CPUの冷却方法と計算速度の関係

質問

• CPUの冷却により計算速度が向上する理由について解説します。
• クロックアップでMPUやCPUを液体窒素で冷やす方法について説明します。
• CPU内の電子の動きを早くするためには逆に温度を上げるのが効果的なのか、冷やすのが効果的なのかについて考察します。

回答No.7

sailor

CPUの中に温度を管理する回路が入っていて、温度が異常に上昇すると内部クロックを下げるからです。現在のCPUはほとんどの場合マザーボード上のクロックで直接動くのでは無く、CPU内部のクロック逓倍回路などで外部クロック以上の速度でなCPU内部の回路を動かしています。CPUの温度が異常に上昇すると、放っておけば過熱でCPU自体が破損に至ることになります。それを回避するためほとんどのCPUで保護回路を内蔵していて、異常な温度になるとその回路が動作して内部の動作速度を落とすのです。

何故高速で動作すると温度が上がるのかについては、静電容量大とインダクタンスがきく関係します。静電容量とはいわゆるコンデンサなどの容量で、複数の異なる電圧の掛った導電体にそれぞれ異なった電圧がかかると、電圧の変化があった時に導電体の距離とその面積に応じて、全く繋がっていない線同士の間にも電流が流れるのです。そしてこの電流は変化の速度が速いほど大きくなります。半来流れて欲しくはない電流が流れてしまう事になるのです。超電導でない限り、電流が流れれば必ず発熱が起こります。そしてインダクタンスですが、こちらはコイルの働きになります。コイルというとグルぐ巻いたものを思い浮かべるでしょうけれど、実は単純に一本の真っすぐな電線でも同じなのです。そして、コイルというのは周波数が高くなるほど、電位を通しにくくなる性質があります。厳密には違うのですがある種の抵抗のように働きますし近くにある回路同士の間に電磁誘導という作用が起こり電流が流れてしまいます。そしてこれも周波数が高くなるほど影響が大きくなります。CPUのような複雑な回路では非常に微細な空間に無数の異なる電流が流れる回路が高密度に詰め込まれた状態では、周波数を高くするとこれらの問題が加速度的に起こり、異常な発熱を招いたり誤動作を起こすのです。異常な発熱に関しては冷却することで防げますし、半導体というのは多くの場合でPTC（ポジティブ・テンパラチャー・コフィシエントと言って、温度が上がると抵抗値が大きくなる特性）という特性があり、上記のように漏れ電流が多くなり、本来の回路では抵抗値が大きくなるという極めて不味い状況に陥るので、それを防ぐ意味でもこ効果があるのです。

まぁ、ざっとこんなところですが事はかなり複雑な問題ですので、興味があれば調べてみてはいかがでしょうか？

お礼

詳しい回答ありがとうございます。
なんとなく分かるのですが、もう少し勉強してみます。