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[강의] 문과를 위한 CPU에서 열이나는 이유

[ 서론 ] - 스킵해도 ㄱㅊ

 

도선에 전류를 흘렸을때 열이 발생하는 원인이

 

이 세상에는 저항이 없는 완벽한 도체는 없기에

 

전류를 흘리는 케이블 자체에도 작은 저항이 있어서

 

열이 발생한다는 이야기는 이미 알고 있을거야

 

 

 

하지만 왜 CPU의 클럭이 높을수록 발열이 심해질까?

 

하는 이야기는 이것과 크게 상관이 없어

 

클럭이 달라져도 회로의 저항이 달라지지는 않기 때문이야

 

 

 

 

흔히 일을 더 시키려면 열이나고

 

더 빨리 달리면 몸에서 더 많은 땀이나고

 

이런식으로 비유를 하지만 진짜 과학적으로 왜 열이날까?

 

 

 

[ 본론 ]

 

왜 클럭에 따라서 발열의 정도가 달라질까?

 

 

오늘은 이것에 대해 알아볼거야

 

 

 

0.png

 

CPU는 아주 작은 스위치(트랜지스터)의 집합이라는 것은 알고 있을거야

 

모른다면 지금이라도 알아라

 

 

 

1.png

 

이 스위치에는 입력, 출력, 스위치신호

 

이렇게 3가지 요소가 있고

 

 

 

2.png

스위치 신호에 전압을 가하지 않으면

 

입력에서 들어온 전기를 출력으로 내보낼 수 없어

 

 

 

3.png

 

반대로 스위치 신호를 주면 입력과 출력이 연결되는거지

 

수도꼭지를 열고 닫는 것과 같아

 

 

 

4.png

 

컴퓨터는 0과 1의 반복이라는 것도 상식이야

 

그렇다면 0과 1이 반복되는 신호를 스위치에 주면 어떻게 될까?

 

 

 

5.png

 

당연하게 막혔다 통과됐다를 반복해

 

 

 

 

6.png

 

이러한 막힘과 통과 1세트를 '주기' 라고 하고

 

1초에 몇 주기가 일어 났는가를 주파수(Hz) 라고 해

 

 

 

 

7.png

 

이 경우에는 1초에 2주기가 들어있으니 2Hz가 되겠지?

 

 

 

 

 

8.png

 

그리고 니들이 쓰는 CPU는 수십억Hz 짜리고

 

 

 

 

 

 

 

9.png

 

다시 스위치로 돌아가자

 

 

 

 

10.png

 

 

이번에는 스위치의 입력과 출력 전압의 차이 V2에 대해서 알아보자

 

 

 

 

 

11.png

 

입력으로 1V가 들어왔지만

 

스위치가 꺼져있어 출력은 0V 상태야

 

즉 스위치 앞뒤의 전압 차이는 1V가 되는거지

 

 

 

 

 

12.png

 

입력으로 1V가 들어왔고

 

스위치가 켜져있어 출력도 1V가 됐어

 

전류가 통하기 때문에 전압 차이는 0V야

 

 

 

 

이걸 그래프로 나타내면

 

 

 

13.png

 

이렇게 스위치 신호와 반대되는 전압 그래프가 나오지

 

 

 

지금까지 전압에 대해서 알아봤는데

 

이번에는 전류를 생각해보자

 

 

전압은 압력이고

 

전류는 전기가 얼마나 흐르는가 라는 뜻이야

 

 

대충 수도꼭지로 보면

 

전압은 물의 압력인 수압!

 

전류는 흐르고 있는 물의 양인거지

 

 

14.png

 

당연히 막혔을때는 안 흐르고

 

통과 됐을때는 흐르니까 V1과 같은 형태가 나오겠지?

 

 

 

 

 

15.png

 

이제 필요한거 2개를 모두 얻었으니

 

이 두개만 때어놓고 생각하자

 

 

 

 

16.png

 

중학교 과학시간에 배웠겠지만

 

전력소모 = 전압 x 전류 야

 

 

 

17.png

 

하지만 스위치에 걸리는 전압과 전류는

 

아주 훌륭하게도 1과 0로 엇갈리기 때문에

 

그 두개를 곱해봤자 0W 가 나오지

 

 

즉, 전력소모가 없어!

 

 

 

그런데 없을리가 없겠지?

 

저건 현실적으로 불가능한 이상적인 파형이야

 

 

 

 

18.png

갑자기 0이 1이되고 1이 0이 되는건 현실세계에서는 불가능해

 

현실은 이렇게 UP과 DOWN이 일어나는데 지연시간이 있어

 

 

 

19.png

 

더 보기쉽게 V2와 i2 그래프를 합쳐봤어

 

 

 

20.png

 

여전히 딱 1과 0으로 떨어지는 구간은 0W가 맞아

 

당연히 완벽히 0W일리는 없지만 암튼 0W에 한없이 가까워

 

 

그렇다면 수치가 변화되는 중간은 어떨까?

 

 

 

21.png

 

보다시피 전력소모가 발생했어

 

 

22.png

 

전력 소모를 그래프로 그려보면 이런 모양이 되는거지

 

 

 

그리고

 

23.png

 

열역학 제1 법칙에 의하면 전력소모가 일어났으면

 

반드시 다른 에너지로 변환이 일어나야해

 

도중에 사라지는 경우는 없어

 

 

그런데 이게 모터처럼 움직이는게 아니잖아

 

운동에너지로 변환할 수도 없고

 

그 전력을 다 어디에 소모하겠어?

 

 

 

24.png

 

제일 만만한게 열이지

 

 

 

 

8.png

 

앞에서도 말했지만 우리들이 사용하는 CPU는 수십억Hz 짜리고

 

 

 

 

 

25.png

 

한 주기에는 올라가는 구간과 내려가는 구간 2개가 있으니

 

5.0GHz 클럭을 가진 CPU라면 50억 x 2 해서

 

1초에 100억번 열을 발생시키는거지

 

 

 

아무리 한번의 전력소모가 적다고 하더라도

 

그걸 1초에 100억번이나 반복하면

 

엄청난 열이 발생해

 

 

 

 

 

오늘의 강의 끝!

 

 

 

친구놈이 CPU에서는 왜 열이 나는지 물어보길래

 

오늘 친구한테 설명해준거 여기에도 올려봤음

 

 

 

15개의 댓글

16 일 전
16 일 전
@LisaSu
16 일 전
@GTX1080Ti
16 일 전

wjdqhrmfcn

16 일 전
@모래상어

구라치지마 추천 0개잖아!

16 일 전
@빠빠양

ektlqhtlwy?

16 일 전
@모래상어

ㄳㄳ

아..... 그렇구나!!

16 일 전

읽판이나 유게 가도 될꺼같은데

16 일 전
@TiTan

ㅇㅇ 읽판에도 올려놨음

그런데 이런건 컴판이 관심 더 많잖아

16 일 전

지식이 늘었다.

16 일 전

와 이리 간략한걸 이미터니 뭐니하면서 복잡하게 생각한 내가븅신이였네

15 일 전

좋은 글이다

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