Интегрированном теплораспределителе ihs процессора что это
Современные тенденции развития процессоров хорошо известны - это снижение размеров ключей и как результат этого снижение их тепловыделения. Но, как мы видим, TDP современных процессоров не уменьшается. Все это имеет свои причины. Одной из причин является стремление Intel сохранить как можно дольше действие маркетингового хода - "Закона Мура". Для его выполнения число узлов компьютера размещаемых на кристалле процессора растет. Конечно размещение контроллеров памяти, видеопроцессоров, увеличение размера КЭШа процессора - в некоторой степени увеличивает скорость обмена между узлами за счет укорочения линий связи. Продлевая эти рассуждения, логично было бы вернуться к однокристальному компьютеру, разместив на кристалле процессора все узлы компьютера выводя за пределы кристалла только медленные шины.
Но . уже существуют скоростные шины обмена данными я писал о них .
Но вернемся к теме представленной в заголовке!
Новые технологические процессы уменьшают размеры транзисторов, что в свою очередь может привести к снижению размеров чипа процессора и других компонентов компьютера. Но эти размеры нельзя снижать бесконечно при существующих уровнях тепловыделения чипов достигающих 130 Вт.
Анализ конструкции современных процессоров и их предшественников показывает, что плотность теплового потока с кристалла составляет около 50 Вт/см 2 . Реальные значения находятся в диапазоне от 30 до 60 Вт/см 2 ( В зависимости от конструкции ) .
Тепловое сопротивление цепи кристалл - кулер обратно пропорционально площади контактной поверхности,
поэтому при росте теплового потока или снижении площади кристалла (как одного из элементов тепловой цепи) растет температура кристалла.
Производители процессоров применили IHS (integrated heatsink) - интегрированную теплораспределяющую пластину (крышку), которой позволила равномерно распределить температуру по поверхности кристалла, потому что источники с максимальным тепловыделением расположены неравномерно (локально) по поверхности кристалла*.
* Источниками тепловыделения на кристалле процессора являются, в первую очередь, ядра процессоров и графические ядра процессоров.
Основная мощность потерь в процессоре именно на этих узлах. А перепады температуры на поверхности кристалла создают узлы напряжений, что может сказаться катастрофически на них.
Расположение ядер и графического ядра на кристалле показано на рис. 1.
Равномерно распределить температуру по поверхности кристалла и есть основная задача IHS.
И как побочный эффект - применение IHS позволило увеличить "эквивалентную площадь поверхности кристалла"** примерно в 1,5 раза (зависит от толщины пластины), не увеличивая сам кристалл. Считается, что это позволит увеличить площадь контактной поверхности в паре "кристалл - кулер" переходя к цепи "кристалл - IHS - кулер".
** "Эквивалентная площадь поверхности кристалла" - площадь где тепловой поток составляет 90% от теплового потока кристалла.
Но все это работает только там где в качестве термоинтерфейса IHS - кристалл является металлический припой.
Производители процессоров пойдя по пути удешевления процессоров и упрощения технологии пошли по пути замены металлического термоинтерфейса на теплопроводящую пасту.
И совсем не главный недостаток применяемого термоинтерфейса - снижение его теплопроводности в связи с применением теплопроводящей пасты.
Режим работы процессора и тепловыделение
Мы знаем, что тепловыделение процессора определяется его вычислительной нагрузкой.
Нагрузка меняется во времени по мере выполнения задач определяемых управляющими программами. И даже программы длительное время загружающее процессор имеют свои циклы периодически увеличивающие или уменьшающие вычислительную загрузку процессора, а соответственно и тепловыделение процессора.
Цикличность тепловыделения имеет место и при включении - выключении компьютера.
При этом температура наиболее нагретых областей ISH приближается к температуре наиболее нагретых областей кристалла процессора, а температура наименее горячих к температуре воздуха внутри процессора. Такой областью является ALU (Arithmetic and Logic Unit).
В 2003, разбираясь с тепловыделением различных участков чипа процессора было обнаружено, что их нагрев существенно отличается. Исследовательской лабораторией корпорации Intel под руководством Ram Krishnamurthy проводились исследования, с целью определить, какие конкретно участки микропроцессора выделяют больше тепла, а какие - меньше. Для этого они использовали широко известную технологию "тепловидения". Исследователи ядра процессора обнаружили, что совсем небольшой его участок – а точнее, место сосредоточия модулей логических и арифметических операций – ALU (Arithmetic and Logic Unit) – нагревается до 127 °C, в то время как область кеш-памяти – существует при вполне приемлемой температуре 65 °C, а остальные и того меньше.
Непосредственно на процессоре это выглядит так:
Рисунок 3
При этом IHS деформируется и зазор между кристаллом процессора и IHS увеличивается и определяется разностью температур Δt = t2 - t1 и коэффициентом линейного расширения материала IHS , в нашем случае меди. Причем в наиболее нагретой области он максимален.
В результате циклических деформаций, уже сейчас появляется множество публикаций о росте температуры процессора через некоторое время его работы в "тяжелых" приложениях.
Появилось течение любителей снимать IHS с процессора. И по данным экспериментаторов, это приводит к улучшению теплового режима работы процессора.
По их же данным теплопроводящая паста после снятия IHS имеет "вид пористой структуры".
Все это результат работы теплопроводящей пасты в условиях циклических тепловых нагрузок и вызванных ими деформаций.
Заключение
Я конечно не призываю к удалению IHS , наличие теплораспределительной пластины это необходимый шаг повышающей надежность работы процессора.
Просто, исходя из логики работы, мне кажется, для IHS подошел момент, когда тепловой поток достиг предельных значений. И это требует пересмотра конструкции самой теплораспределительной крышки и обязательному введению металлического термоинтерфейса IHS кристалл (паяного соединения).
И применение в качестве термоинтерфейса теплопроводящих паст, какие хорошие они бы ни были становится просто недопустимо.
Известно, что способ теплового контакта IHS (теплораспределительной крышки) с кристаллом процессора оказывает существенное влияние на тепловой режим процессора и его надежность в режиме больших тепловых нагрузок. Подтверждение тому, множество публикаций на тему ее снятия. Обычно при непосредственном контакте с кулером кристалла процессора можно выиграть до 5°С.
Публикую данный материал здесь потому что тип интерфейса IHS - кристалл существенно влияет на тепловой режим процессора и его важно учитывать в тепловых расчетах.
IHS (integrated heatsink) - интегрированная теплораспределяющая пластина (крышка)
- предназначена, вопреки мнению некоторых знатоков, для равномерного распределения тепла по поверхности кристалла. Потому что области кристалла где находятся ядра имеют тепловыделение многократно превосходящее тепловыделение остальных участков процессора, а теплопроводность структуры процессора много хуже теплопроводности медной пластины. Тем более в пределах 10 толщин IHS пластины.
- Sollder in lid - припой (паста), Scalant - уплотнитель, IHS - теплораспределяющая пластина, Silicon die - кремниевый кристалл, substrate - подложка (контактная панель процессора).
Существует два вида применяемого термоинтерфейса:
Процессоры где в качестве термоинтерфейса применяется припой предназначены для тяжелого теплового режима работы.
Как Вы понимаете, список не полный и он пополняется только практической проверкой при удалении крышек. Поэтому если Вы имеете дополнительную информацию присылайте ее автору.
В документации на процессоры, к сожалению, производители не указывается вид термоинтерфейса.
И это они делают правильно.
Я бы, зная об этом, конечно выбрал бы паянный процессор.
А это надо производителю?
Это сейчас называется маркетинг:
- Им надо втюхать потребителю, то что им подешевле обходится в производстве.
- А тем более, что процессоры с термоинтерфейсом в виде пасты имеют ограниченный срок службы, а это заставит потребителя своевременно менять процессор.
- Меняя который потребитель подумает - "а не лучше ли поменять и плату на более современную, производительную",
- А меняя процессор, плату - можно уж поменять весь компьютер.
Производители скромничают и чтобы не подрывать продажи просто не указывают вид термоинтерфейса, да и о его тепловом сопротивлении тоже не указывают в документации, где приводятся другие технические характеристики.
Да это и понятно.
Указать характеристику которая может существенно изменяться и увеличит число рекламаций это просто не выгодно.
Не забывайте, что для надежного теплового контакта кулера непосредственно с кристаллом процессора необходимо иметь плоское основание кулера, обеспечивающее тепловой контакт по всей поверхности. Не все кулеры на тепловых трубках могут обеспечить это!
Если Вы посмотрите на современный процессор, то Вы не увидите на нем кристалла. Он скрыт под металлической крышкой. Это и есть теплораспределительная крышка или как ее еще называют специалисты IHS (integrated heatsink) - интегрированная теплораспределяющая пластина. Она изготавливается из меди, на поверхность которой нанесен тонкий слой гальванического покрытия., Производители считают, что она выравнивает температуру по поверхности кристалла.
Введение
Еще осенью 2002 года компания AMD выпустила обновлённую версию ядра Thoroughbred (ревизия B0). Старшая модель Athlon XP на ядре Thoroughbred ревизии B0 работала на частоте 2200 МГц. (частота процессора на ядре Thoroughbred первой версии, составляла 1800 МГц).
Вторая версия процессора с ядром Thoroughbred -B отличалась от первой введением на кристалле дополнительных фильтрующих конденсаторов и дополнительного медного слоя, который наряду с ролью обкладки конденсатора фильтра играл и роль теплопроводящего слоя выравнивающего температуру по поверхности. Это была первая попытка повысить частоту процессора за счет, в том числе, и выравнивания температуры
В 2003, разбираясь с тепловыделением различных участков чипа процессора было обнаружено, что их нагрев существенно отличается.
Исследовательской лабораторией корпорации Intel под руководством Ram Krishnamurthy проводились исследования, с целью определить, какие конкретно участки микропроцессора выделяют больше тепла, а какие - меньше. Для этого они использовали широко известную технологию "тепловидения". Исследователи ядра процессора обнаружили, что совсем небольшой его участок – а точнее, место сосредоточия модулей логических и арифметических операций – ALU (Arithmetic and Logic Unit) – нагревается до 127 °C, в то время как область кеш-памяти – существует при вполне приемлемой температуре 65 °C, а остальные и того меньше.
На рис.1 показана термограмма сопровождающая обсуждения исследования Ram a Krishnamurthy.
Данная термограмма также подтверждает приводимое мной ранее данные, что эффективная теплопроводность IHS обеспечивается на расстоянии равном 5-7 ее толщин.
Результатом работы Ram Krishnamurthy было изменение конструкции ALU с целью снижения его тепловыделения (температуры).
Правда зная подход Intel и историю развития процессоров можно с уверенностью утверждать, что в результате работ температура ALU снизилась незначительно , поскольку после этого была максимально увеличена загрузка ALU процессора.
Такой же характер носит распределение температур по поверхности кристалла CPU и GPU других моделей и производителей.
И даже у Intel после переделки организации и структуры ALU которые были выполнены по результатам описанный работы Ram Krishnamurthy проблема не пропала, потому что Intel сразу же дополнительно нагрузил ALU с целью повысить общую производительность процессора.
Назначение IHS
Если вам в руки попадет современный процессор, то с одной его стороны Вы увидите ряды контактных ножек, а с другой примерно то что изображено на рис.1 (хотя конструкция может меняться даже у одного производителя)
Это и есть IHS (integrated heatsink) - интегрированная теплораспределяющая пластина.
IHS выполняет множество задач.
Главная, (для чего она и создавалась) это выравнивание (распределение) температуры по поверхности кристалла.
Как мы видим из термограммы процессора показанной на рис.1, на поверхности кристалла имеются области с температурой:
- более 120°С - ALU
- около 65°С - область кеш-памяти,
- менее 60°С - остальные области.
Этот перепад температур создает на поверхности кристалла, в областях максимальных градиентов температур, механические напряжения. Для снижения градиентов температур и применяется теплораспределительная пластина - крышка.
некоторое увеличение контактной (кристалл-радиатор) поверхности - до 20-30%.
зашита кристалла от механического воздействия охлаждающих конструкций,
Принцип работы
Теплораспределяющая пластина выполненная из металла с высокой теплопроводностью (меди - Cu , λ Cu =389 Вт/м град ). За чет этого тепловой поток распространяется как перпендикулярно IHS пластине, так и вдоль ее поверхности.
Тепловой поток от кристалла распространяется через крышку к кулеру "растекаясь" за счет высокой теплопроводности вдоль поверхности крышки. Это "растекание" составляет около 3-7 h .
Мы должны знать, что теплопроводность пластины кремния (материал процессора) более чем в два раза ниже, λSi =149 Вт/м град. Теплопроводность слоистой структуры процессора еще меньше. Поэтому применение медного основания Si кристалла должно улучшать его тепловой поток.
Поскольку тепловое сопротивление пропорционально пути пройденному тепловым потоком (δ) :
где: λ - коэффициент теплопроводности, δ - толщина стенки, S - площадь теплопроводящей поверхности.
То вдоль IHS пластины тепловое сопротивление растет и эффективное ослабление теплового потока начинает сказываться уже на расстоянии примерно 3 h ( h -толщина IHS пластины), а на расстоянии (5-7 )h тепловой поток вдоль пластины можно считать существенно меньшим его перпендикулярной составляющей.
С точки зрения распространения теплового потока в направлении от источника тепла к кулеру (перпендикулярно IHS пластине) любая прослойка должна иметь как можно меньшую толщину. Это касается и материалов с высокой теплопроводностью.
А с точки зрения ее основной функции (выравнивания температуры на контактной поверхности кристалла) ее толщина ( h ) должна быть максимальна.
Функцию теплораспределительной пластины несет только ее плоская часть, которая одной стороной контактирует с кристаллом процессора, а другой с подошвой кулера. Все контактирующие поверхности должны быть плоскими для обеспечения контакта по всей поверхности.
Она так же должна быть больше, чтобы исключить тепловые градиенты на ТР пластине и соответственно деформации IHS пластины.
Причины термической деформации.
Все материалы при нагреве расширяются. Медь это материал который наравне с высокой теплопроводностью (389 Вт/м град) имеет и высокий коэффициент линейного расширения ( α =16,7х10 6 1/град ) поэтому при нагреве медной пластины, медь расширяется и удлиняется больше в наиболее нагретых областях.
Что дает применение IHS
Что ни говори, а хоть как-то но теплораспределительная пластина выполняет свою задачу. Она распределяет температуру точечных источников тепла на 3-4 мм от его центра. Но самое главное она защищает кристалл от механического воздействия.
Недостатки
Практика показывает, что при принятых толщинах IHS ее тепло выравнивающая эффективность низка и она служит в основном для механической защиты кристалла процессора.
Термоинтерфейс кристалл - пластина
Как это ни странно большинство процессоров имеющих теплорапределительную пластину используют в качестве термоинтерфейса между пластиной и кристаллом теплопроводящую пасту, а не пайку. От этого не только растет тепловое сопротивление, но и снижается срок службы процессора при больших его производительностях. Это происходит из-за циклической деформации теплораспределительной пластины, что "жует" термоинтерфейс, засасывает в него воздух. В результате со временем термоинтерфейс превращается в пористую губку и теряет свои теплопроводящие свойства.
Применение припоев в качестве термоинтерфейса снижает температуру кристалла процессора на 4-7°С, уменьшает неравномерность нагрева поверхности кристалла процессора,
Выводы
Для нормального выполнения своей функции (с точки зрения физики) IHS (integrated heatsink) - интегрированная теплораспределяющая пластина должна иметь толщину 1/2 -:- 1/3 минимального линейного размера кристалла. В этом случае она обеспечит равномерное распределение температуры по поверхности кристалла и исключит механические деформации IHS .
Процессоры, в первую очередь работающие при больших нагрузках, должны иметь металлический термоинтерфейс между кристаллом и IHS . Особенно это относится к процессорам для разгона, которые работают в режиме термоциклирования (чередования максимально допустимых - минимальных температур). Это позволит снизить примерно на 5°С температуру процессора, повысить его ресурс.
Suhrob M
И, в чём проблема? на него упала нагрузка, какое-то программное обеспечение цепляет именно его, вот и всё. Разница в температуре между ядрами, это норма. Есть, правда и другие причины - датчик или программа врёт, или неправильно смонтирован кулер, но это глупо, ибо у нас теплоотводящая площадка одна, и остальные ядра не страдают, так что, кулер отметаем НО чтобы отмести, достаточно проверить в стресс тесте, тогда ядра загружены под 100% одинаково, а значит и температура будет приблизительно одинаковая. Проверь, она, по ядрам, не должна превышать 90-95, в идеале 80-85 (с запасом), есть программы, что грузят процессор сильнее, AIDA, это, практически, домашняя нагрузка от повседневных задач (у меня максимум в айде совпадает с повседневными задачами).
Suhrob M
А зачем другие программы. Бери айду и нагрузку на процессор - стресс тест. Есть ещё программы - prime95, НО его использовать я крайне не рекомендую, это программа выжмет из твоего процессора ВСЕ соки, познаешь его страдания, не вижу смысла, тем более там гарантирована будет температура в районе 90, и зачастую выше, градусов, у меня ни одно программное обеспечение не способно так раздавить процессор. Так что, фйда, для домашнего пользователя, это более чем достаточно. То, что выжмет программа из процессора, ты никогда не достигнешь таких показателей в повседневной работе, айда ближе. Вообще, на твоё усмотрение, по приколу, можешь и попробовать, она лёгкая и запросто находится в интернете.
Для фиксации максимальных точек - максимума/минимума, можно поставить ещё и Core Temp:
5 минут прогнал тест стабильности.
Твое мнение?
VOVAN WOLF
Suhrob M
Это не разгон, а Turbo Boost. Данный процессор не содержит индекса k (к - это разблокированный множитель).
Особенно важно понимать: "увеличения тактовой частоты процессора, ЕСЛИ при этом не превышаются ограничения мощности, температуры и тока в составе расчетной мощности (TDP ).
Критическая температура - это максимальная температура, допустимая в интегрированном теплораспределителе (IHS) процессора.
Расчетная тепловая мощность (TDP) указывает на среднее значение производительности в ваттах, когда мощность процессора рассеивается (при работе с базовой частотой, когда все ядра задействованы) в условиях сложной нагрузки, определенной Intel. Ознакомьтесь с требованиями к системам терморегуляции, представленными в техническом описании.
И снова я говор, что температура в норме, но почему разница, в этот раз в 7-10 градусов, думается мне, что с повышением температуры, разница будет меньше. Конечно, есть глупая мысль, а термопаста нанесена равномерно, хотя, это особо ни на что и не повлияет (так что забей на эту глупость).
Итак, посмотрев форумы, самому интересно, пришёл к одной мысли. Все эти ядра - это один кристалл, и тут выходит ТРИ датчика против ОДНОГО. Забей, даже при 3800, температура отличная, а это заслуга кулера, термопасты и прямой припой под крышкой, так что, не надо паники и глупых мыслей, теплопередача происходит через крышку, а крышка уже радиатору системы охлаждения. На фоне всего этого одно ядро не может выделяться, это глупа. Ещё раз, три против одного. Этот процессор разгоняют и больше, вплоть до 5000. Так что, и снова забей, особенно, когда даже одно ядро, с завышенной температурой не более 80 градусов, да блин, там даже за 70 не перевалил. Это прикол программы, либо датчика, я не особый спец, но будет желание, простой проходя мимо сервиса спроси у них там, они грамотно расскажут, что и почему, а сейчас:
Может тут спец будет проходить, и подскажет, отчего такая фигня, но разница, напоминаю, с нагрузкой стала меньше, с чего бы это - более равномерное распределение тепла.
Потому что температура "ЦП" (он же Tcase) - это температура теплораспределительной крышки проца. А под ней уже находится кристалл процессора, вот он и нагревается.
Эти условия связаны с температурой процессора для настольных и мобильных систем, основанных на процессорах Intel®. Для разрешения оптимальной работы системы и долгосрочной надежности процессор не должен превышать спецификации максимальной температуры корпуса, как определено применимым тепловым профилем.
Tcase является измерением температуры, используя термопару, встроенную в центр теплораспределителя. Это начальное измерение сделано на фабрике. Постпроизводство, Tcase калибруется BIOS посредством чтения, поставленного диодом между и ниже ядер.
Tjunction синонимичен с базовыми температурами и вычисленный основанный на выводе от Цифрового датчика температуры (DTS), используя формулу Tjunction = (Тджанкшн Макс – вывод DTS). Тджанкшн Макс (Tj Макс) также упоминается как Температура Активации TCC в определенных технических описаниях процессора.
Tcase - это температура в геометрическом центре внешнего корпуса процессора. И конечно, она будет ниже, чем температура ядер Tmax. Термическое сопротивление - причина разницы температур на поверхности и самого кристалла - источника тепла.
Долго время я ошибочно предполагал, что Tcase является предельно допустимой Tmax, однако, на самом деле, это температура в геометрическом центре внешнего корпуса процессора, при котором внутреннее ядро достигнет Tmax. Для людей, не страдающих ГСМ и ПГМ, очевидно, что, поскольку, к внешней стороне корпуса процессора приложен весьма холодный (забирающий тепловую энергию) водоблок (или испаритель), а внутри корпуса весьма горячий чип (выделяющий тепловую энергию), Tcase не будет являться истинным Tmax, т.к. мы берем показания с датчиков на горячем кристалле, а не на «холодном» корпусе, а Tmax будет куда выше Tcase.
На скрине приемлемые температуры. Главное, чтобы в нагрузке Tmax (а как ты понял - ядер), не превышала предел в 95 градусов. В идеале, не более 80-85. В простое, на i7-3770k, у меня - РАНЕЕ, были такие же температуры. В нагрузке, если не разбираешься, то держи, в соответствии со спецификацией к процессору, там фигурирует значение Tcase (Критическая температура - это максимальная температура, допустимая в интегрированном теплораспределителе (IHS) процессора).
А так, забей, температуры нормальные.
Сейчас на i7-4790k температура так же маячит, в простое 35-42, частота 4400, в нагрузке, повседневных задачах, в том числе и играх, не более 64. Рабочая его, Tcase - 74. Условия соблюдены.
Читайте также: