Questão O desempenho de uma CPU é afetado à medida que ela envelhece? [fechadas]


Esta é uma questão hipotética sobre como uma CPU opera. Se eu comprar dois processadores idênticos e usar um longo prazo (digamos, um ano), ele será idêntico em velocidade à CPU não usada? O número de ciclos de clock, latência de solicitações, etc. na CPU usada será menor que o da CPU não usada?

Um argumento de apoio pode ser que os dispositivos mecânicos se degradam com o tempo. Enquanto uma CPU não tem partes móveis (exceto a ventoinha externa), ela possui circuitos que podem ser danificados pelo calor e picos de tensão. Vamos dizer que depois de um ano de uso intensivo, os circuitos se degradam e menos elétrons podem passar, já que o caminho é mais estreito, etc.

Essa é a natureza de como uma CPU opera ou está simplesmente funcionando ou quebrada, sem nenhuma degradação de velocidade?


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origem


Eu suponho que, em teoria, uma CPU poderia rodar mais lentamente à medida que o mecanismo de resfriamento não esfria de forma tão eficiente quanto costumava (talvez o ventilador quebre um pouco e não consiga atingir a velocidade máxima), acho que algumas CPUs podem automaticamente reduza a velocidade do clock se eles detectarem que estão muito quentes. Observe que isso não significa que a própria CPU esteja envelhecendo para um desempenho ruim; Nesse cenário, substituir um ventilador ruim provavelmente permitiria que a CPU fosse executada tão rapidamente quanto quando era nova. Eu não tenho nenhuma referência para isso, mas parece plausível para mim ... - FrustratedWithFormsDesigner
@FrustratedWithFormsDesigner, eu vi um notebook da Dell acelerar seu processador severamente porque ele achava que estava ficando muito quente (principalmente através do design ruim, eu acredito). É totalmente viável que a acumulação de poeira ao longo do tempo também pode causar isso, mas você está certo de que não é estritamente a idade que causa isso. - Highly Irregular
O que fica mais lento é o software. - Daniel R Hicks
Aqui está um ótimo artigo do IEEE escrito especificamente no que diz respeito ao envelhecimento de transistores eu recomendo que qualquer pessoa interessada neste tópico leia. - Breakthrough
@ JoãoPortela é tudo relativo. A CPU funcionará na mesma velocidade / tensão até que alguns transistores parem de funcionar corretamente devido à idade. A única maneira de resolver o problema nesse ponto é diminuir a velocidade do clock reduzindo a velocidade do clock ou aumentar a tensão de operação (envelhecimento dos transistores no chip da CPU). E, claro, ao longo do tempo, as unidades de geração de clock na CPU também se tornam instáveis, levando a mais instabilidade do clock. - Breakthrough


Respostas:


O desempenho de uma CPU é afetado à medida que ela envelhece?
  depois de um ano de uso intensivo, os circuitos degradam e menos elétrons   pode passar desde que o caminho é mais estreito, etc.

Não,

Oscilador de cristal

a velocidade de uma CPU é determinada por um oscilador de cristal - Tanto quanto eu sei que esta é uma parte externa para a maioria das CPUs

crystal oscillator Mobo with xtal

Imagem de Artigo da TechRepublic

Cristais sofrem lenta mudança gradual de freqüência com o tempo, conhecido como envelhecimento.

No entanto, suspeito que isso não seja um fator significativo.

Deriva com a idade é tipicamente 4 ppm para o primeiro ano e 2 ppm por ano para o   vida do cristal DT-26.

(por TI relativo a um RTC IC, mas acredito que esta taxa é semelhante para os cristais de temporização em geral)

Mudanças no semicondutor da CPU

Avanço postou um link para um Artigo do IEEE que descreve a miríade de maneiras que os semicondutores são afetados ao longo do tempo.

Portanto, é possível que a velocidade máxima do clock da CPU seja reduzida ao longo do tempo. No entanto, na maioria dos casos, isso não fará com que a velocidade máxima teórica do processador caia, dentro de um ano, abaixo da velocidade real de operação definida pelo oscilador de cristal. Portanto, uma CPU que tenha sido armazenada por um ano será executada na mesma velocidade de uma CPU originalmente idêntica que foi usada continuamente por um ano.

Regulação térmica do CPU

Muitas CPUs reduzem sua velocidade se a temperatura exceder um limite pré-definido. Os principais fatores que podem fazer com que a CPU de um ano superaqueça não estão relacionados à degradação de semicondutores dentro da própria CPU. Portanto, esses fatores não influenciam a questão formulada.

É improvável que um determinado par de CPUs idênticas divida em capacidade dentro de um ano o suficiente para disparar problemas térmicos que exigem que um deles execute a si mesmo a uma velocidade reduzida. Pelo menos, não conheço nenhuma evidência de que isso tenha ocorrido dentro de um ano em um dispositivo que não seja considerado uma falha de garantia devido a defeito de fabricação.

Eficiência energética da CPU

Muitos computadores, especialmente portáteis, são projetados de forma semelhante para reduzir o consumo de energia quando ociosos. Novamente, isso não é realmente relevante para a questão, como afirmado.


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Quais unidades são as ppm que você referencia? Estou familiarizado com o significado de "partes por milhão", que não se encaixa aqui. - CajunLuke
Eu interpreto isso para significar uma variação de +/- 0,0004% do valor nominal no primeiro ano e +/- 0,0002% a partir de então. - StarNamer
> Variações de frequência do relógio (sejam elas para cima ou para baixo) são um problema comum, mas provavelmente nunca serão percebidas pelo usuário como lentidão.   Você pode vê-los em CPU-Z e programas semelhantes. A freqüência flutua alguns MHz (o meu sempre parece estar um pouco abaixo da velocidade nominal), mas como você disse, é uma porcentagem pequena da velocidade total, então nenhum ser humano normal notará seus efeitos. - Synetech
Eu gosto de como esta resposta resolve o problema principal com a velocidade da CPU: o relógio. A outra resposta fala sobre outros problemas que podem afetar a velocidade da CPU, mas eles não são o principal problema que afeta a velocidade da CPU. - Trevor Boyd Smith
Isso tem evidências de apoio em todos os comentários relacionados. Links inovadores para um artigo do IEEE discutindo a desaceleração de transistores que sugere que eles se desgastam com o tempo. Então, como DanH menciona, "se o circuito desacelera, ninguém percebe até os erros começarem a aparecer devido ao relógio ser mais rápido que o circuito". Então, como você mencionou, o oscilador de cristal dita a velocidade e flutua uma quantidade quase imperceptível. Enquanto os transistores de desaceleração ainda responderem rápido o suficiente para a velocidade ajustada pelo oscilador de cristal, nenhuma desaceleração seria medida após um período de tempo. - Ben Simpson


Em teoria, não, uma CPU deve funcionar basicamente na mesma velocidade durante toda a sua vida.


Na prática, sim, as CPUs ficam mais lentas com o tempo por causa do acúmulo de poeira no dissipador de calor e porque a pasta térmica de baixa qualidade com a qual os computadores pré-fabricados costumam ser transportados será degradada ou evaporada. Esses efeitos causam o superaquecimento da CPU e, nesse momento, reduz a velocidade para evitar danos.

Limpar o dissipador de calor e reaplicar a pasta térmica deve torná-la tão boa quanto nova, no entanto.


Nota: se você está pedindo isso devido a ter um computador antigo lento, existem outras razões  (geralmente morrendo discos rígidos ou capacitores estourados) computadores antigos vão diminuir com o tempo.


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Muito boa resposta. Teoria não é realidade. - Ugo
É verdade que eu deixei minha CPU mais rápida, limpando a poeira do ventilador. - MSalters
@Ramhound: Desculpe, mas isso não é verdade. A Intel tem usado seus Passo rapido tecnologia desde a segunda geração do Pentium III (cerca de 2000), enquanto a AMD PowerNow! desde 1999. Também me lembro claramente que o Pentium II está tendo o afogamento de CPU antes da AMD, antes que eles tivessem um nome sofisticado para isso. - BlueRaja - Danny Pflughoeft
Como você explica que os laptops ficam mais quentes ao longo de anos de uso constante? que são limpos regularmente. - Tony EE rocketscientist
@Tony: Como mencionei, a pasta térmica provavelmente precisa ser reaplicada (também pode ser que o ventilador esteja morrendo / morto, mas isso deve ser fácil de ver / ouvir). - BlueRaja - Danny Pflughoeft


Resposta curta, nenhuma CPU ficará mais lenta com a idade.

Resposta ligeiramente mais longa:

Uma CPU funcionará, desde que todas as conexões e transistores estejam funcionando corretamente. Enquanto em um fio normal pode haver movimento que pode tornar a conexão intermitente, isso não é o caso da CPU como:

  • os circuitos são gravados no silício
  • as coisas são muito menores

Se algo quebrar, qualquer coisa pode acontecer: de matemática ruim ao computador não inicializando.


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Downvoter se importa em comentar? - soandos
Eu não sou o downvoter, mas pode ser porque você sugeriu que as CPUs são impressas; eles são realmente gravados. (Claro, isso não muda a correção essencial da resposta, então eu votei em você.) Eu também enviei uma edição para corrigir isso. - CajunLuke
@ Cajunluke: Na verdade, a etapa de gravação é apenas uma das muitas. Primeiro você coloca uma camada anti-ataque na parte superior, em seguida, imprime o circuito desejado na camada, elimina as partes impressas e depois grava toda a superfície. Onde a camada protetora se foi, a gravação criará canais. na camada abaixo. O processo é chamado de "fotolitografia" - MSalters
Como você explica o aumento da velocidade do ventilador e o aumento da temperatura do laptop após anos de envelhecimento? quando mantido limpo. - Tony EE rocketscientist
Talvez deterioração da pasta térmica? - Spidey


Eu argumentaria - que o cerne essencial desta questão - tem muito menos a ver com o hardware físico - como acontece com a forma como as nossas percepções - e o desempenho relativo do software que corremos - mudam com o tempo.

Em um mundo de 1's and 0's - Há sim muito pouco isso pode acontecer especialmente para a CPU - que iria drasticamente (ou mesmo estatisticamente) alterar o desempenho geral da máquina - além de uma falha total.

Esta questão chamou minha atenção porque eu me lembrei de momentos da minha vida em que não podia acreditar a máquina que eu estava usando - era a mesma que talvez apenas alguns anos antes Eu pensei que era tão rápido - que agora eu estava sendo torturado pelo que naquele momento parecia ser interminavelmente lento.

Em uma nota mais clara - como os advogados de Moore pareciam estar em recesso - os desenvolvedores de software fizeram grandes melhorias nos últimos anos - que parecem se concentrar no ajuste do desempenho versus confiar no poder brutal. Não é exagero quando digo que o meu Mac Pro 8-Core Xenon 2.8 GHz parece 2X ou 3X mais rápido agora do que quando comprado em 2008. Essas são diferenças significativas e mensuráveis ​​que só poderiam ser devidas a melhorias / otimizações massivas no lado do software.

O que estou dizendo é que a mente humana / nossas percepções / nossas expectativas, combinadas com outros aspectos mais flexíveis do ambiente operacional, são exponencialmente mais impactantes do que qualquer variação de uma especificação de fábrica - com a qual você pode estar preocupado.


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É interessante que você diga que seu Mac tem um desempenho melhor agora do que antes. Isso indica que os desenvolvedores de software para Mac concentram-se em melhorar o desempenho para obter mais da força da máquina, enquanto os desenvolvedores de PC para Windows usam apenas o poder de hardware aprimorado para criar programas mais sofisticados sem pensar muito no desempenho. É provavelmente por isso que um PC tende a desacelerar com o tempo - não porque o hardware degrada, mas porque o software exige mais do hardware ... - awe
Concordo - com você - que a percepção humana relativa do que é rápido muda - com o tempo à medida que repetidamente ultrapassamos os limites - com hardware mais rápido, note que há maneiras de contornar isso, por exemplo, usando referências padronizadas que não levam em conta o software melhorias ou viés subjetivo. - Thomas
"Eu diria - que o coração essencial deste assunto - tem muito menos a ver com o hardware físico - como acontece com a forma como nossas percepções - e o desempenho relativo do software que corremos - mudam com o tempo."  Que bom, mas o OP está perguntando especificamente a partir de uma perspectiva de hardware. Eu concordo que a questão é dificilmente perceptível por um ser humano, mas na verdade as características de troca de transistores mudam drasticamente ao longo da vida útil do semicondutor. - Breakthrough
@Breakthrough Eu certamente não sou um engenheiro elétrico e para entender melhor o que você está dizendo Eu encontrei este artigo o que é interessante? Mas o que basicamente diz que sem milhões de dólares em equipamentos nem mesmo os fabricantes de chips realmente têm suas cabeças em torno desse processo de envelhecimento. Eu acho que é apenas isso no dia-a-dia, essa questão nunca será a raiz do problema real de ninguém, nem algo que possamos até mesmo entrar em contato com nossos sentidos humanos. - mralexgray


Se eu comprar dois processadores idênticos e usar um longo prazo (digamos, um   ano), será idêntico em velocidade ao CPU não utilizado?

Provavelmente, sim. A velocidade na qual uma CPU é executada é variável e definida pelo usuário final (embora geralmente definida automaticamente conforme as especificações do fabricante). No entanto, você pode achar que no final do primeiro ano, a CPU não utilizada (supondo que eles eram verdadeiramente idêntico para começar) overclocks Melhor do que a CPU usada. Este efeito pode ser atribuído a envelhecimento transistor, o que você sugeriu mais tarde em sua pergunta:

Enquanto uma CPU não tem partes móveis (além da ventoinha externa),   tem circuitos que podem ser danificados pelo calor e picos de tensão. Deixa   dizem que depois de um ano de uso intensivo, os circuitos se degradam e   elétrons podem passar desde que o caminho é mais estreito, etc.

Este é exatamente o caso, e é precisamente o que acontece depois que uma CPU é usada.

Semelhante a um veículo, há algum desgaste nos condutores quando os elétrons passam por eles. O calor também afeta o envelhecimento do transistor, e é por isso que o chip da CPU é projetado para uma faixa específica de temperaturas de operação. Durante a operação, os elétrons têm que atravessar algumas camadas nos materiais semicondutores, degradando-os ao longo do tempo. Isso faz com que a velocidade de comutação dos transistores individuais aumente com o tempo, tornando-os "mais lentos".

No entanto, como eu disse antes, a velocidade da CPU é definida pelo usuário final. É um circuito digital síncrono e funciona tão rápido quanto você diz - mesmo que o atraso da propagação exceda o tempo de comutação, e o computador trava. Isso é o que acontecerá à medida que a CPU envelhece. Com o passar do tempo, as várias subunidades na CPU demorarão mais e mais para concluir seus cálculos, levando à instabilidade na CPU.

Esse efeito pode ser mitigado diminuindo a velocidade do clock, tornando a CPU mais lenta, mas compensando os atrasos de propagação aumentados. Este efeito também pode ser mitigado aumentando a voltagem do processador (causando um tempo de chaveamento reduzido para os transistores, permitindo uma velocidade de clock maior), mas aumentar a voltagem do processador só fará com que os transistores envelheçam Mais rápido.


É por isso que dizemos que um processador fica mais lento à medida que envelhece - o processador se torna instável em velocidades mais altas, exigindo que você diminua a velocidade do clock ao longo do tempo. A boa notícia é que esse efeito é geralmente notado em uma escala de tempo anos.


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Lembro-me de um efeito observado em alguns dos primeiros circuitos integrados: quando densidades de corrente relativamente altas eram percorridas pela fiação de ouro, realmente haveria uma migração física do ouro semelhante ao meandro de um rio ao longo do tempo. Nos cantos, o canto lentamente migra para fora (como uma curva de um arco de um rio), tornando o fio mais fino e mais comprido (e também criando um risco de que ele encurte um fio adjacente). Esse afinamento / alongamento dos fios certamente afetaria a velocidade máxima do clock do circuito (se apenas muito ligeiramente).

Mais uma vez, acredito que os designers sabem controlar os processos de fabricação para evitar esse efeito específico (ou pelo menos torná-lo imensamente pequeno). Mas, como observado em um comentário acima, há vários outros efeitos.

No entanto, existem dois fatores que tornam razoável dizer "não, para todos os fins práticos" em resposta à pergunta original:

  1. A grande maioria dos circuitos de computador é externamente "cronometrada", na maioria das vezes com algum tipo de oscilador controlado por cristal. Então, se o circuito desacelera, ninguém percebe até que os erros começam a aparecer devido ao relógio ser "mais rápido" do que o circuito.
  2. Existem vários efeitos (por exemplo, "bigodes" metálicos crescendo nos circuitos - um sério problema de corrente à medida que o eletrodo é removido dos circuitos) que causa falha no circuito muito antes de a redução do circuito se tornar significativa ou mesmo mensurável.

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O fio ralo e tornando-se mais longo como você descreveu soa como o fenômeno da eletromigração no artigo IEEE acima. Você está certo, no entanto, em que os designers estão construindo essas faixas longe o suficiente para que eles não entrem em contato. - Ben Simpson


Esta não é uma resposta completa, mas uma apresentação de uma possível fonte de degradação de velocidade (não tão importante quanto o afogamento devido à degradação da transferência de calor mencionada acima):

Talvez o caminho mais longo seja aumentado devido ao acúmulo de carga dielétrica, fazendo com que o processador diminua a escala para funcionar. Ou seja, quando um vetor de entradas é dado a um circuito lógico, um tempo finito passa enquanto o sistema lógico físico se inclina (o que estabelece uma ligação superior para freqüência de clock). A degradação dielétrica ocorre em todos os transistores, fazendo com que um transistor necessite de tensão mais alta para o mesmo tempo de subida ou, equivalentemente, menor tempo de subida (menos velocidade) com a mesma voltagem. Se uma quantidade suficiente de transistores se degradar (irregularmente), o caminho mais longo pode muito bem mudar, o que pode degradar o desempenho em um processador que opera próximo ao limite de velocidade lógico.


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Eu acho que se o seu tempo de subida variar muito, o transistor não irá mais acertar (não irá confirmar o seu sinal por tempo suficiente para a próxima parte do circuito travar antes da borda do relógio). Isso levará a falhas difíceis, não a uma desaceleração. Sua CPU irá operar com a mesma rapidez, apenas fornecerá respostas erradas (ou reinicializará a si mesmo ou se tornará sólido). - TMN