Улучшение охлаждения микропроцессоров. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Компьютеры

 Комментарии к статье

В последнее время получила широкое распространение практика "разгона" микропроцессоров, т. е. их эксплуатация на более высокой, чем предписано производителем, тактовой частоте. Основано это на большом запасе технических возможностей процессоров и часто (если микросхемы материнской платы позволяют) вполне себя оправдывает. Тем более, что быстрый процессор стоит гораздо дороже медленного аналога. Однако одно из главных препятствий на пути увеличения тактовой частоты - неизбежный перегрев процессора, что требует улучшения отвода от него тепла.

Прежде всего разберемся, почему с повышением тактовой частоты температура микропроцессора увеличивается и к каким неприятностям это приводит.

Мощность, потребляемая процессором от источника питания и рассеиваемая в виде тепла в окружающее пространство, состоит из двух компонент: статической и динамической. Статическую часть мощности потребляют логические элементы, находящиеся в устойчивом положении. В общем случае, она зависит от состояния элемента (логический 0 или 1), но так как в процессоре их миллионы, то в среднем остается постоянной.

Динамическая мощность расходуется на перевод логического элемента из одного состояния в другое. В это время открываются и закрываются образующие элемент транзисторы, перезаряжаются емкости переходов и соединительных цепей, происходят другие процессы, вызывающие кратковременное увеличение потребляемой мощности. Можно считать, что на каждое переключение расходуется определенная порция электрической энергии. Чем с большей частотой переключается элемент, тем больше таких порций он потребляет в единицу времени и тем больше рассеиваемая мощность.

Нужно сказать, что соотношение между динамической и статической мощностью у логических элементов разных типов неодинаково. Например, у самых быстродействующих на сегодня элементов ЭСЛ (эмиттерно-связанной логики) динамическая составляющая практически отсутствует и потребляемая ими мощность почти не зависит от частоты. Элементы структуры КМОП, напротив, почти не расходуют энергию в статическом режиме. Вся потребляемая мощность - динамическая и прямо пропорциональна частоте переключения. Другие типы логики занимают промежуточное положение. Любая БИС, в том числе микропроцессор, содержит множество элементов иногда разных типов, и количество выделяемой тепловой энергии всегда в той или иной степени зависит от рабочей (тактовой) частоты, возрастая с ее повышением.

Как известно, перегрев выделяющей тепло системы, т. е. разность температур ее поверхности и окружающей среды, пропорционален рассеиваемой мощности. Разработчики и изготовители микропроцессоров учитывают это как один из факторов, определяющих максимально-допустимую тактовую частоту. С повышением тактовой частоты температура микропроцессора неизбежно увеличится. Даже если пренебречь тривиальным "сгоранием" - полным отказом микросхемы, перегрев приводит к весьма неприятным последствиям.

С повышением температуры ухудшаются характеристики помехоустойчивости логических элементов. Это происходит из-за того, что сопротивление открытых транзисторов увеличивается, а закрытых - уменьшается. В результате сближаются уровни логических 1 и 0 и помеха, амплитуда которой при нормальной температуре была недостаточной для переключения элемента, становится опасной. Доказано, что имеется некоторая критическая температура, выше которой вероятность сбоя резко возрастает (например, с величины порядка 10-15ч-1 до 10-7 ч-1), хотя элемент продолжает работать. Для процессора Pentium II, содержащего 7,5 млн транзисторов, это означает, что сбои будут происходить почти каждый час.

Сбой иногда проходит незамеченным, испортив, например, всего одну цифру результата вычислений. В более опасных случаях он приводит к выдаче управляющим компьютером неправильной команды управляемому объекту. Когда сбой искажает в исполняемой программе команду перехода, компьютер обычно "зависает", исполняя бессмысленную последовательность команд. Зависания бывают связаны и с тепловым пробоем наиболее нагруженных элементов процессора. Такой пробой обычно обратим, и после охлаждения в выключенном состоянии работоспособность компьютера восстанавливается.

По своему опыту (у меня AMD 5x86/133, разогнанный до 160 МГц) могу сказать, что при случайном отключении вентилятора процессор "завис", проработав восемь часов, но после включения вентилятора все вернулось к норме. Измерения (прикладыванием обычного термометра) показали, что процессор начинал зависать при температуре поверхности выше 41°, а при 40° работал нормально.

Таким образом, перегрев микропроцессора приводит к увеличению интенсивности сбоев в его работе и даже к отказам. Все это необходимо хорошо представлять себе и учитывать, когда предпринимается попытка разогнать процессор до более высоких тактовых частот. Главный вывод состоит в том. что необходимо позаботиться об отводе увеличившегося количества тепла и охлаждении процессора до температуры ниже критической.

Для охлаждения используют теплоотводы - металлические пластины с достаточно большой поверхностью. К сожалению, эффективность теплоотвода не растет пропорционально его площади. Ее увеличивают, обдувая вентилятором поверхность теплоотвода. Нужно сказать, что большинство процессоров, применяемых в современных компьютерах, рассчитано на работу именно с обдуваемым теплоотводом (его называют "кулером" от слова cool - холодный), без которого их эксплуатировать запрещено. Так что речь может идти только о повышении эффективности этого устройства.

К счастью (или к сожалению), резерв есть. Из-за неровности поверхности стандартный теплоотвод прилегает к корпусу микропроцессора неплотно, между ними сохраняется слой воздуха, препятствующий теплопередаче. Тепловое сопротивление (так называется коэффициент пропорциональности между разностью температур на границах слоя и передаваемой тепловой мощностью, измеряется в градусах на ватт) слоя можно уменьшить, сделав его тоньше и заполнив веществом, хорошо проводящим тепло. Первое достигается шлифовкой контактирующих поверхностей, второе - смазыванием их специальной пастой.

Чтобы достичь цели, придется немного потрудиться. На ровную поверхность (лучше взять лист стекла) положите наждачную бумагу и. хорошо смочив ее машинным маслом и расправив, отшлифуйте поверхность теплоотвода. прилегающую к процессору. Делать это нужно без нажима круговыми движениями, постоянно добавляя масло и поворачивая деталь так. чтобы вся поверхность теплового контакта сошлифовывалась равномерно. Начинать нужно с грубой наждачной бумаги, постепенно переходя на более мелкую (вплоть до "нулевки"). Когда поверхность станет равномерно матово-зеркальной, шлифовку можно прекратить и заняться теплопроводящей пастой.

В продаже иногда встречается паста КПТ-8, но это бывает редко и далеко не везде. При ее отсутствии можно обойтись подручными средствами. Из всех жидкостей максимальной теплопроводностью обладает ртуть, но из-за ядовитости паров, электропроводности и высокой химической активности использовать ее не стоит. За ней следует вода (теплопроводность 0,648 Вт/м·рад.), но она электропроводна и быстро испаряется. Из невысыхающих жидкостей теплопроводность максимальна у глицерина (0,283 Вт/м·рад.). К тому же она растет с повышением температуры (у других жидкостей - уменьшается).

Возьмите немного глицерина и добавьте в него примерно в два раза больше по объему алюминиевой пудры. Хорошо перетрите и размешайте эту смесь, чтобы образовалась однородная вязкая паста серебристого цвета. Она должна липнуть и мазаться, но сохранять форму и не растекаться. Эта паста не проводит электрический ток. но все же следует избегать ее попадания на платы узлов компьютера и выводы микросхем. Кистью нанесите немного ласты на контактирующие поверхности процессора и теплоотвода. Некоторые стараются намазать побольше, наивно считая, что раз паста теплопроводящая. ее стоит нанести погуще. Как раз наоборот, чем меньше - тем лучше. Нужно, чтобы слой был как можно тоньше и равномерно покрывал обе поверхности, вытесняя воздух и заполняя все неровности.

Аккуратно установите теплоотвод на процессор и немного подвигайте его (притрите), чтобы вытеснить оставшиеся в зазоре воздух и излишки пасты. Не забудьте закрепить теплоотвод, а на нем вентилятор и подключить его. Теперь все готово. Для проверки "погоняйте" пару часов тест процессора в системе Troubleshooter, и если сбоев не обнаружится, можете спокойно работать.

Автор: И.Корзников, г.Екатеринбург

Смотрите другие статьи раздела Компьютеры.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Микропластик в атмосфере - скрытый ускоритель глобального потепления 31.05.2026

Микропластик уже давно признан одним из самых масштабных загрязнителей планеты. Он проникает в океаны, почву, организмы животных и даже в тело человека. Однако до недавнего времени мало кто задумывался о его влиянии на климатические процессы. Новое исследование показало, что микро- и нанопластик в атмосфере способен поглощать тепло, тем самым внося дополнительный вклад в глобальное потепление. Ученые обнаружили, что воздействие пластиковых частиц на климат зависит от их цвета. Светлые частицы отражают солнечный свет и способствуют некоторому охлаждению, в то время как более темные - активно поглощают тепло и излучение. Со временем пластик в атмосфере темнеет под воздействием ультрафиолета, что усиливает его согревающий эффект. Этот процесс напоминает пожелтение пластиковых парковочных талонов, оставленных на солнце. Соавтор исследования, заслуженный профессор наук о Земле в Университете Дьюка Дрю Шинделл отметил, что влияние микропластика на изменение климата пока относительно не ...>>

Универсальный бытовой робот-гуманоид GigaAI SeeLight S1 31.05.2026

Развитие робототехники постепенно переносит сложные машины из промышленных цехов прямо в повседневную жизнь людей. Китайская компания GigaAI сделала важный шаг в этом направлении, представив SeeLight S1 - первую в стране модель универсального бытового робота-гуманоида. Эта разработка призвана взять на себя рутинные домашние дела и стать настоящим помощником в повседневной жизни. Уже в конце текущего месяца сотня роботов SeeLight S1 начнет проходить испытания в специализированном жилом комплексе, предназначенном для работников высокотехнологичных отраслей. По словам генерального директора GigaAI Чжу Чжэна, в первой половине 2027 года роботы будут переданы для бесплатного тестирования обычным семьям в Ухане - столице провинции Хубэй. Такой подход позволит собрать реальные данные о работе устройства в домашних условиях. В демонстрационном видео робот, передвигающийся на колесах, уверенно справляется с множеством бытовых задач. Он нарезает овощи, жарит яйца, загружает стиральную маши ...>>

Вкусовые пристрастия формируются еще в утробе 30.05.2026

Предпочтения человека к еде закладываются задолго до первого прикорма. Современная наука подтверждает, что ребенок начинает знакомиться с ароматами и вкусами пищи еще до рождения, через околоплодные воды. Новое международное исследование показало, что регулярное потребление определенных продуктов беременной женщиной может формировать долгосрочные пищевые предпочтения у ребенка, сохраняющиеся даже спустя годы после появления на свет. Ученые из университетов Великобритании, Франции и Нидерландов провели эксперимент с участием беременных женщин. Одной группе будущих мам давали капсулы с порошком капусты кейл, другой - с порошком моркови. Реакцию детей на эти запахи проверяли в три этапа: сначала в утробе матери с помощью 4D-УЗИ на поздних сроках беременности, затем в возрасте трех месяцев и, наконец, когда детям исполнилось три года. Результаты оказались весьма убедительными. Дети женщин, принимавших порошок кейла, положительно реагировали на запах этой капусты, но негативно - на ар ...>>

Случайная новость из Архива Революционный фототранзистор 08.11.2015 Исследователи обещают совершить прорыв в цифровой фотографии с помощью нового фототранзистора, опережающего все существующие разработки по каждому из параметров, включая чувствительность к свету и скорость работы. Исследователи из Висконсинского университета в Мадисоне, США, разработали самый быстрый и отзывчивый в мире гибкий фототранзистор. Работа была опубликована в журнале Advanced Optical Materials. По словам исследователей Чжэньцян Ма (Zhenqiang Ma) и Цзюн-Хунь Сео (Jung-Hun Seo), новый высокопроизводительный транзистор значительно превосходит транзисторы всех предыдущих поколений по каждому из параметров, включая время реакции и чувствительность. Важным свойством нового транзистора стал его небольшой размер, благодаря чему можно создавать более компактные устройства. Новый фототранзистор обладает высокой чувствительностью к свету и в то же время демонстрирует способность сильно сгибаться без возникновения деформации и нарушения работоспособности. Такие свойства никогда не были достигнуты одновременно, подчеркнул Ма. Другим важным свойством нового фототранзистора является его конструкция - свет попадает непосредственно на ультратонкую кремниевую мембрану, которая эффективно поглощает энергию света. Никакие дополнительные слои не препятствуют свету и не блокируют его, как в других фототранзисторах. При создании элемента изобретатели черпали вдохновение из глаза млекопитающего. Транзистор выполнен на гибкой основе и способен улавливать едва видимый свет, преобразуя его в электрические импульсы точно так же, как это делает глаз животного, которое хорошо видит в темноте. Металлический слой и электроды, находящиеся под ультратонкой кремниевой мембраной, играют роль отражателей, что позволяет увеличить коэффициент поглощения без применения внешних приспособлений для увеличения светового потока. Достижение способно значительно увеличить производительность ряда продуктов, таких как цифровые фото- и видеокамеры, детекторы дыма, очки ночного видения, системы видеонаблюдения и прочие продукты, работа которых основана на измерении силы света. Например, цифровые фотоаппараты, оснащенные матрицами с фототранзисторами нового типа, позволят делать более светлые фотографии в темных помещениях без использования вспышки и увеличения чувствительности ISO, что ведет к появлению шумов. Кроме того, меньшие габариты транзисторов позволят делать устройства компактнее и легче без компромиссов по качеству съемки.

Другие интересные новости:

▪ Психологическая подготовка родителей поможет их детям

▪ DVD плеер с возможностью редактирования видео

▪ Черный ящик для угольных шахт

▪ Видеокамера Pure Digital FlipVideo

▪ Ультракомпактный электромобиль iEV Z

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Бытовая электроника. Подборка статей

▪ статья Овидиевы превращения. Крылатое выражение

▪ статья Где Одиссей пробыл наибольшую часть времени, возвращаясь из Трои на родину? Подробный ответ

▪ статья Омела белая. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Управление освещением двумя переключателями. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Проткнутая монета. Секрет фокуса

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026