CPUコア電圧

CPUコア電圧( V _CORE ) は、CPU (デジタル回路)、GPU、または処理コアを備えたその他のデバイスの処理コアに供給される電源電圧です。CPU が使用する電力量、つまりCPUが 発散する熱量は、この電圧と消費電流の積です。CMOS回路である最新の CPU では、電流はクロック速度にほぼ比例し、CPU はクロック サイクル間でほとんど電流を消費しません (ただし、サブスレッショルド リークを参照してください)。

電力を節約し、熱を管理するために、多くのラップトップおよびデスクトッププロセッサには、ソフトウェア (通常はオペレーティング システム) がクロック速度とコア電圧を動的に調整するために使用できる電源管理機能があります。

多くの場合、電圧レギュレータ モジュールは、5V または 12 V などの電圧を、CPU に必要な CPU コア電圧に変換します。

コア電圧は低くなり、電力が節約される傾向にあります。CMOS では電圧はグランドと電源電圧にのみ流れ、FET のソース、ゲート、ドレイン端子には電源電圧のみ、またはゼロ電圧がかかるため、CMOS 設計者にとってこれは課題となります。

MOSFETの式: FET によって供給される電流は、しきい値電圧で減少したゲート ソース電圧に比例します。しきい値電圧は、FET のチャネルとゲートの幾何学的形状とそれらの物理的特性、特に静電容量に依存します。 を減らすには(供給電圧を減らして電流を増やす必要があるため)、静電容量を増やす必要があります。ただし、駆動される負荷は別の FET ゲートであるため、必要な電流は静電容量に比例し、設計者は静電容量を低く抑える必要があります。 ${\displaystyle \,I_{D}=k((V_{GS}-V_{tn})V_{DS}-(V_{DS}/2)^{2})}$${\displaystyle I_{D}}$ ${\displaystyle V_{tn}}$${\displaystyle V_{tn}}$

したがって、電源電圧の低下傾向は、高クロック速度という目標に反するものです。フォトリソグラフィの改善としきい値電圧の低減によってのみ、両方を同時に改善することができます。また、上記の式は、長いチャネルの MOSFET 用です。MOSFET の面積は 18 ～ 24 か月ごとに半分になります (ムーアの法則)。チャネル長と呼ばれる MOSFET スイッチの 2 つの端子間の距離は、ますます小さくなっています。これにより、端子電圧と電流の関係の性質が変わります。

プロセッサをオーバークロックすると、システムの安定性が犠牲になりますが、クロック速度が上がります。より高いクロック速度に耐えるには、多くの場合、消費電力と熱放散を犠牲にしてコア電圧を高くする必要があります。これは「オーバーボルティング」と呼ばれます。^[1]オーバーボルティングは通常、プロセッサを仕様外で動作させることを伴い、プロセッサを損傷したり、CPU の寿命を短くしたりする可能性があります。

デュアル電圧 CPU はスプリットレール設計を採用しているため、プロセッサ コアはより低い電圧を使用できますが、外部入力/出力( I/O ) 電圧は下位互換性のために 3.3 ボルトのままです。

単一電圧 CPU は、チップ全体で単一の電源電圧を使用し、I/O 電源と内部電源の両方を供給します。Pentium MMXより前のすべての^{[引用が必要]} CPU は単一電圧 CPU です。

デュアル電圧 CPU は、クロック速度の向上と半導体製造プロセスの微細化により、特にラップトップ コンピューターで過剰な熱の発生と電源供給の問題が発生したときに、パフォーマンス向上のために導入されました。電圧レギュレーターを使用して、外部 I/O 電圧レベルを低電圧に変換して電力消費を減らし、発熱を抑えてより高い周波数で動作できるようになりました。

VRT は、通常モバイル環境での使用を目的とした、古いIntel P5 Pentiumプロセッサの機能です。これは、コア電圧供給を I/O 電圧から分割することを意味します。VRT プロセッサは 3.3 V/O と 2.9 V のコア電圧を備えており、I/O とコア電圧の両方が 3.3 V である一般的な Pentium プロセッサと比較して電力を節約します。すべてのPentium MMX以降のプロセッサは、いわゆる分割レール電源を採用しました。

CPU コア電圧以外にも、最近の CPU ではコンポーネントにさまざまな電圧がかけられていることがよくあります。その理由の 1 つは、最近の CPU では、かつては個別の集積回路 (IC) だった多数のコンポーネントが統合されていることです。半導体技術が進歩するにつれて、CPU コア、メモリ コントローラ、PCIe コントローラ、場合によっては統合グラフィックスなどの機能が 1 つの CPU パッケージに統合されました。ただし、トランジスタ サイズが全体的に縮小されたにもかかわらず、すべての電圧要件が比例して縮小されるわけではありません。CPU 内の一部のコンポーネントは、効率的に動作するために依然として高い電圧を必要とするため、さまざまなコンポーネントに効果的に電力を供給するために複数の電圧レベルを使用する必要があります。

最新の CPU のさまざまな電圧の例:

• コア電圧（Vcore）：CPUコアに直接供給される主電圧
• キャッシュ電圧 (Vcache): 一部の CPU には、L2 キャッシュ用に個別の電圧ドメインがあります。
• アンコア電圧/システムエージェント電圧 (VCCSA): 一部のアーキテクチャでは、「アンコア」には L3 キャッシュ、メモリ コントローラ、システム エージェントなどのコンポーネントと、その他の相互接続されたコンポーネントが含まれます。
• 入力/出力電圧（VCCIO）：この電圧は通常、メモリコントローラやPCIeインターフェースを含むCPUの入力/出力インターフェースを制御します。
• PLL（位相ロックループ）電圧：PLLはCPUのコンポーネントが使用する周波数を生成します。
• 統合グラフィックス電圧（VGT）：統合グラフィックスを搭載したCPUでは、GPU部分に別の電圧ドメインがある場合があります。

• 動的電圧スケーリング
• スイッチング電源アプリケーション(SMPS)

• Hardwareanalysis.com のオーバークロックに役立つ電圧を上げる方法に関する記事。2012 年 9 月 19 日にWayback Machineにアーカイブされました。
• Pentium の図解ガイド (Karbos ガイド) 2017-10-02 にWayback Machineでアーカイブされました
• プロセッサ電圧 >> PC Mechanic