Le prestazioni di una CPU sono influenzate dall'invecchiamento? [chiuso]

Questa è una domanda ipotetica sul funzionamento di una CPU. Se acquisto due CPU identiche e ne uso una a lungo termine (diciamo un anno), sarà identica nella velocità della CPU non utilizzata? Il numero di cicli di clock, la latenza delle richieste, ecc. Sulla CPU utilizzata sarà inferiore a quello della CPU non utilizzata?

Un argomento di supporto potrebbe essere che i dispositivi meccanici si degradano nel tempo, mentre una CPU non ha parti in movimento (tranne la ventola esterna), ha circuiti che possono essere danneggiati dal calore e picchi di tensione. Diciamo che dopo un anno di intenso utilizzo, i circuiti si degradano e possono passare meno elettroni poiché il percorso è più stretto, ecc.

È questa la natura di come funziona una CPU, o è semplicemente funzionante o rotta, senza una riduzione della velocità nel mezzo?

Le prestazioni di una CPU sono influenzate dall'invecchiamento?
dopo un anno di intenso utilizzo, i circuiti si degradano e possono passare meno elettroni poiché il percorso è più stretto, ecc.

No,

Oscillatore a cristallo

la velocità di una CPU è determinata da un oscillatore a cristallo - per quanto ne so questa è una parte esterna per la maggior parte delle CPU

Foto dall'articolo di TechRepublic

I cristalli subiscono un lento cambiamento graduale della frequenza nel tempo, noto come invecchiamento.

Tuttavia, sospetto che questo non sia un fattore significativo.

La deriva con l'età è in genere 4 ppm per il primo anno e 2 ppm all'anno per la vita del cristallo DT-26.

(da TI riguardante un IC RTC ma credo che questo tasso sia simile per i cristalli di temporizzazione in generale)

Modifiche ai semiconduttori della CPU

Breakthrough ha pubblicato un collegamento a un articolo IEEE che descrive la miriade di modi in cui i semiconduttori sono interessati nel tempo.

È quindi possibile che la velocità massima di clock della CPU diminuisca nel tempo. Tuttavia, nella maggior parte dei casi ciò non farà scendere la velocità massima teorica possibile della CPU, entro un anno, al di sotto della velocità operativa effettiva impostata dall'oscillatore a cristallo. Pertanto, una CPU che è stata memorizzata per un anno funzionerà alla stessa velocità di una CPU identica che è stata utilizzata ininterrottamente per un anno.

Regolazione termica della CPU

Molte CPU riducono la velocità se la loro temperatura supera una soglia prestabilita. I principali fattori che potrebbero causare il surriscaldamento di una CPU di un anno non hanno a che fare con il degrado dei semiconduttori all'interno della CPU stessa. Pertanto, questi fattori non incidono sulla domanda formulata.

È improbabile che una data coppia di CPU identiche divergerà in capacità entro un anno a sufficienza per innescare problemi termici che richiedono a una di esse di funzionare a velocità ridotta. Almeno, non conosco alcuna prova che ciò si sia verificato entro un anno su un dispositivo che non è considerato un errore di garanzia a causa di un difetto di fabbricazione.

CPU Efficienza energetica

Molti computer, in particolare quelli portatili, sono progettati in modo simile per ridurre il consumo di energia quando è inattivo. Ancora una volta, questo non è realmente rilevante per la domanda come affermato.

In teoria, no, una CPU dovrebbe funzionare sostanzialmente alla stessa velocità per tutta la sua vita.

In pratica, sì, le CPU diventano più lente nel tempo a causa dell'accumulo di polvere sul dissipatore di calore e perché la pasta termica di qualità inferiore con cui vengono spesso spediti i computer prefabbricati si degrada o evapora. Questi effetti causano il surriscaldamento della CPU, a quel punto rallenterà la sua velocità per evitare danni.

Tuttavia, pulire il dissipatore di calore e riapplicare la pasta termica dovrebbe renderla come nuova.

Nota: se lo stai chiedendo a causa del rallentamento di un vecchio computer, ci sono altri motivi (di solito morire dischi rigidi o condensatori saltati) che i vecchi computer rallenteranno nel tempo.

Risposta breve, nessuna CPU non rallenterà con l'età.

Risposta leggermente più lunga:

Una CPU funzionerà finché tutte le connessioni e i transistor funzioneranno correttamente. Mentre in un filo normale potrebbero esserci dei movimenti che possono rendere la connessione intermittente, non è il caso della CPU come:

• i circuiti sono incisi nel silicio
• le cose sono molto più piccole

Se qualcosa si rompe, tutto può succedere: dalla cattiva matematica al computer che non si avvia.

Direi che il cuore essenziale di questa questione ha molto meno a che fare con l'hardware fisico, come fa con il modo in cui le nostre percezioni e le prestazioni relative del software che gestiamo cambiano nel tempo.

In un mondo di 1's and 0's- può succedere molto poco , specialmente alla CPU - che altererebbe drasticamente (o addirittura statisticamente) le prestazioni complessive della macchina - oltre a un guasto totale.

Questa domanda ha attirato la mia attenzione perché nella mia vita ho ricordato momenti in cui non potevo credere che la macchina che stavo usando - era la stessa che forse solo pochi anni prima pensavo fosse così veloce - che ora ero torturato da quello che a quel punto sembrava essere interminabilmente lento.

Su una nota più brillante - poiché gli avvocati di Moore sembrano essere in fase di recessione - gli sviluppatori di software hanno apportato importanti miglioramenti negli ultimi anni - che sembrano concentrarsi sulla messa a punto delle prestazioni rispetto alla fiducia bruta. Non è un'esagerazione quando dico che il mio Mac Pro 8-Core Xenon da 2,8 GHz sembra 2X o 3X più veloce ora rispetto a quando è stato acquistato nel 2008. Queste sono differenze significative e misurabili che potrebbero essere dovute solo a enormi miglioramenti / ottimizzazioni del software lato.

Quello che sto dicendo è che la mente umana / le nostre percezioni / le nostre aspettative, combinate con altri aspetti più flessibili dell'ambiente operativo sono esponenzialmente più impattanti di qualsiasi variazione rispetto a una specifica di fabbrica - di cui potresti essere preoccupato.

Se acquisto due CPU identiche e ne uso una a lungo termine (diciamo un anno), sarà identica nella velocità della CPU non utilizzata?

Molto probabilmente sì . La velocità di funzionamento di una CPU è variabile e impostata dall'utente finale (sebbene di solito sia impostata automaticamente secondo le specifiche del produttore). Tuttavia, potresti scoprire che alla fine del primo anno, la CPU inutilizzata (supponendo che fossero veramente identici per cominciare) overclocca meglio della CPU utilizzata. Questo effetto può essere attribuito all'invecchiamento del transistor , a cui hai accennato più avanti nella tua domanda:

Mentre una CPU non ha parti mobili (tranne la ventola esterna), ha circuiti che possono essere danneggiati dal calore e picchi di tensione. Diciamo che dopo un anno di intenso utilizzo, i circuiti si degradano e possono passare meno elettroni poiché il percorso è più stretto, ecc.

Questo è esattamente il caso ed è esattamente ciò che accade dopo l'utilizzo di una CPU.

Simile a un veicolo, c'è qualche usura sui conduttori mentre gli elettroni li attraversano. Il calore influisce anche sull'invecchiamento del transistor, motivo per cui la matrice della CPU è progettata per un particolare intervallo di temperature di funzionamento. Durante il funzionamento, gli elettroni devono attraversare alcuni strati di materiali semiconduttori, degradandoli nel tempo. Questo fa sì che la velocità di commutazione dei singoli transistor aumenti nel tempo, rendendoli "più lenti".

Tuttavia, come ho detto prima, la velocità della CPU è impostata dall'utente finale. È un circuito digitale sincrono e funzionerà velocemente come dici tu, anche se il ritardo di propagazione supera il tempo di commutazione e il computer si arresta in modo anomalo. Questo è ciò che accadrà con l'invecchiamento della CPU. Nel corso del tempo, le varie sottounità nella CPU impiegheranno sempre più tempo per completare i loro calcoli, portando all'instabilità nella CPU.

Questo effetto può essere mitigato rallentando la velocità di clock, rallentando la CPU ma compensando i maggiori ritardi di propagazione. Questo effetto può anche essere mitigato aumentando la tensione della CPU (causando un tempo di commutazione ridotto per i transistor, consentendo una maggiore velocità di clock), ma aumentando la tensione della CPU si farà solo invecchiare più rapidamente i transistor .

Questo è il motivo per cui diciamo che un processore diventa più lento con l'invecchiamento: il processore diventa instabile a velocità più elevate, richiedendo di ridurre la velocità di clock nel tempo. La buona notizia è che questo effetto è di solito evidente su una scala temporale di anni .

Mi viene in mente un effetto riscontrato in alcuni dei primi circuiti integrati: quando densità di corrente relativamente elevate attraversavano il cablaggio dell'oro, si avrebbe effettivamente una migrazione fisica dell'oro simile al meandro di un fiume nel tempo. Agli angoli l'angolo migrerebbe lentamente verso l'esterno (proprio come una curva a gomito in un fiume) rendendo il filo più sottile e più lungo (e creando anche il rischio che si cortocircuitare verso un filo adiacente). Questo assottigliamento / allungamento dei fili influirebbe sicuramente sulla massima velocità di clock del circuito (anche se solo leggermente).

Inoltre, credo che i designer sappiano come controllare i processi di produzione per prevenire questo specifico effetto (o almeno renderlo incommensurabilmente piccolo). Ma, come notato in un commento sopra, ci sono molti altri effetti.

Tuttavia, ci sono due fattori che rendono ragionevole dire "no, a tutti gli effetti pratici" in risposta alla domanda originale:

1. La stragrande maggioranza dei circuiti di computer sono "sincronizzati" esternamente, il più delle volte con una sorta di oscillatore controllato da cristalli. Quindi, se il circuito rallenta nessuno se ne accorge fino a quando non iniziano a comparire errori a causa del fatto che l'orologio è "più veloce" del circuito.
2. Esistono diversi effetti (ad es. "Baffi" metallici che crescono sui circuiti - un grave problema di corrente quando il piombo viene rimosso dai circuiti) che causano guasti del circuito molto prima che il rallentamento del circuito diventi significativo o addirittura misurabile.

Questa non è una risposta completa, ma una presentazione di una possibile fonte di degrado della velocità (non tanto importante quanto la limitazione dovuta al degrado del trasferimento di calore sopra menzionato):

Forse il percorso più lungo è aumentato a causa dell'accumulo di carica dielettrica, causando il ridimensionamento del processore per funzionare. Cioè, quando un vettore di input viene dato a un circuito logico, passa un tempo finito mentre il sistema logico fisico si muove in posizione (che imposta un legame superiore per la frequenza di clock). La degradazione dielettrica si verifica in ogni transistor, facendo sì che un transistor richieda una tensione maggiore per lo stesso tempo di salita o, equivalentemente, un tempo di salita inferiore (meno velocità) alla stessa tensione. Se una quantità sufficiente di transistor si degrada (in modo non uniforme), il percorso più lungo potrebbe benissimo cambiare, il che potrebbe degradare le prestazioni in un processore che opera vicino al limite di velocità logica.

La CPU è sinonimo (per la maggior parte) di Processore multi-core, che sospetto abbia maggiori probabilità di chiedere.

Per alcuni processori multi core è possibile disabilitare i core che sviluppano guasti, guasti intermittenti di sovratemperatura o guasti permanenti. Scopri la funzionalità di auto-correzione del chip di ricerca Intel a 80 core . Un core danneggiato è effettivamente contrassegnato come inutilizzabile e le sue responsabilità sono distribuite ad altri core. Meno core significa che il processore ha meno cicli CPU totali disponibili e, pertanto, sarà più lento eseguire il lavoro.

Immagino che questo diventerà più comune man mano che i produttori cercano di tenere il passo con la legge di Moore e stipano sempre più core sui circuiti stampati dei processori.

Modificare:

lasciato in modo che il commento di James abbia un senso.

Secondo How-Stuff-Works , il processore Cell della PS3 ha una ridondanza simile, è realizzato con 8 SPE, ne utilizza 7, mantenendo 1 in riserva in caso di guasto. Dubito che il processore funzionerebbe se 2 SPE fallissero, ma non trovo più informazioni.

come funziona una CPU quando si osserva il funzionamento fondamentale di CMOS e si comprende che le velocità di risposta del CMOS causano dissipazione del calore e temperature in aumento riducono le velocità di risposta aumentando così anche la velocità di risposta e aumentano anche i tempi di propagazione. Se c'è un margine prestabilito nei tempi prima di una condizione di gara, allora si può dire con una velocità di clock costante che l'MPU può eseguire tempi di salita più lenti e ritardi di clock aumentati, quindi il margine prima del blocco a causa di una condizione di competizione nel chip o memoria esterna può causare fallimento. Questo spiega perché gli MPU che funzionano a caldo funzioneranno dopo un periodo di raffreddamento.

L'invecchiamento apparente dei cancelli CMOS può verificarsi se la polvere umida si accumula sulle terre saldate degli autobus esposti. Ciò può aggiungere molti pF di carico che possono ridurre il tempo di salita dei segnali del bus e aumentare la dissipazione del calore interno causando un'ulteriore riduzione delle velocità di risposta.

Un'altra causa di apparente invecchiamento è l'aumento del numero di attività in background installate dalle startup dell'utente e il conseguente eccesso di calore durante la cosiddetta attività inattiva. il taglio degli avviamenti può ridurre il carico complessivo della CPU e quindi ripristinare il normale aumento della temperatura a causa di processi in eccesso in esecuzione. Ad esempio, XP su un'installazione pulita di una versione al dettaglio potrebbe avere 25 processi in esecuzione e una versione OEM con molti servizi di installazione automatica dell'utente e processi di avvio nel registro, potrebbe aumentare questo numero di processi, come mostrato nella scheda del processo TaskManager per dire 50, e anche fino a 100 dalla mia esperienza di utenti inesperti. Disabilitare questi processi usando semplici programmi come MSConfig può essere d'aiuto, ma WinPatrol è ancora migliore e gratuito e ripristina il nuovo funzionamento come nuovo.

Come sottolineato da altri, ci sono meccanismi di guasto interno che rallentano anche i tassi di rotazione delle porte chiamati rottura dielettrica dipendente dal tempo dalla crescita di ElectroMigration sul materiale semiconduttore. Ciò dipende dai livelli di stress di calore e tensione e anche dall'esposizione alle radiazioni gamma nello spazio.

Tutti questi fattori contribuiscono al motivo per cui l'invecchiamento della temperatura e la perdita del margine di tempo si verificano nei computer portatili a causa dell'invecchiamento, anche dopo una nuova installazione dell'immagine OEM. Quindi i latips di 5 anni funzioneranno più caldi, il che significa che devono avere velocità di risposta più lunghe e quindi un aumento della temperatura superiore rispetto all'ambiente e ciò significa che deve correre tempi di salita più lenti. Ma la frequenza di clock è fissa, quindi le prestazioni se funzioneranno saranno le stesse fino a quando il margine scenderà a zero senza preavviso. Quindi monitora il tuo aumento di temperatura e non superare i 70 ° C per un funzionamento affidabile è il mio miglior consiglio. Si preferisce un massimo di 60 ° C quando la maggior parte delle ventole della CPU inizia a funzionare a piena velocità.

Ci sono molte ragioni per cui la CPU diventa più calda con l'invecchiamento. Una ragione richiede e comprensione del passaggio complementare. In poche parole, è un interruttore pull up sincrono che si accende mentre il pull-down si spegne. Durante l'intervallo si verifica un cortocircuito momentaneo se si verifica un crossover da velocità di risposta o tempi di commutazione disuguali. La nuova tecnologia di CMOS può compensare questa caratteristica che dipende dalla temperatura e dalla tensione per introdurre tempi di commutazione più rapidi ma con un tempo morto controllato per eliminare la perdita di potenza transitoria durante il crossover. Sebbene ElectroMigration sia una delle ragioni di ulteriori ritardi, non è ovvio se questo è simmetrico.

Tuttavia, l'aumento della temperatura della CPU è un fenomeno diffuso con l'invecchiamento {con i laptop rilevati dal giro degli utenti di diventare gradualmente più caldi nel corso degli anni} e questo aiuta a spiegarne le ragioni. vale a dire che l'invecchiamento causa un aumento graduale della velocità di risposta che influisce sul consumo dinamico di energia di una frequenza di clock costante o di una frequenza di ripetizione delle transizioni incrociate. Poiché sappiamo che la perdita di potenza allo stato stazionario è trascurabile, è questa forza motrice efficace delle uscite complementari con un momentaneo aumento di corrente che fa salire le temperature della CPU. Quindi la temperatura al minimo della CPU è un forte indicatore dell'invecchiamento o del rallentamento delle velocità di risposta se tutto il resto è costante .. (carico della CPU, V +, temperatura ambiente, efficienza di raffreddamento, eliminazione della polvere) La tua CPU eseguirà comunque le istruzioni alla stessa velocità ma funzionerà più caldo e quindi con un margine di temporizzazione inferiore prima che si verifichi una condizione di gara.

Gli stessi fenomeni si verificano nelle CPU desktop ma gli utenti potrebbero non essere consapevoli dell'aumento graduale della velocità della ventola nel corso degli anni, che compensa l'aumento della dissipazione del calore dall'invecchiamento graduale. Non ci sono studi empirici per quanto ne so, ma sono le mie osservazioni personali sulla CPU negli ultimi 20 anni che ciò accade in molti casi, ma non in tutti.

Qualche spunto in più su alcune delle altre risposte.

1. i cristalli possono spostarsi lentamente nel tempo, ma sono molto più influenzati dalla temperatura che dal tempo. Ad esempio, proprio quando si accende la macchina, probabilmente sta eseguendo una velocità leggermente diversa rispetto a quando è in funzione da ore. Queste differenze sono, tuttavia, molto troppo piccolo per essere percepibile.

2. È del tutto possibile avere un errore intermittente nelle connessioni su un chip. Quando fabbricano un chip, (ovviamente) fanno del loro meglio per impedirlo, ma è ancora possibile e succede ancora. Poiché i chip hanno iniziato a diventare più caldi, questo è diventato più comune. Quando / se ciò accade, tuttavia, è molto più probabile che la macchina si spenga completamente rispetto al normale funzionamento, ma più lentamente di quanto non abbia fatto. Questo non vuol dire che un rallentamento sia impossibile, solo molto improbabile.

3. Mentre l'auto-correzione può rilevare errori e arrestare parti di una CPU, le CPU nei (almeno la maggior parte) dei PC attuali non includono tali funzionalità. Per questo, stai guardando un mainframe di fascia alta o un PC del futuro (anche se, certamente, non è più così lontano da un futuro).

Sebbene ciò abbia ben poco a che fare con la vita di tutti i giorni, c'è una preoccupazione sull'invecchiamento dei componenti elettronici. In breve, e questo vale per qualsiasi componente o sistema elettronico:

• Se la tua CPU ha funzionato per alcune ore (cosa che i fondatori le fanno fare durante i test di fabbrica, un processo noto come burn-in) senza errori, durerà lo stesso per anni. Le probabilità che fallisca durante questo periodo sono vicine a 0
• Dopo diversi anni, la probabilità di errore inizia ad aumentare, è tempo di cambiare la CPU. Nei prodotti di consumo, ciò si verifica in genere dopo che il componente è obsoleto da tempo, quindi non ti devi preoccupare
• Se ti piacciono i calcoli, dai un'occhiata a http://en.wikipedia.org/wiki/Failure_rate

Quindi: sì, se la tua CPU è molto vecchia, puoi indovinare che un componente della CPU (un po 'di cache tat non risponde e fa sempre errori di pagina; o un core della CPU che si perde) può rallentarlo. Ma molto probabilmente avrai un successo migliore guardando altrove.

Inoltre, tieni presente che un computer ha molti componenti grandi o piccoli che invecchiano molto più velocemente della CPU. Compreso :

• dischi rigidi con parti meccaniche che si consumano
• connettori che si corrodono
• dissipatori di calore che si muovono e diventano polverosi
• condensatori chimici
• saldature che si corrodono o si muovono attraverso le vibrazioni

Se non si pulisce il dissipatore di calore e le ventole della CPU diventeranno più calde e le prestazioni del sistema saranno più lente. Poiché le particelle di polvere impiegano un po 'di tempo a stabilizzarsi in quelle aree, riteniamo che nel tempo la velocità della CPU e le prestazioni vengano ridotte.

Sì, dipende dall'uso dell'utente, l'hard disk è quello che invecchia non appena viene infettato da settori danneggiati con l'invecchiamento.

Quindi, quando i programmi di fascia alta vengono eseguiti con la vecchia configurazione, risucchia il massimo degli elementi visivi, quindi diventa più lento e con il passare degli anni, la tua tecnologia aumenta laddove il tuo sistema non è in grado di soddisfare i requisiti software ... quindi si dice che il tuo / nostro il sistema diventa più lento quando invecchia.

Il calore è il singolo fattore più importante nella velocità della CPU. Detto questo, a seconda della CPU presente nella macchina, potrebbe ridurre in modo dinamico la velocità per rimanere all'interno di un intervallo di temperatura "sicuro". La maggior parte delle CPU può farlo. Potresti non sapere che sta succedendo. Tuttavia, la temperatura non dovrebbe aumentare con l'età, se si pulisce regolarmente il dissipatore di calore e la pasta termica non viene applicata in modo errato.

Questo è discutibile. Dipende. Secondo la teoria, NO semplice. Ma a seconda delle ore di utilizzo, caricare l'alimentazione della CPU e lo stato di alimentazione esterna, se si lavora senza UPS, le schede madri si deteriorano e quindi il carico sulla CPU potrebbe aumentare. Ma lavorare in condizioni ideali sarà uguale al nuovo. Poiché la CPU contiene miliardi di transistor all'interno e così nel tempo, se le loro prestazioni peggiorano in qualche modo, le prestazioni della CPU diminuiranno. Quindi, in generale, a volte affrontiamo rallentamenti del sistema anche dopo nuove installazioni.

Ma in generale è no.