CPUの発熱の原因、ダイナミックパワー、リーク電流、導線抵抗について記載
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CPUはなぜ発熱する?


2004年Intelは、Pnetium4 Prescottより先の NetBurst系CPUをキャンセルし、低消費電力、デュアルコアのCPUへシフトしてゆくという方針を発表しました。

これまでIntelはCPUの動作周波数の向上で性能を上げ続けてきました。その結果現在では3GHz以上のCPUがデスクトップPCに搭載されるのが当たり前となり、インターネット、メール等通常の使用用途であればストレスを感じることなく使用することが出来るようになりました。

しかし消費電力は100Wを超え、過剰な発熱を巨大な冷却ファンで冷やさなければ使用できないCPUとなり、そのため低消費電力、デュアルコアへと方向転換せざるを得なくなったのが現状です。

CPUの発熱の原因としては以下があげられます。
  • ダイナミックパワー
  • リーク電流
  • 導線の抵抗

ダイナミックパワーは回路を動作させるために必要な電力で、クロックとともに消費されます。そのため動作周波数の上昇に伴いダイナミックパワーも上昇します。

リーク電流はトランジスタから不要に流れてしまう電流のことをいい、動作するしないにかかわらず流れ続けます。ダイナミックパワーはクロックをとめると消費電力がゼロになるのに対し、リーク電流はつねに消費し続けます。そのためリーク電流が増加すると、発熱量も大きくなってしまいます。

また、CPUは何千万個というトランジスタで構成されており、その間は導線で結ばれています。これら導線はミクロン単位の細さで抵抗を持つため、この導線による発熱も上げられます。これはジュール熱といわれます。トランジスタにはクロックの変化と共に電流が流れ、発熱量は電流^2x抵抗値に比例するため動作周波数の増加に伴い発熱量も上昇します。

このうち動作周波数の上昇を困難にしている一番の原因はリーク電流といわれます。リーク電流の割合は、製造プロセス130nmでは20%、90nmでは40%、65nmでは50%ほどになります。

以上のように、動作周波数に比例し発熱量も上昇するため、Intelは限られたリソースを動作周波数の向上に振り分け苦労するより、性能の大幅なアップが期待できるデュアルコアへ移行すべきと判断したわけです。

動作周波数の上昇に関しては、消費電力の限界によりストップしてしまったわけですが、Intelは1つのダイにコアを二つ持つデュアルコアのみならず、数百のコアを持つメニーコアも将来計画していると発表しています。

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