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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 · 82 天前 via Android · 1626 次点击
    这是一个创建于 82 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  
       82 天前
    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  
       82 天前
    信息量不是能量,和能量也是不是可以等价交换的
    jmc891205
        3
    jmc891205  
       82 天前   ❤️ 1
    ghjexxka
        4
    ghjexxka  
       82 天前   ❤️ 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  
       82 天前   ❤️ 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  
       82 天前   ❤️ 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  
       82 天前 via Android
    思而不学则殆
    geelaw
        8
    geelaw  
       82 天前   ❤️ 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  
       82 天前
    变成了热
    kwh
        10
    kwh  
       82 天前   ❤️ 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  
       82 天前
    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  
       82 天前 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  
       82 天前 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  
       82 天前
    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  
       82 天前
    电子会磨损半导体材料,肯定会消耗能量
    wtsamuel
        16
    wtsamuel  
       82 天前
    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  
       81 天前   ❤️ 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  
       81 天前
    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  
       81 天前 via iPhone
    应该是消耗的 信息能量物质三者互相转化。
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