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V2EX 提问指南
xuangoer666
V2EX  ›  问与答

处理器的计算本身是否消耗能量?

  •  
  •   xuangoer666 · 2023-03-15 17:12:16 +08:00 via Android · 1880 次点击
    这是一个创建于 379 天前的主题,其中的信息可能已经有所发展或是发生改变。
    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?
    19 条回复    2023-03-16 15:50:18 +08:00
    xtreme1
        1
    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
        2
    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
        3
    jmc891205  
       2023-03-15 17:27:37 +08:00   ❤️ 1
    ghjexxka
        4
    ghjexxka  
       2023-03-15 17:30:25 +08:00   ❤️ 1
    那为什么能够产生计算结果呢?

    因为计算结果不是能量
    autoxbc
        5
    autoxbc  
       2023-03-15 17:38:15 +08:00   ❤️ 2
    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
        6
    kwh  
       2023-03-15 17:39:04 +08:00   ❤️ 2
    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
        7
    deorth  
       2023-03-15 17:40:24 +08:00 via Android
    思而不学则殆
    geelaw
        8
    geelaw  
       2023-03-15 17:44:43 +08:00   ❤️ 2
    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
        9
    Tamio  
       2023-03-15 17:55:55 +08:00
    变成了热
    kwh
        10
    kwh  
       2023-03-15 18:01:06 +08:00   ❤️ 2
    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
        11
    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
        12
    duke807  
       2023-03-15 18:22:38 +08:00 via Android   ❤️ 2
    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
        13
    zhaofish  
       2023-03-15 19:54:06 +08:00 via Android
    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
        14
    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
        15
    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
        16
    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
        17
    runze  
       2023-03-15 23:05:34 +08:00   ❤️ 1
    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
        18
    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
        19
    okakuyang  
       2023-03-16 15:50:18 +08:00 via iPhone
    应该是消耗的 信息能量物质三者互相转化。
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