为什么处理器变热？

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我想了解计算过程如何导致处理器变热。我了解到热量是由晶体管产生的。

晶体管如何精确地产生热量？
芯片数量和产生的热量之间的相关性是否线性？
CPU制造商是否优化单个晶体管的位置以最小化产生的热量？

— 宪法
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开关箱的热量以及时钟速度也与产生的热量有直接关系。

— nidhin

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实际上，如答案中所述，由于电通过电阻导体的运动，真正的芯片会发热。但是，如果您对此主题感兴趣，则可能需要阅读有关创建二进制信息本身必然如何需要产生余热的信息。这并不需要很多物理的一个很好的文章，可以发现这里plato.stanford.edu/entries/information-entropy

— 埃里克利珀

我没有数学来正确回答（并详细阐述了埃里克的评论），但是这个问题在量子计算和可逆门中有一定意义。“每个不可逆位操作消耗了kT ln（2）能量”。部分兰道尔的原则。如果有(A & B)，则有两个输入和一个输出。在此过程中丢失的信息必须到达某个地方并变成熵（热）...假设我足够了解它，就可以对此进行描述。

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晶体管（在现代IC中为FET）永远不会立即从完全截止切换到完全导通。在FET导通或关断的一段时间内，FET的作用就像电阻一样（即使完全导通，FET仍具有电阻）。

$P=I^2R$ $P=\frac{V^2}{R}$

晶体管切换的次数越多，它们在该电阻状态下花费的时间就越多，因此它们产生的热量也就越多。因此，产生的热量可以与晶体管的数量成正比-但它也取决于哪个晶体管在做什么以及何时进行操作，而这又取决于指令芯片执行什么操作。

是的，制造商可以根据模块可能产生的热量，将其设计的特定模块（不是单个晶体管，而是构成完整功能的模块）放置在某些区域中-将其放置在具有更好热粘合性的位置，或者放置在它远离可能产生热量的另一个块。它们还必须考虑芯片内的功率分配，因此不一定总是可以随意放置模块，因此必须妥协。

— 马延科
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影响CPU热量产生的因素很多很多。仅仅因为这个答案没有提到您最喜欢的答案，并不意味着它是错误的。我建议您尝试编写自己的答案，而不是否决完全有效的答案。如果比这更好，那么社区将决定并获得更多选票。

— Majenko

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因此，通过给人们一个更好的答案而不是我的投票来偏颇它。

— Majenko

我会的，但是我不会有一段时间（几天）。目前，我同意电阻损耗会产生热量。但是，我认为您的答案并不能带来很深刻的理解。

— HKOB

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所有电流流过的不是超导体的东西都会产生热量。在芯片中，它主要在铝的“金属”层中流动（事实证明，为什么不是铜？与硅的其他部分发生讨厌的化学相互作用）。

是什么导致电流流动？每当晶体管改变状态时，可以将其建模为电容器（被驱动逻辑门的FET门加上寄生线电容）通过前一门的线和输出FET进行充电/放电。这是“切换”或“动态”电源。它与开关速度和电压的平方成正比；因此，从5V到3.3V到1.8V的驱动可提高效率。

绝缘子不是完美的，在某些地方非常薄。晶体管可能没有完全“关闭”。如果FET的截止电阻为兆欧，并且将其并联放置一百万个，则它看起来像一个1欧姆的电阻。这就是“漏电”的力量。它与晶体管数量成正比。

我在一家初创公司工作了十年，致力于电源优化。:)有很多技术：速度/泄漏权衡（“高k金属门”），完全关闭电路的某些部分，时钟门控，降低时钟频率，调整尺寸和布局。

— pjc50
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当今的高性能微处理器实际上确实使用了铜互连，以及其他金属的薄层，以防止铜与硅反应。但是，铝仍然用于不太复杂和较大工艺的芯片，因为使用起来要简单得多。

— 霍布斯（Hobbs）2015年

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1）每当有电流流过时，电子的碰撞都会产生热量。2）是的，通常相关是线性的。3）CPU制造商不太可能优化单个晶体管的位置，以最小化产生的热量（它们都在同一外壳内）。
当CPU处于“空闲”状态时，尽管它使用的电流最少，但会产生热量。随着处理器开始“处理”信息，各个晶体管切换状态。这种切换也会产生热量。另外，开关频率影响发热率，频率越高，发热率越高。由于芯片的散热能力是固定的，因此如果以比设计运行频率更高的频率运行，它可能会过热。

— 吉尔
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我们很容易知道，根据焦耳定律，每当电子流过导体时，由于材料的电阻会产生热量，因为每个导体中都有一定量的电阻。

— 阿比
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