes, etc. en la CPU utilizada será menor que la de la CPU no utilizada?
Un argumento de apoyo puede ser que los dispositivos mecánicos se degradan con el tiempo, mientras que una CPU no tiene partes móviles (aparte del ventilador externo), sí tiene circuitos que pueden dañarse por el calor y los picos de voltaje. Digamos que después de un año de uso intensivo, los circuitos se degradan y pueden pasar menos electrones ya que la vía es más estrecha, etc.
¿Es esta la naturaleza de cómo funciona una CPU, o simplemente está funcionando o está rota, sin degradación de velocidad en el medio?
Respuestas:
No,
Oscilador de cristal
la velocidad de una CPU está determinada por un oscilador de cristal , que yo sepa, esta es una parte externa para la mayoría de las CPU
Imagen del artículo de TechRepublic
Sin embargo, sospecho que esto no es un factor significativo.
(de TI sobre un IC RTC pero creo que esta tasa es similar para los cristales de tiempo en general)
Cambios de semiconductores de CPU
Breakthrough publicó un enlace a un artículo de IEEE que describe la gran cantidad de formas en que los semiconductores se ven afectados con el tiempo.
Por lo tanto, es posible que la velocidad máxima de reloj de la CPU sea capaz de disminuir con el tiempo. Sin embargo, en la mayoría de los casos, esto no hará que la velocidad máxima teórica posible de la CPU caiga, dentro de un año, por debajo de la velocidad de funcionamiento real establecida por el oscilador de cristal. Por lo tanto, una CPU que se haya almacenado durante un año funcionará a la misma velocidad que una CPU originalmente idéntica que se ha utilizado continuamente durante un año.
Regulación térmica de la CPU
Muchas CPU reducen su velocidad si su temperatura excede un umbral preestablecido. Los principales factores que pueden causar que una CPU de un año se sobrecaliente no tienen que ver con la degradación de los semiconductores dentro de la CPU. Por lo tanto, estos factores no tienen relación con la pregunta formulada.
Es poco probable que un par dado de CPU idénticas diverjan en capacidad dentro de un año lo suficiente como para provocar problemas térmicos que requieren que uno de ellos funcione a una velocidad reducida. Al menos, no conozco evidencia de que esto haya ocurrido dentro de un año en un dispositivo que no se considera un fallo de garantía debido a un defecto de fabricación.
Eficiencia energética de la CPU
Muchas computadoras, especialmente las portátiles, están diseñadas de manera similar para reducir el consumo de energía cuando están inactivas. Nuevamente, esto no es realmente relevante para la pregunta como se indicó.
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En teoría, no, una CPU debería funcionar básicamente a la misma velocidad durante toda su vida.
En la práctica, sí, las CPU se vuelven más lentas con el tiempo debido a la acumulación de polvo en el disipador térmico, y porque la pasta térmica de menor calidad con la que se envían las computadoras pregeneradas a menudo se degradará o evaporará. Estos efectos hacen que la CPU se sobrecaliente, en cuyo punto acelerará su velocidad para evitar daños.
Sin embargo, limpiar el disipador térmico y volver a aplicar la pasta térmica debería hacerlo como nuevo.
Nota: si está preguntando esto debido a que una computadora vieja se ralentiza, hay otras razones (generalmente unidades de disco duro agotadas o condensadores rotos) que las computadoras viejas se ralentizarán con el tiempo.
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Respuesta corta, no, una CPU no se volverá más lenta con la edad.
Respuesta un poco más larga:
Una CPU funcionará siempre que todas las conexiones y transistores funcionen correctamente. Mientras que en un cable normal puede haber movimiento que puede hacer que la conexión sea intermitente, ese no es el caso en la CPU como:
Si algo se rompe, puede pasar cualquier cosa: desde malas matemáticas hasta que la computadora no se inicia.
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Yo diría que el corazón esencial de este asunto tiene mucho menos que ver con el hardware físico, como lo hace con la forma en que nuestras percepciones y el rendimiento relativo del software que ejecutamos cambian con el tiempo.
En un mundo de
1's and 0's, es muy poco lo que puede suceder, especialmente a la CPU, que alteraría drásticamente (o incluso estadísticamente) el rendimiento general de la máquina, además de una falla total.Esta pregunta me llamó la atención porque recordé momentos en mi vida en los que no podía creer que la máquina que estaba usando, era la misma que tal vez solo unos años antes pensaba que era tan rápida , que ahora estaba siendo torturado por lo que en ese momento parecía ser interminablemente lento.
En una nota más brillante, ya que los abogados de Moore parecían estar en receso, los desarrolladores de software han realizado importantes mejoras en los últimos años, que parecen centrarse en ajustar el rendimiento frente a depender de la potencia bruta. No es exagerado cuando digo que mi Mac Pro Xenon de 8 núcleos a 2,8 GHz parece 2X o 3X más rápido ahora que cuando se compró en 2008. Estas son diferencias significativas y medibles que solo podrían deberse a mejoras / optimizaciones masivas en el software lado.
Lo que digo es que la mente humana / nuestras percepciones / nuestras expectativas, combinadas con otros aspectos más flexibles del entorno operativo, son exponencialmente más impactantes que cualquier variación de una especificación de fábrica, lo que puede preocuparle.
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Lo más probable es que sí . La velocidad a la que se ejecuta una CPU es variable y la establece el usuario final (aunque generalmente se configura automáticamente según las especificaciones del fabricante). Sin embargo, es posible que al final del primer año, la CPU no utilizada (suponiendo que fueran realmente idénticas para empezar) overclocks mejor que la CPU utilizada. Este efecto se puede atribuir al envejecimiento del transistor , que insinuó más adelante en su pregunta:
Este es exactamente el caso, y es precisamente lo que sucede después de usar una CPU.
Al igual que en un vehículo, hay un desgaste en los conductores a medida que los electrones pasan a través de ellos. El calor también afecta el envejecimiento del transistor, por lo que la matriz de la CPU está diseñada para un rango particular de temperaturas de funcionamiento. Durante el funcionamiento, los electrones tienen que atravesar algunas capas en los materiales semiconductores, degradándolos con el tiempo. Esto hace que la velocidad de conmutación de los transistores individuales aumente con el tiempo, haciéndolos "más lentos".
Sin embargo, como dije antes, el usuario final establece la velocidad de la CPU. Es un circuito digital síncrono, y se ejecutará tan rápido como usted lo indique, incluso si el retraso de la propagación excede el tiempo de conmutación y la computadora falla. Esto es lo que sucederá a medida que una CPU envejezca. Con el tiempo, las distintas subunidades de la CPU tardarán cada vez más en terminar sus cálculos, lo que provocará inestabilidad en la CPU.
Este efecto puede mitigarse disminuyendo la velocidad del reloj, haciendo que la CPU sea más lenta pero compensando los mayores retrasos de propagación. Este efecto también puede mitigarse aumentando el voltaje de la CPU (lo que provoca un tiempo de conmutación reducido para los transistores, lo que permite una mayor velocidad de reloj), pero elevar el voltaje de la CPU solo hará que los transistores envejezcan más rápido .
Es por eso que decimos que un procesador se vuelve más lento a medida que envejece: el procesador se vuelve inestable a velocidades más altas, lo que requiere que baje la velocidad del reloj con el tiempo. La buena noticia es que este efecto generalmente es notable en una escala de años .
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Recuerdo un efecto visto en algunos de los primeros circuitos integrados: cuando se pasaban densidades de corriente relativamente altas a través del cableado de oro, en realidad habría una migración física del oro similar al meandro de un río con el tiempo. En las esquinas, la esquina migraría lentamente hacia afuera (al igual que un codo de buey en un río) haciendo que el cable sea más delgado y más largo (y también existe el riesgo de que se acorte a un cable adyacente). Este adelgazamiento / alargamiento de los cables seguramente afectaría la velocidad máxima del reloj del circuito (aunque sea muy levemente).
Además, creo que los diseñadores saben cómo controlar los procesos de fabricación para evitar este efecto específico (o al menos hacerlo inmensamente pequeño). Pero, como se señaló en un comentario anterior, hay varios otros efectos.
Sin embargo, hay dos factores que hacen que sea razonable decir "no, a todos los efectos prácticos" en respuesta a la pregunta original:
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Esta no es una respuesta completa, sino una presentación de una posible fuente de degradación de la velocidad (aunque no es tan importante como la aceleración debido a la degradación por transferencia de calor mencionada anteriormente):
Quizás la ruta más larga aumenta debido a la acumulación de carga dieléctrica, lo que hace que el procesador se reduzca para poder funcionar. Es decir, cuando se da un vector de entradas a un circuito lógico, pasa un tiempo finito mientras el sistema lógico físico se pone en su lugar (lo que establece un enlace superior para la frecuencia del reloj). La degradación dieléctrica le sucede a cada transistor, lo que hace que un transistor requiera un voltaje más alto para el mismo tiempo de subida, o equivalentemente, un tiempo de subida más bajo (menos velocidad) al mismo voltaje. Si una cantidad suficiente de transistores se degrada (de manera desigual), la ruta más larga podría cambiar, lo que puede degradar el rendimiento en un procesador que funciona cerca de su límite de velocidad lógica.
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CPU es sinónimo (para la mayoría) de Procesador Multi-core, que sospecho es más probable que pregunte.
Es posible que algunos procesadores de varios núcleos deshabiliten los núcleos que desarrollan fallas, ya sea fallas intermitentes de sobrecalentamiento o fallas permanentes. Vea la funcionalidad de autocorrección del chip de investigación Intel de 80 núcleos . Un núcleo defectuoso se marca efectivamente como inutilizable, y sus responsabilidades se distribuyen a otros núcleos. Menos núcleos significa que su procesador tiene menos ciclos totales de CPU disponibles y, por lo tanto, será más lento para realizar el trabajo.
Me imagino que esto se volverá más común a medida que los fabricantes intenten mantenerse al día con la ley de Moore y acumulen cada vez más núcleos en los troqueles del procesador.
Editar:
dejado en lo que el comentario de James tiene sentido.
Según How-Stuff-Works , el procesador Cell de la PS3 tiene una redundancia similar, está hecho con 8 SPE, utiliza 7 de ellos, manteniendo 1 en reserva en caso de falla. Dudo que el procesador funcione si fallan 2 SPEs, pero no puedo encontrar más información.fuente
cómo funciona una CPU cuando se observa el funcionamiento fundamental de CMOS requiere y comprende que las velocidades de rotación de CMOS causan disipación de calor y el aumento de las temperaturas reduce las velocidades de rotación, lo que aumenta aún más la velocidad de rotación y también aumenta el tiempo de propagación. Si hay un margen establecido en el tiempo antes de una condición de carrera, entonces se puede decir con una velocidad de reloj constante que la MPU puede ejecutar tiempos de subida más lentos y mayores retrasos de reloj, por lo que el margen antes del bloqueo debido a una condición de carrera en el chip o la memoria externa puede Causa fracaso. Esto explica por qué las MPU que funcionan en caliente funcionarán después de un período de enfriamiento.
El envejecimiento aparente de las compuertas CMOS puede ocurrir si se acumula polvo húmedo en las tierras soldadas del autobús expuesto. Esto puede agregar muchos pF de carga, lo que puede reducir el tiempo de subida de las señales del bus y aumentar la disipación interna del calor, causando una mayor reducción en las velocidades de rotación.
Otra causa del envejecimiento aparente es el aumento en el número de tareas en segundo plano instaladas por las nuevas empresas y que genera un exceso de calor durante la llamada actividad inactiva. recortar los inicios puede reducir la carga general de la CPU y, por lo tanto, restaurar el aumento de temperatura normal debido al exceso de procesos en ejecución. Por ejemplo, XP en la instalación limpia de una versión comercial podría tener 25 procesos en ejecución y una versión OEM con muchos servicios de instalación automática del usuario y procesos de inicio en el registro, podría aumentar este número de procesos como se muestra en la pestaña de proceso del Administrador de tareas para decir 50, e incluso hasta 100 de mi experiencia de usuarios sin experiencia. DIsabilizar estos procesos usando programas simples como MSConfig puede ayudar, pero WinPatrol es aún mejor y gratuito, y restaura la operación fresca como nuevo.
Como han señalado otros, existen mecanismos internos de falla que también disminuyen las velocidades de rotación de las puertas llamadas ruptura dieléctrica dependiente del tiempo del crecimiento de ElectroMigration en el material semiconductor. Esto depende de los niveles de estrés de calor y voltaje y también de la exposición a la radiación gamma en el espacio.
Todos estos factores contribuyen a por qué el aumento de la temperatura y la pérdida de margen de tiempo se producen en las computadoras portátiles debido al envejecimiento, incluso después de una nueva instalación de la imagen OEM. Por lo tanto, las computadoras portátiles de 5 años se calentarán más, lo que significa que deben tener velocidades de rotación más largas y, por lo tanto, un aumento de temperatura elevado por encima de la temperatura ambiente, lo que significa que debe funcionar con tiempos de subida más lentos. Pero la velocidad del reloj es fija, por lo que el rendimiento si funciona será el mismo hasta que el margen caiga a cero sin previo aviso. Por lo tanto, mi mejor consejo es controlar su aumento de temperatura y no exceder los 70 ° C para una operación confiable. Se prefiere un máximo de 60 ° C donde la mayoría de los ventiladores de CPU comienzan a funcionar a toda velocidad.
Hay muchas razones por las cuales las CPU se calientan con el envejecimiento. Una razón requiere y comprensión del cambio complementario. En pocas palabras, es un interruptor sincrónico que se enciende y se apaga. Mientras tanto, hay un cortocircuito momentáneo si hay un cruce de velocidades de rotación desiguales o tiempos de conmutación. La nueva tecnología de CMOS puede compensar esta característica que depende de la temperatura y el voltaje para introducir tiempos de conmutación más rápidos pero con un tiempo muerto controlado para eliminar la pérdida de potencia transitoria durante el cruce. Aunque ElectroMigration es una razón de retrasos adicionales, no es obvio si esto es simétrico.
Sin embargo, el aumento de la temperatura de la CPU es un fenómeno generalizado con el envejecimiento {con las computadoras portátiles detectadas por los usuarios que se calientan gradualmente a lo largo de los años} y esto ayuda a explicar las razones. es decir, el envejecimiento causa un aumento gradual de la velocidad de rotación que afecta el consumo dinámico de energía de una frecuencia de reloj constante o una velocidad de repetición de transiciones cruzadas. Como sabemos que la potencia de fuga en estado estable es insignificante, es esta fuerza impulsora efectiva de salidas complementarias con sobretensión momentánea la que eleva la temperatura de la CPU. Por lo tanto, la temperatura de inactividad de la CPU es un fuerte indicador del envejecimiento o la desaceleración de las velocidades de rotación si todo lo demás es constante. (Carga de la CPU, V +, temperatura ambiente, eficiencia de enfriamiento, eliminación de polvo). más caliente y, por lo tanto, con menos margen de tiempo antes de que ocurra una condición de carrera.
El mismo fenómeno existe en las CPU de escritorio, pero los usuarios pueden no ser conscientes del aumento gradual de la velocidad del ventilador a lo largo de los años que compensa la mayor disipación de calor debido al envejecimiento gradual. No hay ningún estudio empírico que yo sepa, pero son mis observaciones personales de las CPU en los últimos 20 años lo que sucede en muchos casos, pero no en todos.
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Algunos fragmentos extra sobre algunas de las otras respuestas.
Los cristales pueden / se desplazan lentamente con el tiempo, pero la temperatura los afecta mucho más que el tiempo. Por ejemplo, justo cuando enciende la máquina, es probable que funcione a una velocidad un poco diferente a la que ha estado funcionando durante horas. Estas diferencias son, sin embargo, mucho demasiado pequeña para ser perceptible.
Es completamente posible tener una falla intermitente en las conexiones en un chip. Al fabricar un chip, (obviamente) hacen todo lo posible para evitar esto, pero aún es posible y aún sucede. A medida que los chips comenzaron a calentarse más, esto se ha vuelto más común. Sin embargo, cuando esto sucede, es mucho más probable que la máquina se apague por completo de lo que funciona normalmente, pero más lento de lo que sucedió. Eso no quiere decir que una desaceleración sea imposible, sino muy poco probable.
Si bien la autocorrección puede detectar errores y apagar partes de una CPU, las CPU en (al menos la mayoría) de las PC actuales no incluyen tales capacidades. Para esto, está buscando un mainframe de gama alta o una PC del futuro (aunque, ciertamente, ya no está tan lejos de un futuro).
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Aunque esto tiene muy poco que ver con la vida cotidiana, existe una preocupación por el envejecimiento de los componentes electrónicos. En pocas palabras, y esto es cierto para cualquier componente o sistema electrónico:
Entonces: sí, si su CPU es muy antigua, puede adivinar que algún componente de la CPU (algunos errores de caché no responden y siempre producen fallas en la página; o un núcleo de CPU que se pierde) puede ralentizarlo. Pero lo más probable es que tenga más éxito buscando en otro lado.
Además, tenga en cuenta que una computadora tiene muchos componentes grandes o pequeños que envejecen mucho más rápido que la CPU. Incluyendo:
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Si no está limpiando el disipador térmico y los ventiladores de su CPU se calientan más y el rendimiento del sistema será más lento. Dado que las partículas de polvo tardan un tiempo en asentarse en esas áreas, creemos que con el tiempo se reducen la velocidad y el rendimiento de la CPU.
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Sí, depende del uso del usuario, el disco duro es el que envejece tan pronto como se infecta con sectores defectuosos a medida que envejece.
Luego, cuando los programas de gama alta se ejecutan en la configuración anterior, absorbe las imágenes máximas, por lo que se vuelve más lento y, a medida que pasan los años, su tecnología aumenta cuando su sistema no puede cumplir con los requisitos de software ... por lo que se dice que su / nuestro El sistema se vuelve más lento cuando envejece.
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El calor es el factor más importante en la velocidad de la CPU. Dicho esto, dependiendo de qué CPU esté en su máquina, podría reducir dinámicamente la velocidad para mantenerse dentro de un rango de temperatura "seguro". La mayoría de las CPU pueden hacer esto. Puede que no sepas que está sucediendo. Sin embargo, la temperatura no es algo que deba aumentar con el tiempo, si limpia el disipador de calor con regularidad, y la pasta térmica no se aplica incorrectamente.
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Esto es discutible. Depende. Generalmente según la teoría, NO simple. Pero dependiendo de sus horas de uso, cargue la fuente de alimentación de la CPU y el estado de la alimentación externa, si funciona sin UPS, las placas base se degradan y, por lo tanto, la carga en la CPU podría aumentar. Pero trabajar en condiciones ideales será igual que nuevo. Dado que la CPU contiene miles de millones de transistores en el interior y con el tiempo, si su rendimiento se reduce de alguna manera, degradará el rendimiento de la CPU. Entonces, en general, a veces enfrentamos desaceleraciones del sistema incluso después de nuevas instalaciones.
Pero en general es no.
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