El voltaje del núcleo de la CPU ( V CORE ) es el voltaje de la fuente de alimentación que se suministra a los núcleos de procesamiento de la CPU (que es un circuito digital ), la GPU o cualquier otro dispositivo con un núcleo de procesamiento. La cantidad de energía que utiliza una CPU, y por lo tanto la cantidad de calor que disipa, es el producto de este voltaje y la corriente que consume. En las CPU modernas, que son circuitos CMOS , la corriente es casi proporcional a la velocidad del reloj , y la CPU casi no consume corriente entre ciclos de reloj. (Véase, sin embargo, fuga por debajo del umbral ).
Para conservar energía y administrar el calor, muchos procesadores de computadoras portátiles y de escritorio tienen una función de administración de energía que el software (generalmente el sistema operativo ) puede usar para ajustar la velocidad del reloj y el voltaje del núcleo de forma dinámica .
A menudo, un módulo regulador de voltaje convierte de 5 V o 12 V o algún otro voltaje a cualquier voltaje del núcleo de la CPU requerido por la CPU.
La tendencia es hacia voltajes de núcleo más bajos, que ahorran energía. Esto representa un desafío para el diseñador de CMOS, porque en CMOS los voltajes van solo a tierra y el voltaje de suministro, los terminales de fuente, compuerta y drenaje de los FET tienen solo el voltaje de suministro o voltaje cero a través de ellos.
La fórmula del MOSFET : dice que la corriente suministrada por el FET es proporcional al voltaje de la compuerta-fuente reducido por un voltaje umbral , que depende de la forma geométrica del canal y la compuerta del FET y de sus propiedades físicas, especialmente la capacitancia . Para reducir (es necesario reducir el voltaje de suministro y aumentar la corriente) se debe aumentar la capacitancia. Sin embargo, la carga que se acciona es otra compuerta del FET, por lo que la corriente que requiere es proporcional a la capacitancia, lo que requiere que el diseñador mantenga la capacitancia baja.
Por lo tanto, la tendencia hacia una tensión de alimentación más baja va en contra del objetivo de una alta velocidad de reloj. Solo las mejoras en la fotolitografía y la reducción de la tensión de umbral permiten que ambas mejoren a la vez. Por otra parte, la fórmula que se muestra arriba es para MOSFET de canal largo. Con la reducción del área de los MOSFET a la mitad cada 18-24 meses ( ley de Moore ), la distancia entre los dos terminales del interruptor MOSFET, llamada longitud del canal, se hace cada vez más pequeña. Esto cambia la naturaleza de la relación entre las tensiones de los terminales y la corriente.
El overclocking de un procesador aumenta su velocidad de reloj a costa de la estabilidad del sistema. Soportar velocidades de reloj más altas a menudo requiere un mayor voltaje del núcleo a costa del consumo de energía y la disipación de calor. Esto se llama "sobrevoltaje" . [1] El sobrevoltaje generalmente implica hacer funcionar un procesador fuera de sus especificaciones, lo que puede dañarlo o acortar la vida útil de la CPU.
Una CPU de voltaje dual utiliza un diseño de riel dividido para que el núcleo del procesador pueda usar un voltaje más bajo, mientras que los voltajes de entrada/salida ( E/S ) externos permanecen en 3,3 voltios (o 5 voltios para CPU más antiguas) para compatibilidad con versiones anteriores.
Una CPU de voltaje único utiliza un voltaje de alimentación único en todo el chip, que suministra tanto energía de E/S como energía interna. Todas las CPU [ cita requerida ] anteriores a Pentium MMX son CPU de voltaje único.
Las CPU de voltaje dual se introdujeron para mejorar el rendimiento cuando el aumento de las velocidades de reloj y los procesos de fabricación de semiconductores más finos generaban un exceso de calor y problemas de suministro de energía, especialmente en lo que respecta a las computadoras portátiles . Mediante un regulador de voltaje , los niveles de voltaje de E/S externas se transformaron en voltajes más bajos para reducir el consumo de energía, lo que resultó en menos calor para la capacidad de operar a frecuencias más altas.
VRT es una característica de los procesadores Intel P5 Pentium más antiguos que normalmente están pensados para su uso en entornos móviles. Se refiere a la separación del suministro de voltaje del núcleo del voltaje de E/S. Un procesador VRT tiene un voltaje de núcleo de 2,9 V y de VI/O de 3,3 V para ahorrar energía en comparación con un procesador Pentium típico con voltaje de núcleo y de E/S de 3,3 V. Todos los procesadores Pentium MMX y posteriores adoptaron esta denominada fuente de alimentación de riel dividido.
Además del voltaje del núcleo de la CPU, las CPU modernas suelen tener muchos voltajes diferentes para los componentes. Una de las razones detrás de esto fue que las CPU modernas integran numerosos componentes que alguna vez fueron circuitos integrados (CI) separados. A medida que la tecnología de semiconductores ha avanzado, funciones como núcleos de CPU, controladores de memoria, controladores PCIe y, en algunos casos, gráficos integrados, se han consolidado en un solo paquete de CPU. Sin embargo, a pesar de la reducción general en el tamaño del transistor, no todos los requisitos de voltaje se reducen proporcionalmente. Algunos componentes dentro de la CPU aún pueden requerir voltajes más altos para funcionar de manera eficiente, lo que requiere el uso de múltiples niveles de voltaje para alimentar varios componentes de manera efectiva.
Algunos ejemplos de diferentes voltajes en una CPU moderna:
