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CPUの消費電力
noname#252332の回答
論理回路を同線とスイッチで作ったと言われますが、スイッチで操作した値を取り出すにはリレーが必要だったでしょう。実際、どんな最新のコンピュータも、リレーを組み合わせて同じ回路を作ることができます。 https://www.fa.omron.co.jp/products/family/952/specification.html このリレーの消費電流は0.5Wってところです。インテルが2010年に発表したCPUのトランジスタ数は3億8千万個だそうですから、これをリレーで作ると19万kW。川内原子力発電所1号機2号機をフル運転して9個のCPUを動作させることができます。もっとも動作速度はインテル製の2GHzに対してリレー製では10Hzも難しいので、速度は2億分の1しか出ませんが。 https://www.fujitsu.com/jp/about/plus/museum/ikeda/exhibition/facom128b/ 実際に最初のコンピュータはリレー式だったので膨大な電力が必要でした。 リレーのあとでは、(真空管式は飛ばして)トランジスタ、N-MOSという半導体でCPUを作りました。これは電流は流れますが小さくすることによって消費電流を下げました。私が買ってもらったPC-8001とかファミコンとかの8bit CPUは、トランジスタ数2千個足らず、消費電流は1Wほどだったのでトランジスタ1個当たり0.0005Wまで節電されています。上記のリレーで作った場合に比べると千分の1になりました。 そののちに出てきた半導体がC-MOSです。C-MOSはONとOFFはするけれど電流は流れないという、節電にもってこいの半導体です。電流を流さず電圧の変化だけで値を表します。腕時計や電卓の電池が長持ちするようになったのはC-MOSのおかげです。これを3億８千万個配線したのが現在のCPUというわけです。だから、今のCPUに電圧をかけるだけなら、日本人の人口の3倍のトランジスタはほとんど電力を消費しません。問題はクロックです。周波数2GHzなどと簡単に言いますが1秒間に20億回電圧が上がったり下がったりしています。CPUの中に0Vの場所と3.3Vの場所があるいじょう、その間には静電容量というものがあるでしょう。C-MOSの静電容量を充電する電流などゼロに等しいわずかなものですが、なにしろ毎秒20億回電圧を上げたり下げたりするために、電流が捨てられています。インテルのCPUは30Wほどですから、動作中はトランジスタ1個あたり0.0000008Wほどになります。冒頭のリレーの6百万分の一です。C-MOSですからクロックを遅くするとそれに反比例して消費電流が減ると思いますよ。 つまり静電容量が小さいC-MOSを発明することがもっとも手近に消費電流を減らすことになります。
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