"Узкие места" термоинтерфейсов: новое решение проблемы

26 июля 2003, суббота 14:38
Сегодня мы уже говорили о назревающем кризисе тепловыделения процессоров Intel. Разумеется, что растущее тепловыделение требует увеличения эффективности охлаждения, и здесь описанная проблема сталкивается со встречным кризисом производительности воздушного охлаждения. Мы не раз объясняли, что современные решения для воздушного охлаждения в большинстве случаев способны обеспечить достаточную эффективность охлаждения процессоров Pentium 4 только на частотах до 3.5 ГГц, в редких случаях - чуть выше. Здесь мы рассматриваем процессоры Intel, как наиболее подверженные успешному масштабированию по частоте, влекущему повышение тепловыделения. Разумеется, что дополнительный разгон еще сильнее усугубляет потребность в эффективном охлаждении.

Применение жидкостного охлаждения тоже не является панацеей "на сто лет вперед". Размеры кристаллов процессоров стремительно уменьшаются, а тепловыделение неизбежно растет. Соответственно, с меньшей площади требуется отводить все больше тепла. Производительность ватерблоков также имеет свой предел. Тем более, что их металлический корпус также становится "узким местом", а на эксперименты по прямому охлаждению кристалла водой решатся далеко не все пользователи.

Очевидно, что решать проблему нужно "от корней". Точнее говоря, от места сопряжения радиаторов и теплораспределителей процессоров (в случае Athlon XP - непосредственно кристаллов). Между прочим, Athlon 64 будут использовать металлический теплораспределитель, так что актуальные проблемы термоинтерфейсов коснутся их в не меньшей мере.

Наносимый слой на контактную площадку слой термопасты играет заметную роль в эффективности охлаждения, и от правильного нанесения пасты во многом зависит успех разгона (если говорить о предельных режимах работы процессора). Между тем, по наблюдениям многих "практиков", различия в результатах, достигнутых с использованием различных термопаст, сводятся на "нет" высокой плотностью теплового потока (опять же, малая площадь кристалла при высокой тепловой мощности). Поэтому поиск "идеальной пасты" для современных процессоров уже не актуален - главное уметь правильно нанести имеющуюся пасту.

Полировка радиаторов и теплорассеивателей позволяет несколько улучшить эффективность сопряжения, но рядовым пользователям такие методы кажутся чрезвычайно сложными.

Каков же выход из сложившейся ситуации? Если говорить о процессорах с теплорассеивателями (а это большая часть современных центральных процессоров, видеочипов и северных мостов), то остается еще одно "слабое звено" - место сопряжения теплорассеивателя и кристалла процессора. Как правило, крепятся они при помощи вполне обычных термоинтерфейсов, чья теплопроводность не превышает 8 Вт/(м*К).

Вот здесь позвольте сделать небольшую паузу и совершить краткий экскурс в увлекательный мир термодинамики :). Что такое теплопроводность? Говоря доступным языком, это физическая величина, характеризующая количество теплоты, проходящее через площадку плоской бесконечной стенки, разделяющей две среды с температурами Т1 и Т2. В нашем случае роль стенки выполняет термоинтерфейс. Теплопроводность зависит от коэффициента теплопроводности материала стенки, толщины стенки и площади участка стенки, а также разницы температур Т1 и Т2. Измеряется теплопроводность в Вт/(м*К) - "ватт на метр-кельвин". Чем эта величина больше, тем быстрее отводится тепло через термоинтерфейс.

Поскольку теплопроводность лучших марок термопаст не превышает 7-8 Вт/(м*К), то они становятся в этой ситуации самым "слабым звеном". Обеспечить более эффективное в тепловом отношении сопряжение теплораспределителя и кристалла процессора могли бы отдельные виды пайки и сварки, но в случае длительного воздействия высоких температур на кристалл чипа он становится неработоспособным.

Интересное решение проблемы предлагает компания Reactive NanoTechnologies, занимающаяся разработками в сфере столь модных ныне нанотехнологий. Фирма предлагает принципиально новый метод пайки, основанный на применении специальной композитной фольги толщиной 20 мкм. Фольга формируется на наноуровне из молекул алюминия и никеля. При воздействии тепловой искры молекулы алюминия и никеля начинают взаимодействовать, достигая температуры в 1500 градусов Цельсия за время менее 10 миллисекунд.

Выделяемой тепловой энергии достаточно для того, чтобы расплавить слой припоя (на схеме показан зеленым цветом), однако соединяемые компоненты (на схеме - черный и коричневый) не получают тепловых повреждений за счет быстрого протекания процесса.

Самое замечательное - технология позволяет соединять разнородные материалы (например - металл и керамику) с высокой надежностью и с минимальным внутренними напряжениями материалов. Сообщается, что подобное соединение обладает теплопроводностью на уровне 70 Вт/(м*К), то есть в десять раз выше существующих вариантов!

Безусловно, данное ноу-хау не позволяет устранить оставшиеся "узкие места" в цепи "кристалл чипа -> теплораспределитель -> термопаста -> радиатор", однако одной проблемой может быть меньше уже на этапе фабричного изготовления процессора. Компания RTN планирует начать продвижение своей технологии в четвертом квартале текущего года или первом квартале следующего, так что самые дальновидные производители микрочипов должны успеть принять ее на вооружение. Особенно это не помешает Intel с ее 100-ваттными "грелками" по имени Prescott :).

Оценитe материал

Возможно вас заинтересует

Сейчас обсуждают