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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Refrigeración mejorada de los microprocesadores. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Компьютеры Recientemente, se ha generalizado la práctica del "overclocking" de los microprocesadores, es decir, su funcionamiento a una frecuencia de reloj superior a la prescrita por el fabricante. Esto se basa en una gran reserva de capacidades técnicas de los procesadores y, a menudo (si los chips de la placa base lo permiten) está plenamente justificado. Además, un procesador rápido cuesta mucho más que uno lento. Sin embargo, uno de los principales obstáculos para aumentar la frecuencia del reloj es el inevitable sobrecalentamiento del procesador, que requiere una mejor eliminación del calor. En primer lugar, averigüemos por qué la temperatura del microprocesador aumenta con un aumento en la frecuencia del reloj y qué problemas genera esto. La potencia consumida por el procesador desde la fuente de alimentación y disipada en forma de calor en el espacio circundante consta de dos componentes: estática y dinámica. La parte estática de la potencia es consumida por elementos lógicos que se encuentran en una posición estable. En el caso general, depende del estado del elemento (0 ó 1 lógico), pero como hay millones de ellos en el procesador, se mantiene constante en promedio. El poder dinámico se gasta en transferir un elemento lógico de un estado a otro. En este momento, los transistores que forman el elemento se abren y cierran, las capacitancias de las uniones y los circuitos de conexión se recargan y ocurren otros procesos que provocan un aumento a corto plazo en el consumo de energía. Se puede suponer que una cierta parte de la energía eléctrica se consume para cada conmutación. Cuanta más frecuencia cambia el elemento, más porciones consume por unidad de tiempo y más energía se disipa. Hay que decir que la relación entre potencia dinámica y estática para elementos lógicos de diferente tipo no es la misma. Por ejemplo, los elementos más rápidos de ESL (lógica acoplada al emisor) hoy en día prácticamente no tienen componente dinámico y la potencia que consumen es casi independiente de la frecuencia. Los elementos de la estructura CMOS, por el contrario, casi no consumen energía en el modo estático. Todo el consumo de energía es dinámico y directamente proporcional a la frecuencia de conmutación. Otros tipos de lógica ocupan una posición intermedia. Cualquier LSI, incluido un microprocesador, contiene muchos elementos, a veces de diferentes tipos, y la cantidad de energía térmica liberada siempre depende en cierta medida de la frecuencia de funcionamiento (reloj), aumentando con su aumento. Como es sabido, el sobrecalentamiento de un sistema generador de calor, es decir, la diferencia de temperatura entre su superficie y el ambiente, es proporcional a la potencia disipada. Los desarrolladores y fabricantes de microprocesadores lo tienen en cuenta como uno de los factores que determinan la frecuencia de reloj máxima permitida. A medida que aumenta la frecuencia del reloj, inevitablemente aumentará la temperatura del microprocesador. Incluso si descuidamos la "quema" trivial: la falla completa del microcircuito, el sobrecalentamiento tiene consecuencias muy desagradables. A medida que aumenta la temperatura, las características de inmunidad al ruido de los elementos lógicos se deterioran. Esto se debe al hecho de que la resistencia de los transistores abiertos aumenta y la de los cerrados disminuye. Como resultado, los niveles de 1 y 0 lógicos se aproximan y la interferencia, cuya amplitud a temperatura normal era insuficiente para conmutar el elemento, se vuelve peligrosa. Se ha comprobado que existe una cierta temperatura crítica, por encima de la cual la probabilidad de fallo aumenta considerablemente (por ejemplo, de un valor del orden de 10-15 h-1 a 10-7 h-1), aunque el elemento sigue funcionando. Para un procesador Pentium II que contiene 7,5 millones de transistores, esto significa que se producirán fallas casi cada hora. La falla a veces pasa desapercibida, estropeando, por ejemplo, solo un dígito del resultado de los cálculos. En casos más peligrosos, hace que la computadora de control emita un comando incorrecto al objeto administrado. Cuando una falla corrompe un comando de salto en un programa ejecutable, la computadora generalmente se "bloquea", ejecutando una secuencia de comandos sin sentido. Los cuelgues también están asociados con la ruptura térmica de los elementos más cargados del procesador. Tal falla generalmente es reversible y, después de enfriarse en estado apagado, se restaura el rendimiento de la computadora. Por mi experiencia (tengo un AMD 5x86/133 overclockeado a 160 MHz) puedo decir que si el ventilador se apagaba accidentalmente, el procesador se "colgaba" después de ocho horas funcionando, pero después de encender el ventilador todo volvía a la normalidad. Las mediciones (aplicando un termómetro convencional) mostraron que el procesador comenzó a colgarse a una temperatura superficial superior a 41°, y a 40° funcionó normalmente. Así, el sobrecalentamiento del microprocesador conduce a un aumento de la intensidad de los fallos en su funcionamiento e incluso a averías. Todo esto debe entenderse bien y tenerse en cuenta cuando se intenta hacer overclocking del procesador a velocidades de reloj más altas. La principal conclusión es que. que es necesario tener cuidado de eliminar la mayor cantidad de calor y enfriar el procesador a una temperatura por debajo de la crítica. Para enfriar, se utilizan disipadores de calor: placas de metal con una superficie suficientemente grande. Desafortunadamente, la eficiencia del disipador de calor no aumenta en proporción a su área. Se aumenta soplando la superficie del disipador de calor con un ventilador. Debe decirse que la mayoría de los procesadores utilizados en las computadoras modernas están diseñados para funcionar con un disipador de calor soplado (se llama "enfriador" de la palabra frío), sin el cual está prohibido operarlos. Así que solo podemos hablar de aumentar la eficiencia de este dispositivo. Afortunadamente (o desafortunadamente), hay una reserva. Debido a la irregularidad de la superficie, el disipador de calor estándar no se adhiere firmemente a la carcasa del microprocesador, hay una capa de aire entre ellos que impide la transferencia de calor. La resistencia térmica (el llamado coeficiente de proporcionalidad entre la diferencia de temperatura en los límites de la capa y la potencia térmica transmitida, medida en grados por vatio) de la capa se puede reducir haciéndola más delgada y llenándola con una sustancia que conduce bien el calor. El primero se logra moliendo las superficies de contacto, el segundo, lubricándolas con una pasta especial. Para lograr el objetivo, tienes que trabajar un poco. En una superficie plana (es mejor tomar una hoja de vidrio), coloque papel de lija y. humedézcalo bien con aceite de máquina y alíselo, lije la superficie del disipador de calor. junto al procesador. Esto debe hacerse sin presión en un movimiento circular, agregando aceite constantemente y girando la pieza de esta manera. de modo que toda la superficie del contacto térmico esté rectificada uniformemente. Debe comenzar con papel de lija grueso, pasando gradualmente a uno más fino (hasta "cero"). Cuando la superficie se convierte en un espejo mate uniforme, se puede detener el esmerilado y se puede tratar la pasta conductora de calor. La pasta KPT-8 a veces se encuentra a la venta, pero esto es raro y está lejos de todas partes. En su ausencia, puede arreglárselas con medios improvisados. De todos los líquidos, el mercurio tiene la conductividad térmica más alta, pero debido a la toxicidad de los vapores, la conductividad eléctrica y la alta actividad química, no debe usarse. Le sigue el agua (conductividad térmica 0,648 W/m rad.), pero es eléctricamente conductora y se evapora rápidamente. De los líquidos que no se secan, la conductividad térmica es máxima para la glicerina (0,283 W/m rad.). Además, aumenta al aumentar la temperatura (para otros líquidos, disminuye). Tome un poco de glicerina y agregue aproximadamente el doble del volumen de polvo de aluminio. Muele y revuelve bien esta mezcla para formar una pasta plateada uniforme y viscosa. Debe pegarse y mancharse, pero mantener su forma y no extenderse. Esta pasta no conduce la electricidad. pero aún debe evitar que entre en las placas de los nodos de la computadora y en los pines de los microcircuitos. Con un cepillo, aplique una pequeña cantidad de aletas a las superficies de contacto del procesador y el disipador de calor. Algunos tratan de esparcir más, creyendo ingenuamente que dado que la pasta conduce el calor. se debe aplicar más grueso. Al contrario, cuanto más pequeño mejor. Es necesario que la capa sea lo más fina posible y cubra uniformemente ambas superficies, desplazando el aire y rellenando todas las irregularidades. Coloque con cuidado el disipador de calor en el procesador y muévalo ligeramente para expulsar el aire restante y el exceso de pasta en el espacio. No olvide arreglar el disipador de calor, y sobre él el ventilador y conectarlo. Ahora todo está listo. Para verificar, "conduzca" una prueba de procesador en el sistema Troubleshooter durante un par de horas, y si no se encuentran fallas, puede trabajar con calma. Autor: I. Korznikov, Ekaterimburgo
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Comentarios sobre el artículo: shamshi Mi temperatura alcanza los 60 grados y el monitor comienza a encenderse y apagarse.
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