显卡电压不够会怎么样?显卡电压能耗平衡解析

　　黄色区域即为绝缘但被击穿的栅氧层

　　漏电问题是困扰着进入深亚微米屏障之后的半导体业界的最核心问题之一，它对芯片工作没有任何意义，但却又完全不可避免。当刻线宽度不断下探之后，栅极下方的栅氧层的厚度/等效厚度(EOT)就会伴随着整个栅极尺寸的缩减而不断地变薄，这种厚度的减薄让栅氧层对电子的容纳能力快速的衰减下去。隧道效应是一个距离反比效应，距离越长发生的概率就越低。于是在工艺日渐精进的当下，电子变得比过去更容易完成从一侧消失然后出现在另一侧的过程，而这一过程的背后推手，就是电压。

　　隧道效应概率问题的研究公式

　　上面这组看上去有些像“鬼画符”的公式来自薛定谔方程的展开和推论，它描述了隧道效应发生的概率，其中的T便是这一概率的数值。我们无需理会难以理解的中间过程，只需要抓住其中对我们有用的重点即可——隧道效应发生的概率与电子势能/绝缘体势能之差成近似指数比例，而电子的势能通常又正比于电压，所以我们可以获得这样一个结论：电子发生隧道效应并形成漏电的概率，近乎指数级的受到了来自电压的影响。我们甚至可以以“莫名其妙的坚定”来得到更加简单的结论——只要提升一点电压，跟运算没有任何关系的漏电就会“嗖嗖嗖”的膨胀起来，芯片同负载同频率下的功耗也就跟着水涨船高了。 3电压有害无益? 　　● 电压有害无益?

　　电压真是一个让我们又爱又恨的存在，它会加剧电子的“顽劣”，让电子变得更容易越过绝缘层并形成漏电。从这个角度出发，电压无疑是芯片能耗控制的一大障碍。但另一方面，我们毫无疑问的又不可能离开电压，因为电压对芯片正常运行的保障作用是人尽皆知的最简单的事实。

　　晶体管的工作离不开电压

　　晶体管的“开闭”动作来实现与非门的过程，本质上其实是电子流入/停留/流出的过程，驱动这一过程的最基本要素就是电压。只有当电压达到一定大小时，电子才会在半导体中发生我们需要的定向移动。晶体管的动作速度越快，频率越高，所需要的驱动电压也就越高。所以电压是半导体电路工作尤其是高频工作的最本质基础，这一点甚至无需任何科普。

　　即便受影响相对较小的HD7950，也产生了36.8%的功耗波动

　　但无论是我们的科普还是上周的测试结果，都毫无疑问的给这位半导体电路工作的基础决定要素打上了“麻烦制造者”的烙印。我们的测试仅仅改变了平均15%的电压，却换来了近40%的功耗变动，甚至如果我们进一步提升工作电压，隧穿漏电所导致的功耗增量还会以更加明显的增速快速上扬。这种不正常的非线性增量不仅再次说明了隧道效应产生影响的严重性，更让电压的处境变得微妙起来。

　　一边是运行中的必须，一边却是无用的多余，围城的好戏难道又要上演了么…… 4平衡才是关键

　　● 平衡才是关键

　　现在，我们似乎陷入了一个矛盾的境地。一方面，电压是导致漏电产生以及拉升相同负载下显卡功耗的罪魁祸首，它会导致显卡产生“完全没有意义”的功耗。而另一方面，电压却又是维持芯片工作频率的重要因素。极端有用和完全没用两个并行的存在，似乎让我们的抉择变得异常困难了。

　　其实，事情并不想看起来那么困难，只要我们明白自己到底需要什么，选择同样会变得很轻松。任何事物都同时具备着积极和消极的一面，具体表现出哪一面的属性要看我们让它出现在哪里。让正确的事物在正确的时间里出现在正确的场合并解决最需要解决的矛盾，我们自然后可以收获事物正确积极的一面属性，电压也不例外。

　　对中低端显卡来说，性能也许比功耗更重要

　　我们首先要明确的一点，就是自己究竟需要的是什么，是高频、帧数或者需要被补足的性能?还是使用过程中的功耗、发热以及噪音表现?如果我们需要的是前者，那么矛盾自然就是性能而非功耗，此时我们所需要的自然也就是电压对高频晶体管的驱动属性。更高的电压虽然会让漏电变得更加严重，但它并不是矛盾的主体，为了性能需求，我们也只能通过改善散热等手段来平衡伴随电压升高而带来的诸多麻烦了。

　　如果很幸运的，我们正在使用的显卡完全可以在默认状态下满足自己的需求，那么电压作为驱动晶体管高频运作的属性也就变得不再那么紧迫了。如果您希望控制显卡的功耗，降压是一个非常理想的手段。更低的电压不仅可以大幅降低隧道效应发生的概率，同时还会显著降低热电子迁移现象的发生，因为在热电子迁移现象中，电压驱动电子气体冲击晶格的作用是远大于温度因素的。因此，降低电压不仅能够缓解功耗和发热问题，同时还可以进一步起到保护电路并等效延长芯片寿命的目的。