处理器的计算本身是否消耗能量?

2023-03-15 17:12:16 +08:00
 xuangoer666
消耗的能量是全部变成热能?那为什么能够产生计算结果呢?还是有一部分变成啥?
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19 条回复
xtreme1
2023-03-15 17:15:57 +08:00
芯片计算消耗的能量基本没有现实意义 比芯片的电磁辐射还小
shakoon
2023-03-15 17:24:27 +08:00
信息量不是能量,和能量也是不是可以等价交换的
jmc891205
2023-03-15 17:27:37 +08:00
ghjexxka
2023-03-15 17:30:25 +08:00
那为什么能够产生计算结果呢?

因为计算结果不是能量
autoxbc
2023-03-15 17:38:15 +08:00
计算使无序变为有序,根据热力学第二定律,需要消耗能量。甚至,有计算认为信息本身还有质量
https://www.solidot.org/story?sid=71189
kwh
2023-03-15 17:39:04 +08:00
巧了,这个问题,我也思考过。
我觉得 cpu 中的电能应该全部转换为了热能。
而在这能量的转换过程中,得到了副产物---计算结果。
如果硬要说亏了什么,我觉得应该是亏了高级能量(电能转换成了热能)。
deorth
2023-03-15 17:40:24 +08:00
思而不学则殆
geelaw
2023-03-15 17:44:43 +08:00
目前的实现是必须消耗能量的,因为计算过程不可逆,会擦除系统中的信息,根据 https://en.wikipedia.org/wiki/Landauer's_principle 这需要能量(会放热,即转换为内能)。

能量除了热损耗(变成内能)还可以暂时储存在元器件里面。
Tamio
2023-03-15 17:55:55 +08:00
变成了热
kwh
2023-03-15 18:01:06 +08:00
这就好比,在一个平地,给一个球一千焦的动能,直到这个球停下。
这个过程中这一千焦全部转换成了热能,而得到了副产物 球位置的移动。
sujin190
2023-03-15 18:03:45 +08:00
计算结果也是能量啊,比如你为啥能看到显示器显示结果,不就是显示器消耗能量发射光你接收了这个光能所以看到了呗,还有内存为啥可以保存结果,说到底还不是使用电容原理保存了一部分电能来表示结果,还有硬盘用的磁能不也一样么

你莫非还想说为啥关机瞬间啥都没了,本来 CPU 寄存器和内存就一直飞快的转化未热能散失了,只是外部一直在不停的补充能量所以才可以维持住啊,没有什么凭空消失也没有什么凭空创造
duke807
2023-03-15 18:22:38 +08:00
看一下传统算盘
要想计算就要拔动算珠
而算珠的移动和摩擦需要能量,散发热量

对应到 cpu ,算珠就是寄存器,需要一下写 0 一下写 1
寄存器由 mos 管造成,mos 有寄生电容,改变 mos 开关状态需要对电容充电放电,过程中产生损耗,类似算珠的移动摩擦
zhaofish
2023-03-15 19:54:06 +08:00
应该是全部转成了热能。

处理器的计算电路是由 cmos 开关器件组成的,开关保持时消耗能量较小,开关状态变换时需要消耗较大能量。

产生计算结果是电路的状态变了,例如非门电路,我们输入 true 导致输出 false 的结果,主观是产生了 false 结果,客观事实是电路状态改变。

我猜测还有绝小部分能量转成电磁辐射了。

我们应该庆幸电能只能转成了热能,如果转机械能,我们看到的就是会蠕动或翻滚的 CPU 了,那主板估计就不是现在这个价格了。
misdake
2023-03-15 20:01:25 +08:00
能量转换了形式,用能量转换所损失的熵换来了展示计算结果的熵。
wanguorui123
2023-03-15 20:47:01 +08:00
电子会磨损半导体材料,肯定会消耗能量
wtsamuel
2023-03-15 21:37:17 +08:00
处理器本质上是由一堆开关组成的,理想晶体管是不存在损耗的。然而实际晶体管在开关过程中并不是瞬间变成高电平或者低电平,会有一个过程,慢慢变高或者变低。而这一过程晶体管不是完全开或者关状态,相当于一个电阻,就会产生热量。主要的能量损耗也来自于此。
0 或 1 对于晶体管来说没有意义,只是人为规定的状态。计算的结果对晶体管来说,也没有意义。对晶体管来说,高频开关导致的发热和电热丝发热效果是一样的。
runze
2023-03-15 23:05:34 +08:00
就算电路、晶体管什么的全都是理想中的完美状态,也还是会有耗能,因为“计算”本身就需要能量。

https://zh.wikipedia.org/zh-cn/%E8%98%AD%E9%81%93%E7%88%BE%E5%8E%9F%E7%90%86
https://zh.wikipedia.org/zh-cn/%E9%BA%A6%E5%85%8B%E6%96%AF%E9%9F%A6%E5%A6%96
exmario
2023-03-16 11:13:50 +08:00
你这问题有点像问发动机跑起来之后拐个弯要不要消耗能量
okakuyang
2023-03-16 15:50:18 +08:00
应该是消耗的 信息能量物质三者互相转化。

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