題 CPU的性能隨著年齡的增長而受到影響嗎? [關閉]


這是關於CPU如何運行的假設性問題。如果我購買兩個相同的CPU,並使用一個長期(比如一年),它的速度是否與未使用的CPU相同?使用的CPU上的時鐘週期數,請求延遲等是否會少於未使用的CPU?

一個支持性的論點可能是機械設備隨著時間的推移而降級,雖然CPU沒有移動部件(除了外部風扇),但它確實有可能被熱量和電壓尖峰損壞的電路。可以說,經過一年的密集使用後,由於通路較窄,電路會降級,電子可以通過,等等。

這是CPU運行的本質,還是簡單的工作或損壞,兩者之間沒有速度降低?


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起源


我認為從理論上講,如果冷卻機制不像以前那樣有效冷卻,CPU可能會運行得更慢(可能風扇稍微破壞而無法達到最高速度),我認為有些CPU可以自動運行如果發現它們太熱,則縮回它們的時鐘速度。請注意,這並不意味著CPU本身會老化到性能不佳的狀態;在這種情況下,更換壞風扇可能會讓CPU以新的速度運行。我沒有任何提及支持這一點,但對我來說似乎是合理的...... - FrustratedWithFormsDesigner
@FrustratedWithFormsDesigner,我看到戴爾筆記本嚴重限制了它的CPU,因為它認為它太熱了(主要是因為我認為設計不好)。隨著時間的推移灰塵的積累也會導致這種情況完全可行,但你說的是,它不是嚴格的年齡導致它。 - Highly Irregular
變慢的是軟件。 - Daniel R Hicks
這裡有一個 偉大的IEEE文章 專門針對晶體管老化而寫的,我敦促任何對此主題感興趣的人閱讀。 - Breakthrough
@JoãoPortela這都是相對的。 CPU將以相同的速度/電壓運行,直到一些晶體管由於老化而停止正常工作。解決此問題的唯一方法是通過降低時鐘速度來降低CPU速度,或者增加工作電壓(使CPU芯片上的晶體管進一步老化)。當然,隨著時間的推移,CPU中的時鐘發生單元也會變得不穩定,導致更多的時鐘抖動。 - Breakthrough


答案:


CPU的性能隨著年齡的增長而受到影響嗎?
  後 一年 密集使用,電路降級和電子更少   因為路徑較窄等可以通過

沒有,

晶體振盪器

CPU的速度由a決定 晶體振盪器  - 據我所知,這是大多數CPU的外部部件

crystal oscillator Mobo with xtal

圖片來自 TechRepublic文章

晶體隨著時間經歷緩慢的頻率逐漸變化,稱為老化。

但是,我懷疑這不是一個重要因素。

隨著年齡的增長,第一年的漂移通常為4 ppm,而每年的漂移為2 ppm   DT-26水晶的壽命。

(從 TI 關於RTC IC,但我相信這個速率與一般的時序晶體相似)

CPU半導體改變

突破 發布了一個鏈接 IEEE文章 這描述了半導體隨著時間的推移受到影響的無數方式。

因此,CPU能夠達到的最大時鐘速度可能會隨著時間的推移而降低。但是在大多數情況下,這不會導致CPU的理論最大可能速度在一年內下降,低於晶體振盪器設定的實際工作速度。因此,已存儲一年的CPU將以與連續使用一年的原始相同CPU相同的速度運行。

CPU熱調節

如果溫度超過預設閾值,許多CPU會降低速度。可能導致一年前CPU過熱的主要因素與CPU本身內部的半導體性能下降無關。因此,這些因素與所製定的問題無關。

一對給定的相同CPU不太可能在一年內發揮功能,足以觸發熱問題,這些問題需要其中一個以低速運行。至少,我知道沒有證據表明這種情況發生在一年之內,因為製造缺陷導致保修失敗。

CPU能效

許多計算機,特別是便攜式計算機,同樣設計用於在空閒時減少能量消耗。同樣,這與所述問題無關。


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您參考的ppm是多少單位?我熟悉這個“百萬分之一”這個含義不適合這裡。 - CajunLuke
我將其解釋為第一年名義價值的+/- 0.0004%變化,此後變化為+/- 0.0002%。 - StarNamer
>時鐘頻率變化(無論是向上還是向下)都是一個常見的問題,但它們很可能永遠不會被用戶視為減速。   您可以在CPU-Z和類似程序中看到它們。頻率波動幾MHz(我的 總是 似乎是一個低於額定速度的夫婦),但就像你說的那樣,它只佔總速度的一小部分,所以沒有正常的人會注意到它的影響。 - Synetech
我喜歡這個答案如何解決CPU速度的主要問題:時鐘。另一個答案討論可能影響CPU速度的其他問題,但它們不是影響CPU速度的主要問題。 - Trevor Boyd Smith
這在相關評論中都有支持證據。突破性的鏈接到IEEE文章討論晶體管減速,這表明這些隨著時間的推移而磨損。然後,正如DanH所提到的那樣,“如果電路減速,沒有人會注意到由於時鐘比電路”更快“而出現錯誤。所以,正如你所提到的,晶體振盪器決定速度,並且波動幾乎難以察覺的數量。只要減速晶體管仍然足夠快地響應晶體振盪器設定的速度,一段時間後就不會測量減速。 - Ben Simpson


理論上,不,CPU應該在其整個生命週期內以基本相同的速度運行。


在實踐中,是的,由於散熱器上的灰塵積聚,CPU隨著時間的推移變慢,並且因為預先構建的計算機經常隨附的低質量導熱膏會降解或蒸發。這些影響會導致CPU過熱,此時它會調節速度以防止損壞。

然而,清潔散熱器並重新塗抹導熱膏應該會像新的一樣好。


注意:如果你因為舊計算機速度慢而問這個問題,那就有了 其他原因  (通常死於硬盤或彈出電容器) 舊電腦會隨著時間的推移而減速。


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很好的答案。理論不是現實。 - Ugo
沒錯,我通過將風扇吹出灰塵來加快CPU速度。 - MSalters
@Ramhound:對不起,但事實並非如此。英特爾一直在使用他們的 SpeedStep技術 自第二代Pentium III(約2000年)以來的技術,而AMD則擁有 的PowerNow! 自從1999年以來,我也清楚地記得Pentium II在AMD之前有CPU限制,之前他們有一個花哨的商標名稱。 - BlueRaja - Danny Pflughoeft
你如何解釋經常使用多年的筆記本電腦?經常清洗的。 - Tony EE rocketscientist
@Tony:正如我所提到的,可能需要重新應用導熱膏 (也可能是風扇死亡/死亡,但應該很容易看到/聽到)。 - BlueRaja - Danny Pflughoeft


簡短的回答,沒有CPU會隨著年齡的增長而變慢。

答案稍長一點:

只要所有連接和晶體管都正常工作,CPU就能工作。在普通線路中,可能存在可能使連接斷斷續續的移動,而在CPU上則不是這樣:

  • 電路被蝕刻到矽中
  • 事情要小得多

如果某些事情確實破裂,任何事情都可能發生:從糟糕的數學到沒有啟動的計算機。


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Downvoter關注評論? - soandos
我不是downvoter,但可能是因為你暗示CPU是打印的;它們實際上是蝕刻的。 (當然,這不會改變答案的基本正確性,所以我對你投了贊成票。)我還提交了一個編輯來糾正這個問題。 - CajunLuke
@CajunLuke:實際上,蝕刻步驟只是其中之一。首先在頂部放置防蝕層,然後在層上打印所需的電路,沖洗掉印刷部件,然後蝕刻整個表面。在保護層消失的情況下,蝕刻將產生通道。在下面的圖層中。這個過程叫做“光刻” - MSalters
你如何解釋多年老化後風扇速度增加和筆記本電腦溫度上升?保持清潔。 - Tony EE rocketscientist
也許導熱膏會變質? - Spidey


我認為 - 這個問題的關鍵核心 - 與物理硬件的關係遠沒有那麼多 - 正如我們的看法 - 以及我們運行的軟件的相對性能 - 隨著時間的推移而變化。

在一個世界 1's and 0's - 有 很少 那可能發生, 特別 到CPU - 這將徹底(或甚至統計)改變機器的整體性能 - 除了完全失敗。

這個問題引起了我的注意,因為我回想起我生命中的每一次 我不敢相信 我正在使用的機器 - 與之相同 也許只有幾年前 我以為是 很快  - 我現在因為那時似乎無比緩慢而受到折磨。

更為明顯的是 - 由於摩爾的律師似乎已經休息 - 近年來軟件開發人員已經取得了重大進展 - 這似乎集中在微調性能而不是依賴蠻力。當我說我的8核氙氣2.8 GHz Mac Pro看起來毫不誇張 2X或3X 現在比2008年購買時更快。這些是有意義和可衡量的差異,這只能歸功於軟件方面的大量改進/優化。

我所說的是,人類的思想/我們的看法/我們的期望,加上其他更靈活的運營環境,比工廠規格的任何變化都要大得多,你可能會擔心。


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有趣的是,你說你的Mac現在比以前表現更好。這表明Mac的軟件開發人員專注於提高性能,以便能夠從機器中獲得更多功能,而Windows的PC開發人員只需使用改進的硬件功能來製作更多花哨的程序,而不必過多考慮性能。這可能是PC隨著時間的推移趨於減速的原因 - 不是因為硬件性能下降,而是因為軟件需要更多的硬件...... - awe
我同意 - 與你同意 - 人們對快速變化的相對感知 - 隨著時間的推移,我們反复超過限制 - 使用更快的硬件,請注意有很多方法可以解決這個問題,例如使用標準化的基準測試 - 不考慮軟件改善或主觀偏見。 - Thomas
“我認為 - 這個問題的關鍵核心 - 與物理硬件的關係不大 - 就像我們的看法 - 以及我們運行的軟件的相對性能 - 隨著時間的推移而變化。”  那很好,但是 OP正在具體詢問 從 從硬件角度來看。我確實認為這個問題很難被人類察覺,但實際上晶體管開關特性會在半導體的壽命期間發生巨大變化。 - Breakthrough
@Breakthrough我當然不是電氣工程師,更能理解你在說什麼 我找到了這篇文章 這很有趣..但它基本上說沒有價值數百萬美元的設備,甚至芯片製造商都沒有真正關注這個老化過程。我想這只是在日常生活中,這個問題永遠不會是任何人的實際問題的根源,也不是我們甚至可以接觸到我們人類感官的東西。 - mralexgray


如果我購買兩個相同的CPU,並使用一個長期(比如說一個)   它的速度是否與未使用的CPU相同?

最有可能的, 。 CPU運行的速度是可變的,由最終用戶設置(儘管通常根據製造商的規格自動設置)。但是,您可能會發現在第一年結束時,未使用的CPU(假設它們是真的 相同 開始時)超頻 更好 比用過的CPU。這種影響可以歸結為 晶體管老化,您在稍後的問題中暗示:

雖然CPU沒有移動部件(外部風扇除外),但確實如此   有可能因熱量和電壓尖峰而損壞的電路。讓我們   說經過一年的密集使用後,電路會降低並減少   電子可以通過,因為通路較窄等。

確實如此,正是在使用CPU之後會發生的情況。

與車輛類似,當電子通過導體時,導體上會有一些磨損。熱量也會影響晶體管老化,這就是CPU芯片設計用於特定工作溫度範圍的原因。在操作期間,電子必須穿過半導體材料中的一些層,隨著時間的推移使它們退化。這導致各個晶體管的開關速度隨時間增加,使它們“更慢”。

但是,正如我之前所說,CPU速度由最終用戶設置。它是一個同步數字電路,運行速度與您告訴它一樣快 - 即使傳播延遲超過切換時間,計算機也會崩潰。隨著CPU老化,這將會發生。隨著時間的推移,CPU中的各個子單元將花費更長的時間來完成計算,從而導致CPU的不穩定性。

可以通過降低時鐘速度來減輕這種影響,使CPU速度變慢但補償增加的傳播延遲。通過增加CPU電壓(減少晶體管的切換時間,允許更高的時鐘速度)也可以減輕這種影響,但提高CPU電壓只會導致晶體管老化 快點


這就是為什麼我們說處理器隨著老化而變慢 - 處理器在更高的速度下變得不穩定,需要你隨著時間的推移降低時鐘速度。好消息是這種影響通常在時間尺度上是顯而易見的 年份


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我想起在一些早期集成電路中看到的效應:當通過黃金佈線運行相對較高的電流密度時,實際上金的物理遷移類似於河流的曲折隨著時間的推移。在拐角處,拐角會緩慢地向外移動(就像河中的牛軛彎曲一樣),使得導線更薄更長(並且還會產生與相鄰導線短路的風險)。這種導線變薄/加長肯定會影響電路的最大時鐘速度(如果只是非常輕微)。

我相信設計師知道如何控制製造工藝以防止這種特定的影響(或者至少使它變得無比小)。但是,正如上面的評論中所指出的,還有其他一些影響。

但是,在回答原始問題時,有兩個因素可以合理地說“不,為了所有實際目的”:

  1. 絕大多數計算機電路都是外部“時鐘”,通常使用某種晶體控制振盪器。因此,如果電路變慢,沒有人注意到由於時鐘比電路“更快”而出現錯誤。
  2. 有幾種效應(例如,電路上生長的金屬“晶須” - 當電路中的鉛被去除時出現嚴重的電流問題),在電路減速變得顯著或甚至可測量之前很久就會導致電路故障。

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如您所述,導線變薄並變得更長,這聽起來像上面IEEE文章中的電遷移現象。你是對的,因為設計師正在將這些軌道分開足夠遠,以至於它們不會接觸到。 - Ben Simpson


這不是一個完整的答案,而是一個可能的速度降級來源的介紹(不像上面提到的傳熱退化引起的節流那樣重要):

也許最長的路徑由於介電電荷的積累而增加,導致處理器縮小以便起作用。也就是說,當輸入向量被給予邏輯電路時,有限時間過去而物理邏輯系統嘎嘎聲就位(其為時鐘頻率設置上鍵)。每個晶體管都會發生介電劣化,使得晶體管在相同的上升時間內需要更高的電壓,或者等效地,在相同的電壓下需要更低的上升時間(更低的速度)。如果足夠數量的晶體管降級(不均勻),則最長路徑可能會很好地改變,這可能降低在其邏輯速度限製附近操作的處理器中的性能。


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我認為如果你的上升時間變化很大,晶體管將不再正常工作(它不會將其信號斷言足夠長的時間,以便電路的下一部分在時鐘的後沿之前鎖存)。這將導致硬故障,而不是減速。您的CPU將以同樣快的速度運行,它只會給出錯誤的答案(或者自動平坦復位,或者楔形固定)。 - TMN


CPU是多核處理器的同義詞(對於大多數人而言),我懷疑你更有可能詢問它。

某些多核處理器可能會禁用發生故障的核心,即間歇性過熱故障或永久性故障。 見 80核英特爾研究芯片的自校正功能。壞核心實際上被標記為不可用,並且其職責分佈到其他核心,較少核心意味著您的處理器可用的總CPU週期較少,因此執行工作會較慢。

我想這會變得更加普遍,因為製造商試圖遵守摩爾定律,並將更多內核塞進處理器芯片中。

編輯:

留下來詹姆斯的評論是有道理的。

根據 事情怎麼樣,PS3的Cell處理器具有類似的冗餘,它由8個SPE製成,使用其中的7個,在發生故障時保留1個備用。我懷疑如果2個SPE失敗,處理器會工作,但我找不到更多信息。


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這聽起來像是單個核心內的災難性氧化物故障。如果核心被禁用作為自校正功能的一部分,這將降低基準測試中每秒的總操作數。如果沒有災難性的失敗,剩餘的核心是否會在相同的性能水平下運行? - Ben Simpson
沒錯,但今天的2,3和4核心系統沒有這種自校正功能。 - vy32
@Jon:我不認為你對Cell處理器是正確的。我所看到的一切都表明這種技術是關於提高製造產量。因此,一些芯片出廠時帶有一個故障SPE,否則將無法使用。我沒有看到任何跡象表明如果SPE在處理器使用時發生故障,處理器仍然可以正常工作。但是,如果你確實找到了一篇文章,那麼隨時可以證明我是錯的。 - James P
我同意,我正在捕魚以確認是否存在貶低者的風險。謝謝你不是一個傻瓜:) - jon


在考慮CMOS的基本操作時,CPU如何工作需要並了解CMOS壓擺率會導致散熱,溫度上升會降低壓擺率,從而增加壓擺率,並且傳播時間也會增加。如果在競爭條件之前的定時存在設定的餘量,那麼可以用恆定的時鐘速度表示MPU可以運行較慢的上升時間和增加的時鐘延遲,因此由於芯片或外部存儲器中的競爭條件而導致鎖定之前的餘量可能導致失敗。 這就解釋了為什麼MPU的熱量會在冷卻期後發揮作用。

如果潮濕的灰塵積聚在暴露的總線焊接區域上,則會發生CMOS門的表觀老化。這可以增加許多pF的負載,這可以減少總線信號的上升時間並增加內部散熱,從而進一步降低轉換速率。

明顯老化的另一個原因是用戶啟動時安裝的後台任務數量增加,並導致所謂的空閒活動期間過熱。修剪啟動可以減少整體CPU負載,從而恢復由於過程進程運行導致的正常溫度上升。例如,零售版本的干淨安裝上的XP可能有25個進程正在運行,而且在註冊表中有許多用戶自動安裝的服務和啟動進程的OEM版本可能會增加此進程數,如TaskManager進程選項卡中所示50,根據我對沒有經驗的用戶的經驗,甚至高達100。使用諸如MSConfig之類的簡單程序來實現這些過程可以提供幫助,但WinPatrol甚至更好,更自由,並且可以恢復酷炫的操作。

正如其他人所指出的那樣,內部失效機制也會降低門的轉換速率,稱為時間相關的介質擊穿,這是由半導體材料上的電遷移生長引起的。這取決於熱量和電壓的應力水平以及空間中的伽馬輻射。

所有這些因素都有助於解決為什麼即使在重新安裝OEM映像之後,老化的筆記本電腦中出現溫度升高和時間裕度損失的原因。因此,5年前的latops會運行得更熱,這意味著它們必須具有更長的轉換速率,因此溫度升高超過環境溫度,這意味著它必須運行更慢的上升時間。但是時鐘速率是固定的,所以如果工作的性能將是相同的,直到裕度下降到零而沒有警告。因此,監測您的溫升並且不要超過70'C,以便可靠運行是我最好的建議。在大多數CPU風扇開始全速運行的情況下,60'C是最佳選擇。


CPU隨著老化而變熱的原因有很多。 一個原因需要並理解互補切換。簡單地說,它是一個同步上拉開關,在下拉關閉時打開。在此期間,如果存在來自不等轉換速率或切換時間的交叉,則會出現瞬時短路。 CMOS的新技術可以補償這種依賴溫度和電壓的特性,以引入更快的開關時間,但具有受控的死區時間,以消除交叉期間的瞬態功率損耗。儘管ElectroMigration是額外延遲的一個原因,但如果這是對稱的則不明顯。

從來沒有像現在這樣普遍存在的CPU溫度上升(隨著用戶感覺筆記本電腦在過去幾年逐漸變得越來越熱),這有助於解釋原因。即老化導致逐漸轉換速率增加,這會影響穩定時鐘頻率的動態功耗或交叉轉換的重複率。由於我們知道穩態洩漏功率可以忽略不計,因此互補輸出的這種有效驅動力會帶來瞬間電流浪湧,從而推高CPU溫度。因此,如果其他一切都是恆定的,CPU空閒溫度是老化或減慢轉換速率的強烈指示。(CPU負載,V +,環境溫度,冷卻效率,除塵)你的CPU仍將以相同的速度執行指令但運行在競爭條件發生之前更短,因此具有更少的時間餘量。 (由於傳播延遲而未準備好時讀取數據)

台式機CPU也存在同樣的現象,但用戶可能並不知道多年來風扇速度的逐漸增加,這可以補償逐漸老化導致的散熱增加。據我所知,沒有實證研究,但在過去的20年中,我個人對CPU的觀察發現,在許多情況下會發生這種情況,但不是全部。


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這是一個非常有見地的答案!您的評論:“但是時鐘速率是固定的,所以如果工作的性能將是相同的,直到裕度降至零而沒有警告”支持我的理解,CMOS門確實變慢,使用更多,但這被時鐘速率掩蓋。只要門在時序餘量內執行,CPU就會正常工作。隨著時間的推移,隨著時間的推移,這個邊際會減少。 - Ben Simpson