CPU：更多的晶体管，更低的电压？

Question

我在一篇文章中读到，较新的 CPU 内核具有更窄的电路轨道，因此内核中可以安装更多的晶体管。作者写道，由于晶体管多了，电压降低了。

“随着轨道宽度的减少，更多的晶体管可以放置在同一区域内，因此电压可以降低。”

为什么较新的处理器往往会消耗更少的功率，而事实上，根据摩尔定律，它们所拥有的晶体管数量每年都会翻一番？

Answer 1

要么作者写的不真实，要么你的理解有误。

芯片（包括 CPU）由较小的部件构成。这有几个结果。

1. 零件更小。因此，在相同的空间中，您可以添加更多部件。
2. 芯片上更小和更短的路径意味着芯片可以在更低的电压下运行。
3. 热密度增加。

第一点应该是显而易见的。使用更小的部件，您可以构建更小（更便宜）的芯片。或者你构建一个可以做更多事情的芯片。（例如，更多内核、更多缓存等）。

第 2 点最好通过使用管道的例子来解释

想象一个带有管道、阀门和水的系统。如果我打开一个阀门让水进入空管道，那么在水到达管道末端并建立一些压力之前需要一些时间。管道越大，我需要向管道中添加更多的水以获得相同的压力。管道越长，水到达另一端所需的时间就越长。更小和更短的管道将更有效率。

现在用电子代替水，用电压代替水压。

芯片上的路径较短，您可以使用较低的电压。路径越小，您需要的电子就越​​少，芯片消耗的功率也就越少。它还允许信号更快地到达，从而允许压力开启和压力关闭的更多变化。（阅读：更多 MHz）。

因此，芯片上的更多部件与芯片所需的较低电压之间存在相关性。但一个不会导致另一个。相关性不是因果关系。

至于为什么较新的处理器往往消耗更少的功率，而事实上，它们所拥有的晶体管数量每年都会翻一番：这是由于一些原因。例如：

1. 更快的芯片往往会出售。更多组件允许更多内核、更多缓存。您可以像上一代一样快速构建芯片，并让它使用更少的功率。或者你可以构建一个更快的芯片。人们购买更快的芯片，即使他们不需要速度。所以更快的芯片被设计出来。
2. 更多的任务被转移到 CPU 上。在过去，您拥有 CPU、外部缓存和一些（2 或 3 个）芯片。所有这些都消耗了电力。二级缓存移到了 CPU 上。内存控制器移至 CPU，GPU 移至 CPU，外部通信（例如 PCIe 通道）移至 CPU。更多的部件意味着新的大型 CPU 需要更多的功率。但比旧式 CPU 和所有其他外部芯片的功率要低。