Где тонко там и рвется

на страницах сайта 

www.electrosad.ru

Тепловыделение современных скоростных процессоров, не смотря на снижение технологических норм, не снижается. TDP приблизился 100 Вт. При этом тепловыделение очень неравномерно по поверхности кристалла. Известно, что основной тепловыделяющий узел процессора — ядро, На него приходится от 50 до 80% выделяемой мощности (в зависимости от загрузки процессора) при занимаемой им площади менее 30%.
Термические эффекты в конструкции, это еще одно тонкое место в современных процессорах.

 
 

Все сказанное ниже относится к современным процессорам производства Intel и AMD.

Кроме задачи отвести тепло от процессора существует задача и равномерного распределения по кристаллу. Проблема существует и описывается в публикациях в Internet, я встречал термограммы процессора. Проблема решается просто, на кристалл, легкоплавким припоем, припаивают медную пластину. Медь при ее высокой теплопроводности равномерно распределяет тепло по поверхности кристалла.

Производители пошли дальше, они увеличили площадь пластины до размеров чуть меньше панели держателя кристалла (около 37х38 мм), с целью увеличить площадь контактной поверхности (кристалл — пластина) и кулера, а через нее улучшить отвод выделяемого тепла от процессора.

 

Реальные данные и конструкции по двух ядерным процессорам смотрите в табл.1 и 2.

 

CPU info settings cache elec (max) physics Внешний вид. ;
name/release speed FSB MP VCore L1/L2 I/P/T T/P/D Кристалл Процессор
Core 2 Duo E6300
Conroe 2M
B2 (6-F-6) 07/2006
OEM: HH80557PH0362M
BOXED: BX80557E6300
1866
MHz
Dual Core
VT/EIST
266
MHz
QDR
7.0x 0.85~1.5V L1 64KB
L2 2MB
75.0A
65.0W
61.4ºC
291.0M
65nm
144mm²
 
Размер кристалла. (Пропорция)

Athlon 64 X2 3800+
Manchester
E4 (F-2B-1) 07/2005
OEM: ADA3800DAA5BV
BOXED: ADA3800BVBOX
2000
MHz
Dual Core
CnQ
200
MHz
DDR
10.0x 1.3~1.35V L1 256KB
L2 1MB
65.0A
89.0W
71.0ºC
154.0M
90nm
147mm²
 

 

Таблица 1

 

Как это выглядит на примере процессора Pentium D 850:

 

CPU info settings cache elec (max) physics Внешний вид. 
name/release speed FSB MP VCore L1/L2 I/P/T T/P/D Кристалл Процессор
без крышки
Процессор
Pentium D 805
Smithfield
B0 (F-4 7) 12/2005
OEM: HH80551PE0672MN
BOXED: BX80551PE2666FN
2666
MHz
Dual Core
133
MHz
QDR
20.0x 1.25~1.4V L1 24+32KB
L2 2MB
73A
95.0W
64.1єC
230.0
M
90nm
206mm2
 

 

 

Таблица 2.

 

К слову AMD Quad Core CPU уже имеет тепло распределительную крышку по конструкции аналогичную процессорам Intel. Это более жесткая конструкция.

Процессоры Intel Quad Core имеют следующую конструкцию:

 



Рисунок 1

 

Для придания жесткости крышке по ее периметру выполнен профиль по форме различный у Intel и начальных моделей AMD. Его функция, в увеличении жесткости крышки для предотвращения ее деформации при тепловых перепадах.

Но проблема тепловых деформаций изделий сложной конструкции (множество разнородных элементов), специалисты не дадут соврать, очень сложна и смоделировать их в широком (15-95 град. С) температурном диапазоне практически невозможно (очень сложно).

Логика подсказывает что это так, но это подтверждается и практикой.

Наткнулся в форуме http://forums.overclockers.ru/viewtopic.php?t=106326&postdays=0&postorder=asc&start=780 “Хочу снять крышку с процессора. Посоветуйте как и стоит ли ?” на ситуацию описанную Detuner'ом.

Он пишет:

«Год назад была куплена мать MSI K9N SLI Platinum, процессор Athlon64 X2 4400+ ядро Brisbane степпинг G1, кулер дешёвый Titan TTC-NK32TZ. Сразу после покупки прогнал проц в штатном режиме под S&M. Результаты были не очень впечатляющие, но процессор не перегревался. Разогнать тогда не пробовал - не до того было. Со временем ситуация с температурой стала ухудшаться, и в конце концов процессор стал перегреваться на штатной частоте и с заниженным напряжением 1.2 В. Замена кулера показала, что дело не в нём - процессор горячий, подошва кулера холодная. Значит - процессор. Теплораспределительные крышки на современных процах мне никогда не нравились, т.к. руки прямые и ни одного кристалла я не колол - даже когда ставил килограммовый Tower112 на бартон. После непродолжительных поисков в и-нете наткнулся на эту ветку. Прочитал от начала до конца, прикупил канцелярский нож и вечером сел оперировать. Всё оказалось достаточно просто, главное - не торопиться и делать всё аккуратно. Под крышкой я нашёл нечто похожее на полузасохшую жвачку серого цвета - не очень впечатляюще, хотя след от термопасты на кристалле был нормальный. Решил ставить кулер на голый кристалл. Титановское крепление для этого категорически не подходило, поэтому переделал винтовое крепление вышеупомянутого Tower112 (в оригинале он не предназначен для сокета AM2). Теперь всё стало отлично - процессор стал очень холодным и разогнался с 2.3 до 2.8 ГГц даже на стандартных 1,3 в. Буду гнать дальше, в комплекте с OCZ'шной памятью результаты должны быть неплохие.»

Дополнительным подтверждением проблемы является и переход AMD на более жесткую крышку в процессорах AMD Quad Core.

Чем это вызвано?

Если пластина металла нагрета с одной стороны больше чем с другой, учитывая что коэффициент линейного расширения есть функция температуры, такая пластина деформируется.

 

Рисунок 2.

 

На рисунке 2 показана такая ситуация, причем t2>t1, тогда возникает прогиб пластины на величину h. Величина h невелика, как невелик и перепад температуры, но при зазоре между процессором и кулером заполненном теплопроводящей пастой равном 20-40 мкм даже 1-5 мкм, это много. Как уже писал выше Detuner, за год таких термоциклов тепловой контакт кристалл - теплоотводящая пластина ухудшился настолько, что процессор стал перегреваться. Не последнюю роль при этом играют большие линейные размеры пластины.

Давно известен способ крепления теплоотводящих элементов к кристаллу - это пайка. Легкоплавкие припои имеют теплопроводность от 20 до 60 Вт/(м*К). Толщина слоя припоя соизмерима с теплопроводящими пастами, а тепловое сопротивление больше чем на порядок меньше. В структуре КРИСТАЛЛ - ПРИПОЙ - ТЕПЛОРАСТРЕДЕЛИТЕЛЬ из-за градиентов температур возникают механические напряжения. При современных размерах кристалла они не достигают величин приводящих к разрушению кристалла.

В практических конструкциях производители процессоров в любом случае должны избегать избыточных элементов в цепи теплового потока, поскольку они приводят к вредным деформациям в конструкции.

Реальные цепи по которым проходит тепловой поток много сложнее и из-за применения материалов с сильно различающимися характеристиками и сильной неоднородности этого потока, поэтому учесть их влияние очень сложно.

Ясно одно, при современных небольших размерах кристалла, мощности и неоднородности теплового потока задача отвода тепла от кристалла процессора это одна из главных задач. А саму проблему можно назвать "Тепловой барьер" и пока кардинально она не может быть решена.

 

 Узкие места конструкции

Попробуем рассмотреть узкие места современных конструкций системы "панель - процессор - кулер" и цепь прохождения теплового потока.

Схематически конструкция показана на рис.3

 

Рисунок 3.

 

Здесь: 1- Системная плата, 2- панель процессора, 3- процессор, 4- кулер, 5- механизм крепления кулера с прижимающей силой F.

Выделенный фрагмент, где показаны сочленения относящиеся к процессору, укрупнено показан на рис. 4 .

 

Рисунок 4.

 

Здесь: 6- держатель кристалла процессора, 7- компаунд фиксирующий кристалл (чип) процессора, 8 - собственно чип, 9- теплопроводяший элемент между кристаллом и защитной (теплораспределительной) крышкой, 10- теплораспределительная крышки.

Все элементы конструкции имеют различные коэффициенты объемного/линейного расширения. Он лежит от 120х10-6 град-1 для конструкционных пластмасс до 16х10-6 град.-1. В результате при изменении температуры существенно меняются параметры размерной цепи и как результат прижимное усилие.

 

Заключение

Следует отметить, что смысл в теплораспределительной крышке имеется только при ее ее размерах выходящих за пределы кристалла меньше чем на 5-10h (h -толщине крышки). При больших ее размерах тепловое сопротивление крышки становится большим (из-за малой ее толщины) и ее применение становится неэффективным . Согласно документации Intel ("Приложении D" Intel Pentium 4 Processor on 90 nm Process Thermal and Mechanical Design Guidelines http://download.intel.com/design/Pentium4/guides/30255303.pdf. ) толщина крышки составляет 1 мм. Тем более от ее размера существенно зависят ее деформации.

И самое главное!

Любой промежуточный элемент между кристаллом и кулером вносит дополнительное тепловое сопротивление, величина которого зависит от применяемых материалов, но всегда больше чем при непосредственным контактом с поверхностью кристалла.

2007-2009

А.Сорокин

  Яндекс.Метрика

<<назад>> <<в начало>> <<на главную>>

Попасть прямо в разделы сайта можно здесь:

/Неизвестный процессор/Охлаждение ПК/Электроника для ПК/Linux/Проекты, идеи/Полезные советы/Разное/
/
Карта сайта/Скачать/Ссылки/Обои/Форум/Каталог/

При полном или частичном использовании материалов ссылка на "www.electrosad.ru" обязательна.
Ваши замечания, предложения, вопросы можно отправить автору через
гостевую книгу или
почтой.

Copyright © Sorokin A.D.

2002-2012