CPU 코어 전압

CPU 코어 전압(V_CORE)은 CPU(디지털 회로), GPU 또는 프로세싱 코어를 포함하는 기타 장치에 공급되는 전원 전압입니다.CPU가 소비하는 전력량과 그에 따라 방산되는 열의 양은 이 전압과 CPU가 소비하는 전류의 곱입니다.CMOS 회로인 최신 CPU에서는 전류는 클럭 속도에 거의 비례하며, CPU는 클럭 사이클 사이에 전류를 거의 소비하지 않습니다.(단, 서브임계값 누출 참조).

전력 절약 및 클럭 속도

많은 노트북 및 데스크톱 프로세서는 전력 절약과 발열 관리를 위해 소프트웨어(통상 운영체제)가 클럭 속도와 코어 전압을 동적으로 조정하기 위해 사용할 수 있는 전원 관리 기능을 갖추고 있습니다.

대부분의 경우 전압 레귤레이터 모듈은 5V 또는 12V 또는 기타 전압에서 CPU에 필요한 CPU 코어 전압으로 변환합니다.

전력을 절약하는 코어 전압이 낮아지는 경향이 있습니다.이는 CMOS 설계자에게 어려운 과제가 됩니다.CMOS에서는 전압이 접지에만 도달하고 공급전압, FET의 소스, 게이트 및 드레인 단자에는 공급전압 또는 제로전압만 존재하기 때문입니다.

MOSFET 공식: $\,I_{D}=k((V_{GS}-V_{tn})V_{DS}-(V_{DS}/2)^{2})$ D $\,I_{D}=k((V_{GS}-V_{tn})V_{DS}-(V_{DS}/2)^{2})$ ( ( $\,I_{D}=k((V_{GS}-V_{tn})V_{DS}-(V_{DS}/2)^{2})$ $\,I_{D}=k((V_{GS}-V_{tn})V_{DS}-(V_{DS}/2)^{2})$ - $\,I_{D}=k((V_{GS}-V_{tn})V_{DS}-(V_{DS}/2)^{2})$ $\,I_{D}=k((V_{GS}-V_{tn})V_{DS}-(V_{DS}/2)^{2})$ n ) $\,I_{D}=k((V_{GS}-V_{tn})V_{DS}-(V_{DS}/2)^{2})$ $\,I_{D}=k((V_{GS}-V_{tn})V_{DS}-(V_{DS}/2)^{2})$ S - $\,I_{D}=k((V_{GS}-V_{tn})V_{DS}-(V_{DS}/2)^{2})$ ( $\,I_{D}=k((V_{GS}-V_{tn})V_{DS}-(V_{DS}/2)^{2})$ $\,I_{D}=k((V_{GS}-V_{tn})V_{DS}-(V_{DS}/2)^{2})$ S / $\,I_{D}=k((V_{GS}-V_{tn})V_{DS}-(V_{DS}/2)^{2})$ ) $\,I_{D}=k((V_{GS}-V_{tn})V_{DS}-(V_{DS}/2)^{2})$ 2 $\,I_{D}=k((V_{GS}-V_{tn})V_{DS}-(V_{DS}/2)^{2})$ ( $display$ \ , I _ { D } = $k$ ( $V$ _ { $GS$ } - $V$ _ { $tn$ ） $V_{DS}-(V_{DS}/2)^{2}}$ 은 $\,I_{D}=k((V_{{GS}}-V_{{tn}})V_{{DS}}-(V_{{DS}}/2)^{2})$ (는) FET에 의해 $I_{D}$ 되는 전류 I D $(\$ 가 $I_{D}$ 임계값 $V_{tn}$ $V_{tn}$ $(\$ 만큼 감소된 게이트 소스 전압에 비례하며, 특히 FET 채널 캐퍼시티의 기하학적 모양과 물리적 게이트 속성에 따라 달라집니다. $V_{tn}$ $tn(전압$ 을 낮추고 전류를 증가시키는 데 필요함) $V_{tn}$ 을 줄이려면 캐패시턴스를 늘려야 합니다.그러나 구동되는 부하는 또 다른 FET 게이트이므로 필요한 전류는 캐패시턴스에 비례하므로 설계자는 캐패시턴스를 낮게 유지해야 합니다.

따라서 공급 전압이 낮아지는 추세는 높은 클럭 속도라는 목표에 반하여 작용합니다.포토 리소그래피의 개선과 임계 전압의 저하만이, 양쪽 모두를 동시에 개선할 수 있습니다.한편 위의 공식은 롱채널 MOSFET용입니다.MOSFET 면적이 18~24개월마다 절반으로 줄어들면서(무어의 법칙), 채널 길이라고 불리는 MOSFET 스위치의 두 단자 사이의 거리가 점점 더 좁아지고 있습니다.이로 인해 단자 전압과 전류 사이의 관계가 변화합니다.

프로세서의 오버클럭은 시스템의 안정성을 희생시키면서 클럭 속도를 높입니다.높은 클럭 속도를 유지하려면 많은 경우 소비전력과 방열을 희생하면서 더 높은 코어전압이 필요합니다.이를 "과전압"^[1]이라고 합니다.과전압은 일반적으로 프로세서가 사양에 맞지 않게 동작하게 되어 프로세서가 손상되거나 CPU 수명이 짧아질 수 있습니다.

듀얼 전압 CPU

듀얼 전압 CPU는 스플릿 레일 설계를 채용하고 있기 때문에 프로세서 코어는 낮은 전압을 사용하지만 외부 입출력(I/O) 전압은 하위 호환성을 위해 3.3V를 유지합니다.

단일 전압 CPU는 칩 전체에서 단일 전원 전압을 사용하여 I/O 전원과 내부 전원을 모두 공급합니다.2002년 Microprocessor #Market 통계에서 대부분의 CPU는 단전압 CPU입니다.Pentium MMX 이전의 CPU는 모두 싱글 전압 CPU입니다^{[citation needed]}.

클럭 속도를 높이고 반도체 제조 공정을 미세화할 때 성능 향상을 위해 듀얼 전압 CPU가 도입되었습니다.특히 노트북과 관련하여 과도한 발열과 전원 공급에 대한 우려가 있었습니다.전압 레귤레이터를 사용하여 외부 I/O 전압 레벨을 낮은 전압으로 변환하여 전력 소모를 줄임으로써 높은 주파수에서 작동하기 위한 발열을 줄였습니다.

VRT는 모바일 환경에서 사용하기 위한 오래된 인텔 P5 Pentium 프로세서의 기능입니다.코어 전압 공급 장치를 I/O 전압에서 분리하는 것을 말합니다.VRT 프로세서의 코어 전압은 3.3V, 코어 전압은 2.9V로 I/O 및 코어 전압이 모두 3.3V인 일반 Pentium 프로세서에 비해 전력을 절약합니다.Pentium MMX 이후의 모든 프로세서는 이른바 스플릿 레일 전원장치를 채택하고 있습니다.

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동적 전압 스케일링
Switched Mode Power Supply Application(SMPS; 스위치 모드 전원 장치)

레퍼런스

^ Victoria Zhislina (2014-02-19). "Why has CPU frequency ceased to grow?". Intel.

외부 링크

[1] Victoria Zhislina (2014-02-19). "Why has CPU frequency ceased to grow?". Intel.

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