Warum sind DIMMs nicht wie eine CPU mit einem Kühlkörper ausgestattet?

Sie gehen davon aus, dass die Verlustleistung direkt mit der Taktrate zusammenhängt. Das stimmt, aber es gibt noch mehr.

Angenommen, ich habe diesen Chip A, wo nur 10 % der Chipfläche (Die-Größe) mit der höchsten Taktrate läuft. Verglichen mit einem Chip B gleicher Größe, bei dem 100 % der Schaltungen mit der hohen Taktrate laufen, würde Chip A nur etwa 1/10 der Leistung verbrauchen, die Chip B verbraucht.

Mein Punkt: Nicht nur die Taktrate spielt eine Rolle, sondern auch, wie viel vom Chip tatsächlich mit dieser Taktrate läuft.

Bei DRAM-Chips (PC-DIMMs verwenden DRAM) besteht der größte Teil der Fläche auf dem Chip (offensichtlich) aus DRAM-Zellen, und diese werden mit einer erheblich niedrigeren Geschwindigkeit als die externe Taktrate betrieben. Der DRAM-Controller greift parallel und nacheinander auf die Chips zu, so dass diese geringere Geschwindigkeit durch Parallelität etwas kompensiert wird.

Auf einer CPU läuft ein viel größerer Teil der Schaltungen tatsächlich mit der maximalen Taktrate (natürlich abhängig davon, wie ausgelastet die CPU ist), sodass sie zwangsläufig viel mehr Energie verbraucht als ein DRAM-Chip, bei dem nur ein kleiner Teil des Chips vorhanden ist läuft sehr schnell.

DIMMs verbrauchen nicht die gleiche Leistung wie eine CPU, daher benötigen sie nicht die gleiche Kühlung. Darüber hinaus ist die Energie, die die Speicher- und Steuerchips abführen, physisch viel stärker verteilt.

Die Verlustleistung kann ungefähr proportional zur Taktrate sein, aber diese Proportionalitätskonstante ist zwischen einer CPU und einem Speicher ziemlich unterschiedlich. Die CPU hat viel mehr Transistoren und Gatter, die bei Taktübergängen schalten, als der Speicher.

Denken Sie daran, dass bei CMOS der dominante Strom alle kleinen parasitären Kondensatoren an den Ausgängen jedes Gates lädt und entlädt, wenn der Strom ungefähr proportional zur Taktgeschwindigkeit ist. Wenn Sie weniger Gates haben, die den Zustand ändern, ist der Strom geringer, was zu einer geringeren Verlustleistung bei gleicher Taktrate führt.

Sie benötigen einen Kühlkörper, wenn Ihr Bauteil mehr Wärme produziert, als es durch sein eigenes Gehäuse abführen kann. Wärme ist Elektrizität, die in eine Temperaturänderung einer bestimmten Masse umgewandelt wird

Was nun in einer modernen CPU elektrische Energie verbraucht, ist hauptsächlich das Schalten eines Transistors. Jede einzelne Transistorschaltung kostet Energie, und je schneller die Schaltung erfolgen muss, desto mehr Energie pro Schaltung wird benötigt.

Jetzt macht Ihre CPU für jeden Taktzyklus viele komplizierte Dinge wie das Multiplizieren von Zahlen, das Berechnen von Adressen, das Spekulieren, was die nächste Operation berechnen könnte, bevor das tatsächlich passiert, und so weiter. Diese Operationen führen dazu, dass viele Transistoren gleichzeitig schalten.

Ein DRAM-Chip (wie der auf Ihren DIMMs) unterscheidet sich darin, dass keine komplexen Operationen ausgeführt werden müssen – es ist nur Speicher, was bedeutet, dass er im Grunde um (Wortlänge) × (Speicheradressenbits) umschalten muss – also wirklich, weniger als 2000 Transistoren für einen einzelnen Chip (es gibt ein bisschen Overhead für die Adress- und Befehlsdecodierung, aber das ist sehr "niedlich" im Vergleich zur Komplexität einer CPU). Sicher, die Dinge, die diese Transistoren schalten, brauchen mehr Energie (weil das Laden und Entladen relativ großer Kondensatoren, deren Ladung das eigentliche Bit ist), aber es sind wirklich nur sehr wenige Transistoren.

Dann muss auch der DRAM regelmäßig aufgefrischt werden, aber das geschieht nur etwa alle paar Millisekunden, also nur alle paar Millionen Speichertaktzyklen – und trägt daher nicht wesentlich zum Gesamtstromverbrauch bei.

Einige Arten von DIMMs haben (und brauchen) Kühlkörper. Während die auf Gamer-orientierten Speichersticks meist aus Design-/Show-Gründen sind, gibt es zB FBDIMMs für Server, die aufgrund ihrer anderen Architektur deutlich mehr Strom benötigen (die letzten, die ich verwendet habe, waren ungefähr 10W pro Stick) und damit mehr Kühlleistung benötigen, als das bloße Chipgehäuse aus Kunststoff bieten kann.

DRAM besteht aus Gates und Kondensatoren. Denken Sie an Wassergläser, einige leer, andere voll. Gießen Sie etwas Wasser hinein und füllen Sie regelmäßig nach, wenn es verdunstet.

Der CPU-Cache besteht aus Flip-Flops. Denken Sie an Wasserhähne, aus denen kaltes oder warmes Wasser sprudelt. Sie müssen nicht nachfüllen, aber sie verbrauchen viel Wasser (Energie).

Aufgrund dieses Unterschieds benötigen DRAM-Chips normalerweise keine Kühlkörper (nicht viel Energieverlust), die CPU jedoch. Beachten Sie, dass die CPU auch die Berechnungen durchführt (ein weiterer Satz Feuerwehrschläuche), die zur Hitze beitragen.