Введення
Останнім часом гонка продуктивності настільних ПК піднялася на новий рівень. Зростають тактові частоти, обчислювальні потужності, перехід на многоядерную архітектуру і впровадження архітектури х64 покликане підняти продуктивність ПК на новий рівень. Але є зворотний бік медалі. При збільшенні тактових частот відповідним чином збільшується тепловиділення електронних компонентів. Так як у електронних схем працездатність забезпечується при вузькому діапазоні температур, то збільшення тепловиділення не може відбуватися нескінченно. Для вирішення цієї проблеми можна піти декількома шляхами: по-перше, впровадження нових процесорних архітектур, технологічних процесів дозволяє знизити тепловиділення, але при появі старших процесорів сімейства це перевага втрачається. Існує другий шлях - удосконалити системи охолодження процесорів. Саме в цьому напрямку зараз іде більшість виробників процесорів. За останні кілька років еволюція систем охолодження пройшла шлях від радіаторів, якими задовольнялися процесори Intel 80486 до сучасних систем охолодження на основі теплових трубок. У даному курсовому проекті розглянуті загальні принципи систем охолодження, склад традиційних систем охолодження. Також вироблено порівняння різних систем охолодження. Виявлено переваги та недоліки основних сучасних систем, проведений їх порівняльний аналіз. У закінчення розглядаються сучасні перспективні технології охолодження, які знайдуть місце в процесорах наступного дня.
1 Негативний вплив нагріву і заходи щодо його усунення
Нагрівання кристала інтегральної схеми (ІС) у процесі її функціонування - факт абсолютно очевидний і неминучий. Протікання струму в провіднику (напівпровіднику) обов'язково супроводжується виділенням у ньому теплової потужності, і оскільки сам провідник (напівпровідник) має цілком кінцеву теплопровідність, його температура виявляється вище температури навколишнього середовища. Корпус мікросхеми і різні внутрішні захисні/ізолюючі шари, які, як правило, володіють меншою теплопровідністю, ніж провідникові або напівпровідникові матеріали, ще більш погіршують ситуацію, утрудняючи тепловідведення від кристала ІС та істотно збільшуючи його температуру. p> У принципі, дуже високі (або навпаки, екстремально низькі) температури були б зовсім не страшні, якби не чітка залежність правильного і надійного функціонування транзисторів ІС і структури їх сполук від температурних умов. У результаті робочий температурний діапазон для "середньостатистичної" ІС виходить досить вузьким - як правило, від -40 до 125 В° C. Обмеження знизу є наслідком розходження коефіцієнтів теплового розширення кремнієвої підкладки, ізолюючих/захисних шарів, шарів металізації і т.п. (При низьких температурах виникають внутрішні механічні напруги - термомеханічний стрес, що впливає на електрофізичні властивості ІС і може призвести навіть до фізичного руйнування кристала). Обмеження зверху обумовлено погіршенням частотних і електричних властивостей транзисторів (зменшення струму, зниження порогового напруги тощо), а також можливістю виникнення незворотних пробійна явищ у обратносмещенного pn-переходах. Для сучасних процесорів (Зокрема, Athlon XP і Pentium 4), що відрізняються набагато більш тонкої мікроструктурою і більше комплексними корпусами, ніж "Середньостатистична" КМОП ІС, діапазон робочих температур виявляється ще суворіше - зазвичай від 0 до 100 В° C. Що ж, якщо процесор може більш-менш нормально функціонувати при температурі 100 В° C, то до чого тоді всі ці моніторинги і термоконтроль, адже його температура рідко дотягує до 90-95 В° C навіть з дуже слабкою системою охолодження?! Насправді, нормальна працездатність при високих температурах вельми ілюзорна, оскільки в глибинах процесора мають місце не тільки чисто електричні явища, а й величезна кількість електрохімічних процесів і реакцій, які є за своєю суттю термоактивационного (їх швидкість виключно сильно залежить від температури). З плином часу вони принципово можуть НЕ тільки утруднити коректне функціонування процесора, але і навіть призвести до його повної відмови, хоча робочі температури при цьому можуть перебувати під цілком безпечних межах, якщо дивитися з чисто електричної точки зору. Не можна сказати, що поголовно всі ці явища чинять згубний вплив на життєдіяльність процесора - навпаки, деякі з них можуть навіть поліпшити електричні й частотні властивості транзисторів. Але все-таки більша частина термоактивационного процесів їм на користь явно не йде. p> Найбільш "впливові" по своєму шкідливому впливу дві групи таких процесів. Перша - електрохімічне руйнування металізації (електроміграціі). Під впливом електричного поля і підвищеної температури атоми металу зриваються зі своїх насиджених місць і мігрують в прилеглі області. З плином часу товщина провідника може значно зменшитися (з різким збільшенням активної опору на цій ділянці), так що навіть при відносно малому...
