Pregunta ¿El rendimiento de una CPU se ve afectado a medida que envejece? [cerrado]


Esta es una pregunta hipotética sobre cómo funciona una CPU. Si compro dos CPU idénticas y uso una larga duración (digamos un año), ¿será idéntica en velocidad a la CPU no utilizada? ¿El número de ciclos de reloj, la latencia de las solicitudes, etc. en la CPU usada será menor que el de la CPU no utilizada?

Un argumento de apoyo puede ser que los dispositivos mecánicos se degradan con el tiempo, mientras que una CPU no tiene partes móviles (que no sean el ventilador externo), sí tiene circuitos que pueden dañarse por el calor y los picos de voltaje. Digamos que después de un año de uso intensivo, los circuitos se degradan y pueden pasar menos electrones ya que la ruta es más estrecha, etc.

¿Es esta la naturaleza de cómo funciona una CPU, o simplemente funciona o está rota, sin degradación de velocidad entre ellas?


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origen


Supongo que, en teoría, una CPU podría funcionar más lentamente a medida que envejece si el mecanismo de enfriamiento no se enfría tan eficientemente como solía hacerlo (tal vez el ventilador se rompe un poco y no puede alcanzar la velocidad máxima), creo que algunas CPU pueden automáticamente reduzca su velocidad de reloj si detectan que están demasiado calientes. Tenga en cuenta que esto no significa que la CPU en sí misma está envejeciendo con un rendimiento pobre; en este escenario, reemplazar un ventilador malo probablemente permitiría que la CPU funcione tan rápido como cuando era nuevo. No tengo referencias para respaldar esto, pero parece plausible para mí ... - FrustratedWithFormsDesigner
@FrustratedWithFormsDesigner, he visto a un portátil Dell estrangular a su CPU severamente porque pensaba que estaba calentándose demasiado (principalmente a través del mal diseño, creo). Es muy factible que la acumulación de polvo a través del tiempo también pueda causar eso, pero está en lo cierto al decir que no es estrictamente la edad lo que lo causa. - Highly Irregular
Lo que se vuelve más lento es el software. - Daniel R Hicks
Aquí hay un gran artículo de IEEE escrito específicamente con respecto al envejecimiento del transistor, insto a todos los interesados ​​en este tema a leer. - Breakthrough
@ JoãoPortela es todo relativo. La CPU funcionará a la misma velocidad / voltaje hasta que algunos transistores dejen de funcionar correctamente debido a la edad. La única forma de resolver el problema en ese momento es reducir la velocidad de la CPU reduciendo la velocidad del reloj o aumentar la tensión de funcionamiento (envejecimiento adicional de los transistores en la CPU muere). Y, por supuesto, con el tiempo, las unidades de generación de reloj en la CPU también se vuelven inestables, lo que provoca más fluctuaciones en el reloj. - Breakthrough


Respuestas:


¿El rendimiento de una CPU se ve afectado a medida que envejece?
  después un año de uso intensivo, los circuitos se degradan y menos electrones   puede pasar ya que el camino es más estrecho, etc.

No,

Oscilador de cristal

la velocidad de una CPU está determinada por Oscilador de cristal - Por lo que sé, esta es una parte externa para la mayoría de las CPU

crystal oscillator Mobo with xtal

Imagen de Artículo TechRepublic

Los cristales sufren un lento cambio gradual de frecuencia con el tiempo, conocido como envejecimiento.

Sin embargo, sospecho que este no es un factor significativo.

La deriva con la edad es típicamente 4 ppm durante el primer año y 2 ppm por año para el   vida del cristal DT-26.

(de TI con respecto a un RTC IC, pero creo que esta tasa es similar para el tiempo de cristales en general)

Cambios en el Semiconductor de la CPU

Penetración publicado un enlace a un Artículo de IEEE que describe la miríada de formas en que los semiconductores se ven afectados con el tiempo.

Por lo tanto, es posible que la velocidad máxima de reloj que la CPU puede disminuir con el tiempo. Sin embargo, en la mayoría de los casos esto no causará que la velocidad máxima teórica posible de la CPU disminuya, dentro de un año, por debajo de la velocidad de operación real establecida por el oscilador de cristal. Por lo tanto, una CPU que se ha almacenado durante un año funcionará a la misma velocidad que una CPU originalmente idéntica que se haya utilizado continuamente durante un año.

Regulación térmica de la CPU

Muchas CPU reducen su velocidad si su temperatura excede un umbral preestablecido. Los principales factores que pueden provocar el sobrecalentamiento de una CPU de un año no tienen que ver con la degradación de los semiconductores dentro de la propia CPU. Por lo tanto, estos factores no influyen en la pregunta formulada.

Es poco probable que un par dado de CPU idénticas diverja en capacidad dentro de un año lo suficiente como para provocar problemas térmicos que requieren que uno de ellos se ejecute solo a una velocidad reducida. Al menos, no conozco ninguna evidencia de que esto haya ocurrido dentro de un año en un dispositivo que no se considera una falla de garantía debido a un defecto de fabricación.

Eficiencia energética de la CPU

Muchas computadoras, especialmente las portátiles, están diseñadas de manera similar para reducir el consumo de energía cuando están inactivas. De nuevo, esto no es realmente relevante para la pregunta tal como se establece.


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¿Qué unidades son las ppm a las que hace referencia? Estoy familiarizado con el significado de "partes por millón" que no encaja aquí. - CajunLuke
Interpreto que significa una variación de +/- 0.0004% del valor nominal en el primer año y +/- 0.0002% a partir de entonces. - StarNamer
> Las variaciones de frecuencia del reloj (ya sea hacia arriba o hacia abajo) son un problema común, pero es probable que nunca se noten por el usuario como ralentizaciones.   Puedes verlos en CPU-Z y programas similares. La frecuencia fluctúa unos pocos MHz (la mía siempre parece ser un par por debajo de la velocidad nominal), pero como dijiste, es un pequeño porcentaje de la velocidad total, por lo que ningún humano normal notará sus efectos. - Synetech
Me gusta cómo responde esta respuesta al problema principal con la velocidad de la CPU: el reloj. La otra respuesta habla de otros problemas que pueden afectar la velocidad de la CPU, pero no son el problema principal que afecta la velocidad de la CPU. - Trevor Boyd Smith
Esto tiene evidencia de apoyo a través de los comentarios relacionados. Avance de enlaces a un artículo de IEEE sobre la desaceleración del transistor que sugiere que estos se desgastan con el tiempo. Entonces, como DanH menciona, "si el circuito se desacelera nadie se da cuenta hasta que los errores comienzan a aparecer debido a que el reloj es 'más rápido' que el circuito". Entonces, como mencionaste, el oscilador de cristal dicta la velocidad y fluctúa una cantidad casi imperceptible. Siempre que los transistores que disminuyen la velocidad todavía respondan lo suficientemente rápido a la velocidad establecida por el oscilador de cristal, no se medirá desaceleración después de un período de tiempo. - Ben Simpson


En teoría, no, una CPU debería funcionar básicamente a la misma velocidad durante toda su vida.


En la práctica, sí, las CPU se vuelven más lentas a lo largo del tiempo debido a la acumulación de polvo en el disipador de calor, y debido a que la pasta térmica de menor calidad con la que se envían las computadoras preconstruidas se degradará o se evaporará. Estos efectos hacen que la CPU se sobrecaliente, en ese momento acelerará su velocidad para evitar daños.

Sin embargo, limpiar el disipador térmico y volver a aplicar la pasta térmica debería hacerlo tan bueno como nuevo.


Nota: si estás pidiendo esto debido a la ralentización de una computadora vieja, hay otras razones  (generalmente muriendo discos duros o condensadores reventados) que las computadoras viejas disminuirán con el tiempo.


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Muy buena respuesta. La teoría no es la realidad. - Ugo
Es cierto que hice mi CPU más rápida al aspirar el polvo del ventilador. - MSalters
@Ramhound: Lo siento, pero eso no es cierto. Intel ha estado usando su SpeedStep tecnología desde la segunda generación de Pentium III (circa 2000), mientras que AMD ¡PowerNow! desde 1999. También recuerdo claramente que Pentium II tenía aceleración de la CPU antes de AMD, antes de que tuvieran un nombre de marca elegante para ello. - BlueRaja - Danny Pflughoeft
¿Cómo explicas que las computadoras portátiles funcionen con más calor durante años de uso constante? que se limpian regularmente - Tony EE rocketscientist
@ Tony: Como mencioné, la pasta térmica probablemente deba volver a aplicarse (También podría ser que el ventilador esté muriendo / muerto, pero eso debería ser fácil de ver / escuchar). - BlueRaja - Danny Pflughoeft


Respuesta corta, ninguna CPU no será más lenta con la edad.

Respuesta un poco más larga:

Una CPU funcionará siempre que todas las conexiones y transistores funcionen correctamente. Mientras que en un cable normal puede haber movimiento que puede hacer que la conexión sea intermitente, ese no es el caso en la CPU como:

  • los circuitos están grabados en el silicio
  • las cosas son mucho más pequeñas

Si algo se rompe, cualquier cosa puede suceder: desde malas matemáticas hasta que la computadora no se inicia.


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¿A Downvoter le importa comentar? - soandos
No soy el infractor, pero podría ser porque usted implicó que las CPU están impresas; en realidad están grabados. (Por supuesto, eso no cambia la corrección esencial de la respuesta, así que te cambié de categoría). También envié una edición para corregir esto. - CajunLuke
@CajunLuke: En realidad, el paso de grabado es solo uno de muchos. Primero coloque una capa anti-grabado en la parte superior, luego imprima el circuito deseado en la capa, elimine las partes impresas y luego grabe toda la superficie. Donde la capa protectora ya no existe, el grabado creará canales. en la capa de abajo El proceso se llama "fotolitografía" - MSalters
¿Cómo se explica el aumento de la velocidad del ventilador y el aumento de la temperatura del portátil después de años de envejecimiento? cuando se mantiene limpio. - Tony EE rocketscientist
¿Tal vez el deterioro de la pasta térmica? - Spidey


Yo diría, que el núcleo esencial de este asunto, tiene mucho menos que ver con el hardware físico, como lo hace con nuestras percepciones, y el rendimiento relativo del software que ejecutamos, cambia con el tiempo.

En un mundo de 1's and 0's - Ahi esta muy poco eso puede pasar, especialmente a la CPU: eso alteraría drásticamente (o incluso estadísticamente) el rendimiento general de la máquina, aparte de una falla total.

Esta pregunta me llamó la atención porque recordé momentos de mi vida en los que no podía creer la máquina que estaba usando - era la misma que tal vez solo unos años antes Pensé que era tan rapido - que ahora estaba siendo torturado por lo que en ese momento parecía ser interminablemente lento.

En una nota más brillante, ya que los abogados de Moore parecen estar en receso, los desarrolladores de software han realizado importantes mejoras en los últimos años, que parecen centrarse en el rendimiento de ajuste fino en función de la potencia bruta. No es exagerado cuando digo que mi 8-Core Xenon 2.8 GHz Mac Pro parece 2X o 3X más rápido ahora de lo que lo hizo cuando se compró en 2008. Estas son diferencias significativas y mensurables que solo podrían deberse a mejoras / optimizaciones masivas en el lado del software.

Lo que estoy diciendo es que la mente humana / nuestras percepciones / nuestras expectativas, combinadas con otros aspectos más flexibles del entorno operativo son exponencialmente más impactantes que cualquier variación de una especificación de fábrica, que puede estar preocupado.


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Es interesante que digas que tu Mac funciona mejor ahora que antes. Esto indica que los desarrolladores de software para Mac se concentran en mejorar el rendimiento para poder sacar más provecho de la fuerza de la máquina, mientras que los desarrolladores de PC para Windows solo usan la potencia de hardware mejorada para crear programas más sofisticados sin pensar demasiado en el rendimiento. Esta es probablemente la razón por la cual una PC tiende a desacelerarse con el tiempo, no porque el hardware se degrade, sino porque el software exige más hardware ... - awe
Estoy de acuerdo con usted en que la percepción humana relativa de lo que cambia rápidamente con el tiempo, ya que excedemos los límites con un hardware más rápido, tenga en cuenta que hay formas de evitar esto, por ejemplo, utilizando puntos de referencia estandarizados que no representan el software mejoras o parcialidad subjetiva. - Thomas
"Yo diría, que el núcleo esencial de este asunto, tiene mucho menos que ver con el hardware físico, como lo hace con nuestras percepciones, y el rendimiento relativo del software que ejecutamos, cambia con el tiempo".  Eso es bueno, pero el OP está preguntando específicamente de una perspectiva de hardware. Estoy de acuerdo en que el problema es apenas perceptible por un ser humano, pero de hecho las características de conmutación del transistor cambian drásticamente a lo largo de la vida útil del semiconductor. - Breakthrough
@Breakthrough ciertamente no soy un ingeniero eléctrico y para entender mejor lo que estás diciendo Encontré este artículo lo cual es interesante ... Pero, básicamente, lo que dice es que sin millones de dólares en equipamiento, ni siquiera los fabricantes de chips realmente tienen sus mentes en torno a este proceso de envejecimiento. Supongo que es solo que en la vida cotidiana, este problema nunca será la raíz del problema real de nadie, ni algo que podamos contactar con nuestros sentidos humanos. - mralexgray


Si compro dos CPU idénticas, y uso una larga duración (digamos una   año), ¿será idéntica en velocidad a la CPU no utilizada?

Más probable, . La velocidad a la que se ejecuta una CPU es variable y la establece el usuario final (aunque generalmente se establece automáticamente según las especificaciones del fabricante). Sin embargo, puede encontrar que al final del primer año, la CPU no utilizada (suponiendo que fueran verdaderamente idéntico para empezar) overclocks mejor que la CPU utilizada. Este efecto se puede atribuir a envejecimiento del transistor, que insinuaste más tarde en tu pregunta:

Mientras que una CPU no tiene partes móviles (que no sea el ventilador externo), lo hace   tienen circuitos que pueden dañarse por el calor y picos de voltaje. Permite   dicen que después de un año de uso intensivo, los circuitos se degradan y menos   los electrones pueden pasar ya que el camino es más estrecho, etc.

Este es exactamente el caso, y es precisamente lo que sucede después de que se utiliza una CPU.

Similar a un vehículo, hay algo de desgaste en los conductores a medida que los electrones pasan a través de ellos. El calor también afecta el envejecimiento del transistor, razón por la cual el troquel de la CPU está diseñado para un rango particular de temperaturas de operación. Durante la operación, los electrones tienen que atravesar algunas capas en los materiales semiconductores, degradándolos con el tiempo. Esto hace que la velocidad de conmutación de los transistores individuales aumente con el tiempo, haciéndolos "más lentos".

Sin embargo, como dije antes, la velocidad de la CPU la establece el usuario final. Es un circuito digital síncrono y funcionará tan rápido como lo indique, incluso si el retardo de propagación excede el tiempo de conmutación y la computadora falla. Esto es lo que sucederá a medida que la CPU envejece. Con el tiempo, las diversas subunidades de la CPU tardarán más y más en terminar sus cálculos, lo que provocará inestabilidad en la CPU.

Este efecto se puede mitigar al desacelerar la velocidad del reloj hacia abajo, haciendo que la CPU sea más lenta pero compensando el aumento de los retrasos de propagación. Este efecto también se puede mitigar aumentando el voltaje de la CPU (lo que provoca un tiempo de conmutación reducido para los transistores, lo que permite una mayor velocidad de reloj), pero elevar el voltaje de la CPU solo causará que los transistores envejezcan. Más rápido.


Esta es la razón por la cual decimos que un procesador se vuelve más lento a medida que envejece: el procesador se vuelve inestable a velocidades más altas, lo que requiere que baje la velocidad del reloj con el tiempo. La buena noticia es que este efecto suele ser notorio en un calendario de años.


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Me recuerda un efecto observado en algunos circuitos integrados tempranos: cuando se pasaban densidades de corriente relativamente altas a través del cableado de oro, en realidad habría una migración física del oro similar a la de un río a lo largo del tiempo. En las esquinas, la esquina migraría lentamente hacia afuera (como una curva en un río) haciendo el alambre más delgado y más largo (y también creando el riesgo de cortocircuitar a un cable adyacente). Este adelgazamiento / alargamiento de los cables seguramente afectaría la velocidad máxima del reloj del circuito (aunque solo sea muy leve).

Además, creo que los diseñadores saben cómo controlar los procesos de fabricación para evitar este efecto específico (o al menos hacerlo inmensurablemente pequeño). Pero, como se señala en un comentario anterior, hay varios otros efectos.

Sin embargo, hay dos factores que hacen razonable decir "no, para todos los fines prácticos" en respuesta a la pregunta original:

  1. La gran mayoría de los circuitos informáticos están "sincronizados" externamente, en la mayoría de los casos con algún tipo de oscilador controlado por cristales. Entonces, si el circuito se ralentiza, nadie se da cuenta hasta que los errores comienzan a aparecer debido a que el reloj es "más rápido" que el circuito.
  2. Hay varios efectos (p. Ej., "Bigotes" metálicos que crecen en los circuitos, un grave problema de corriente ya que el cable se elimina de los circuitos) que provocan fallas en el circuito mucho antes de que la velocidad del circuito sea significativa o incluso mensurable.

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El adelgazamiento de los cables y el alargamiento de la longitud tal como lo describió suena como el fenómeno de la electromigración en el artículo anterior de IEEE. Sin embargo, tienes razón, ya que los diseñadores están construyendo estas pistas lo suficientemente separadas para que no entren en contacto. - Ben Simpson


Esta no es una respuesta completa, sino una presentación de una posible fuente de degradación de la velocidad (no tan importante como la estrangulación debido a la degradación por transferencia de calor mencionada anteriormente):

Tal vez la ruta más larga se incrementa debido a la acumulación de carga dieléctrica, lo que hace que el procesador se reduzca para poder funcionar. Es decir, cuando se da un vector de entradas a un circuito lógico, transcurre un tiempo finito mientras el sistema de lógica física vibra en su lugar (lo que establece un enlace superior para la frecuencia del reloj). La degradación dieléctrica ocurre en cada transistor, lo que hace que un transistor requiera un voltaje más alto para el mismo tiempo de subida, o lo que es lo mismo, un tiempo de subida menor (menos velocidad) con el mismo voltaje. Si una cantidad suficiente de transistores se degrada (de forma desigual), la ruta más larga podría cambiar, lo que puede degradar el rendimiento en un procesador que opera cerca de su límite de velocidad lógico.


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Creo que si el tiempo de subida varía mucho, el transistor ya no se activará correctamente (no hará valer su señal el tiempo suficiente para que la siguiente parte del circuito se enganche antes del final del reloj). Esto conducirá a fallas difíciles, no a una desaceleración. Su CPU funcionará igual de rápido, solo dará respuestas incorrectas (o se reiniciará completamente, o se solidificará). - TMN