Поліпшення охолодження мікропроцесорів. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Поліпшення охолодження мікропроцесорів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Комп'ютери

Коментарі до статті

Останнім часом набула широкого поширення практика "розгону" мікропроцесорів, тобто їх експлуатація на вищій, ніж запропоновано виробником, тактовою частотою. Засноване це на великому запасі технічних можливостей процесорів і часто (якщо мікросхеми материнської плати дозволяють) цілком виправдовує себе. Тим більше, що швидкий процесор коштує набагато дорожче за повільний аналог. Однак одна з головних перешкод на шляху збільшення тактової частоти - неминучий перегрів процесора, що вимагає покращення відведення від нього тепла.

Насамперед розберемося, чому з підвищенням тактової частоти температура мікропроцесора збільшується і яких неприємностей це призводить.

Потужність, що споживається процесором від джерела живлення та розсіюється у вигляді тепла в навколишній простір, складається з двох компонентів: статичної та динамічної. Статичну частину потужності споживають логічні елементи, що у стійкому положенні. У випадку, вона залежить стану елемента (логічний 0 чи 1), але оскільки у процесорі їх мільйони, то середньому залишається постійної.

Динамічна потужність витрачається на переклад логічного елемента з одного стану до іншого. У цей час відкриваються і закриваються утворюють елемент транзистори, перезаряджаються ємності переходів і з'єднувальних ланцюгів, відбуваються інші процеси, що викликають короткочасне збільшення споживаної потужності. Можна вважати, що кожне перемикання витрачається певна порція електричної енергії. Чим з більшою частотою перемикається елемент, тим більше таких порцій він споживає в одиницю часу і тим більша потужність, що розсіюється.

Потрібно сказати, що співвідношення між динамічною та статичною потужністю у логічних елементів різних типів неоднакове. Наприклад, у найшвидше діючих на сьогодні елементів ЕСЛ (емітерно-пов'язаної логіки) динамічна складова практично відсутня і споживана ними потужність майже не залежить від частоти. Елементи структури КМОП, навпаки, майже витрачають енергію у статичному режимі. Вся споживана потужність - динамічна і прямо пропорційна частоті перемикання. Інші типи логіки займають проміжне положення. Будь-яка БІС, у тому числі мікропроцесор, містить безліч елементів іноді різних типів, і кількість теплової енергії, що виділяється, завжди в тій чи іншій мірі залежить від робочої (тактової) частоти, зростаючи з її підвищенням.

Як відомо, перегрів системи, що виділяє тепло, тобто різницю температур її поверхні і навколишнього середовища, пропорційний розсіюється потужності. Розробники та виробники мікропроцесорів враховують це як один із факторів, що визначають максимально-допустиму тактову частоту. З підвищенням тактової частоти температура мікропроцесора неминуче збільшиться. Навіть якщо знехтувати тривіальним "згорянням" - повною відмовою мікросхеми, перегрів призводить до дуже неприємних наслідків.

З підвищенням температури погіршуються характеристики завадостійкості логічних елементів. Це відбувається через те, що опір відкритих транзисторів збільшується, а закритих зменшується. В результаті зближуються рівні логічних 1 і 0 і перешкода, амплітуда якої за нормальної температури була недостатньою для перемикання елемента, стає небезпечною. Доведено, що є деяка критична температура, вище за яку ймовірність збою різко зростає (наприклад, з величини порядку 10-15ч-1 до 10-7 ч-1), хоча елемент продовжує працювати. Для процесора Pentium II, що містить 7,5 млн транзисторів, це означає, що збої відбуватимуться майже щогодини.

Збій іноді проходить непоміченим, зіпсувавши, наприклад, лише одну цифру результату обчислень. У більш небезпечних випадках він призводить до видачі комп'ютером, що управляє, неправильної команди керованому об'єкту. Коли збій спотворює у виконуваній програмі команду переходу, комп'ютер зазвичай " зависає " , виконуючи безглузду послідовність команд. Зависання бувають пов'язані з тепловим пробоєм найбільш навантажених елементів процесора. Такий пробій зазвичай звернемо, і після охолодження у вимкненому стані працездатність комп'ютера відновлюється.

З власного досвіду (у мене AMD 5x86/133, розігнаний до 160 МГц) можу сказати, що при випадковому відключенні вентилятора процесор "завис", пропрацювавши вісім годин, але після включення вентилятора все повернулося до норми. Вимірювання (прикладанням звичайного термометра) показали, що процесор починав зависати при температурі поверхні вище 41 °, а при 40 ° працював нормально.

Таким чином, перегрів мікропроцесора призводить до збільшення інтенсивності збоїв у його роботі та навіть до відмов. Все це необхідно добре уявляти і враховувати, коли робиться спроба розігнати процесор до вищих тактових частот. Головний висновок у тому. що необхідно подбати про відведення кількості тепла, що збільшилася, і охолодження процесора до температури нижче критичної.

Для охолодження використовують тепловідведення – металеві пластини з досить великою поверхнею. На жаль, ефективність тепловідведення не зростає пропорційно до його площі. Її збільшують, обдуючи вентилятором поверхню тепловідведення. Потрібно сказати, що більшість процесорів, що застосовуються в сучасних комп'ютерах, розраховано на роботу саме з тепловідведенням (його називають "кулером" від слова cool - холодний), без якого їх експлуатувати заборонено. Отже, може йтися лише про підвищення ефективності цього пристрою.

На щастя (або, на жаль), резерв є. Через нерівність поверхні стандартне тепловідведення прилягає до корпусу мікропроцесора нещільно, між ними зберігається шар повітря, що перешкоджає теплопередачі. Тепловий опір (так називається коефіцієнт пропорційності між різницею температур на межах шару і тепловою потужністю, що передається, вимірюється в градусах на ват) шару можна зменшити, зробивши його тонше і заповнивши речовиною, що добре проводить тепло. Перше досягається шліфуванням контактуючих поверхонь, друге - змащуванням їхньою спеціальною пастою.

Щоб досягти мети, доведеться трохи попрацювати. На рівну поверхню (краще взяти лист скла) покладіть наждачний папір та. добре змочивши її машинним маслом та розправивши, відшліфуйте поверхню тепловідведення. прилеглу до процесора. Робити це потрібно без натиску круговими рухами, постійно додаючи олію та повертаючи деталь так. щоб вся поверхня теплового контакту зішліфувалася рівномірно. Починати потрібно з грубого наждачного паперу, поступово переходячи на дрібніший (аж до "нульовки"). Коли поверхня стане рівномірно матово-дзеркальною, шліфування можна припинити і зайнятися теплопровідною пастою.

У продажу іноді зустрічається паста КПТ-8, але це буває рідко і не скрізь. За її відсутності можна обійтися підручними засобами. З усіх рідин максимальною теплопровідністю має ртуть, але через отруйність парів, електропровідності та високу хімічну активність використовувати її не варто. За нею слідує вода (теплопровідність 0,648 Вт/м·рад.), але вона електропровідна і швидко випаровується. З рідини, що не висихають, теплопровідність максимальна у гліцерину (0,283 Вт/м·рад.). До того ж вона зростає із підвищенням температури (у інших рідин – зменшується).

Візьміть трохи гліцерину і додайте до нього приблизно вдвічі більше за обсягом алюмінієвої пудри. Добре перетріть і розмішайте цю суміш, щоб утворилася однорідна в'язка паста сріблястого кольору. Вона повинна липнути і мазатись, але зберігати форму і не розтікатися. Ця паста не проводить електричного струму. проте слід уникати її потрапляння на плати вузлів комп'ютера і висновки мікросхем. Пензлем нанесіть трохи ласти на контактуючі поверхні процесора та тепловідведення. Деякі намагаються намазати якомога більше, наївно вважаючи, що раз паста теплопровідна. її варто нанести густіше. Саме навпаки, чим менше - тим краще. Потрібно, щоб шар був якомога тоншим і рівномірно покривав обидві поверхні, витісняючи повітря і заповнюючи всі нерівності.

Акуратно встановіть тепловідвід на процесор і трохи посуньте його (притріть), щоб витіснити повітря і надлишки пасти, що залишилися в зазорі. Не забудьте закріпити тепловідведення, а на ньому вентилятор та підключити його. Тепер усе готове. Для перевірки "наздоганяйте" пару годин тест процесора в системі Troubleshooter, і якщо збоїв не виявиться, можете спокійно працювати.

Автор: І.Корзніков, м.Єкатеринбург

Дивіться інші статті розділу Комп'ютери.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Штучна шкіра для емуляції дотиків 15.04.2024

У світі сучасних технологій, де віддаленість стає дедалі більш повсякденною, збереження зв'язку й почуття близькості грають значної ролі. Нещодавні розробки німецьких учених із Саарського університету в галузі штучної шкіри становлять нову еру у віртуальних взаємодіях. Німецькі дослідники з університету Саарського розробили ультратонкі плівки, які можуть передавати відчуття дотику на відстані. Ця передова технологія надає нові можливості для віртуального спілкування, особливо для тих, хто виявився далеко від своїх близьких. Ультратонкі плівки, розроблені дослідниками, товщиною всього 50 мікрометрів, можуть бути інтегровані в текстильні вироби та носитися як друга шкіра. Ці плівки діють як датчики, що розпізнають тактильні сигнали від мами чи тата, і як виконавчі механізми, що передають ці рухи дитині. Дотики батьків до тканини активують датчики, які реагують на тиск та деформують ультратонку плівку. Ця ...>>

Котячий унітаз Petgugu Global 15.04.2024

Турбота про домашніх тварин часто може бути викликом, особливо коли йдеться про підтримку чистоти в будинку. Представлено нове цікаве рішення стартапу Petgugu Global, яке полегшить життя власникам кішок та допоможе їм тримати свій будинок в ідеальній чистоті та порядку. Стартап Petgugu Global представив унікальний котячий унітаз, здатний автоматично змивати фекалії, забезпечуючи чистоту та свіжість у вашому будинку. Цей інноваційний пристрій оснащений різними розумними датчиками, які стежать за активністю вашого вихованця в туалеті та активуються для автоматичного очищення після його використання. Пристрій підключається до каналізаційної системи та забезпечує ефективне видалення відходів без необхідності втручання з боку власника. Крім того, унітаз має великий обсяг сховища, що змивається, що робить його ідеальним для домашніх, де живуть кілька кішок. Котячий унітаз Petgugu розроблений для використання з водорозчинними наповнювачами та пропонує ряд додаткових матеріалів. ...>>

Привабливість дбайливих чоловіків 14.04.2024

Стереотип про те, що жінки віддають перевагу "поганим хлопцям", довгий час був широко поширений. Однак нещодавні дослідження, проведені британськими вченими з Університету Монаша, пропонують новий погляд на це питання. Вони розглянули, як жінки реагують на емоційну відповідальність та готовність допомагати іншим у чоловіків. Результати дослідження можуть змінити наше уявлення, що робить чоловіків привабливими в очах жінок. Дослідження, проведене вченими з Університету Монаша, призводить до нових висновків щодо привабливості чоловіків для жінок. В рамках експерименту жінкам показували фотографії чоловіків з короткими історіями про їхню поведінку в різних ситуаціях, включаючи їхню реакцію на зіткнення з бездомною людиною. Деякі з чоловіків ігнорували безпритульного, тоді як інші надавали йому допомогу, наприклад, купуючи їжу. Дослідження показало, що чоловіки, які виявляють співчуття і доброту, виявилися більш привабливими для жінок порівняно з т ...>>

Випадкова новина з Архіву

Поліпшений літак Solar Impulse на сонячних батареях 20.04.2014

У Швейцарії розробники представили покращену модель літака Solar Impulse, що працює на сонячних батареях. Тепер повітряне судно може здійснювати польоти тривалістю до 6 діб. Мета проекту – безперервна 120-годинна подорож навколо Землі.

Винахідники літака на сонячній енергії Solar Impulse представили його другу модифікацію, перший політ апарату відбудеться через рік, повідомляє в четвер агентство Франс Прес. Презентація моделі пройшла на швейцарській авіабазі Пайєрн перед аудиторією в 500 осіб, серед яких були чиновники, спонсори та дипломати.

У новій модифікації у літака збільшено вантажопідйомність. Також тепер він зможе здійснювати польоти тривалістю до 6 діб. Завдяки ізольованій електросхемі апарат може літати за умов сильних опадів. Крім того, були збільшені розміри: розмах крил становить 72 м, що можна порівняти з Airbus A-380. При цьому важить нова модель 2,3 т, що становить менше ніж 1% від ваги A-380. На крилах та фюзеляжі моделі встановлено 17248 сонячних панелей.

"Ці два літаки - енергетично найефективніші з будь-коли створених. Перша модель була прототипом, що літає лабораторією. Нам знадобиться мінімум 5 днів і ночей для польоту з Китаю до США і звідти до Європи", - сказав пілот Solar Impulse Андре Боршберг

Тестові польоти розпочнуться у Швейцарії наступного місяця, а після березня 2015 р. літак має вирушити на схід із одного з міст Перської затоки. У ході навколосвітньої подорожі буде зроблено 4-5 зупинок.

Створений швейцарськими конструкторами Андре Боршбергом та Бертраном Піккаром літак був уперше представлений публіці наприкінці червня 2009 р. Перший тривалий політ літального апарату на сонячній енергії відбувся 7 квітня 2010 р. Тоді Solar Impulse вдалося провести у повітрі приблизно 75 хвилин.

У червні 2012 р. апарат здійснив перший міжконтинентальний переліт зі Швейцарії до Марокко, у два етапи подолавши відстань близько 2,5 тис. км. У травні 2013 р. Solar Impulse здійснив переліт, подолавши за 26 годин рекордні для нього 1,5 тис. км.

Інші цікаві новини:

▪ Високовольтні МОП-транзистори для швидкодіючих комутаційних пристроїв

▪ Залізо, прозоре для гамма-випромінювання

▪ Дешеве очищення води

▪ Оптоволоконний приймач Ethernet

▪ Мікросхема послідовної флеш-пам'яті M25P64

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Радіо - початківцям. Добірка статей

▪ стаття Моноблоки чи компоненти? Мистецтво аудіо

▪ стаття Скільки видів тварин на планеті зникли через котів? Детальна відповідь

▪ стаття Обійщик салонів автобусів. Типова інструкція з охорони праці