マイクロプロセッサの冷却が改善されました。スキーム、説明

無線電子工学および電気工学の百科事典
無料のライブラリ / 無線電子および電気機器のスキーム

マイクロプロセッサーの冷却が改善されました。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

無料のテクニカルライブラリ

最近、マイクロプロセッサを「オーバークロック」する、つまりメーカーが規定するクロック周波数よりも高いクロック周波数で動作させるという行為が普及してきました。これはプロセッサーの技術的能力の大きな予備に基づいており、多くの場合 (マザーボードチップが許可する場合) は完全に正当化されます。さらに、高速プロセッサは、低速プロセッサよりもはるかに高価です。ただし、クロック周波数を上げる際の主な障害の XNUMX つは、プロセッサーの避けられない過熱であり、プロセッサーからの熱除去を改善する必要があります。

まず、クロック周波数の増加に伴ってマイクロプロセッサの温度が上昇する理由と、それがどのような問題につながるのかを考えてみましょう。

プロセッサによって電源から消費され、熱の形で周囲の空間に放散される電力は、静的電力と動的電力の 0 つの要素で構成されます。電力の静的な部分は、安定した位置にある論理要素によって消費されます。一般的な場合、それは要素の状態 (論理 1 または XNUMX) によって異なりますが、プロセッサーには何百万もの要素が存在するため、平均して一定のままです。

動的電力は、論理要素をある状態から別の状態に転送するために消費されます。このとき、素子を構成するトランジスタが開閉したり、接合部や接続回路の容量が充電されたりするなど、短期的には消費電力が増加します。スイッチングごとに電気エネルギーの一定部分が消費されると想定できます。素子のスイッチング周波数が高くなるほど、単位時間あたりに消費する部分が多くなり、消費電力も増加します。

異なるタイプの論理要素の動的電力と静的電力の比率は同じではない、と言わなければなりません。たとえば、今日の最速の ESL (エミッター結合ロジック) 素子には動的コンポーネントがほとんどなく、消費電力は周波数にほとんど依存しません。逆に、CMOS 構造の要素は静的モードではほとんどエネルギーを消費しません。すべての電力消費は動的であり、スイッチング周波数に直接比例します。他のタイプのロジックは中間の位置を占めます。マイクロプロセッサを含むすべての LSI には、さまざまな種類の多くの要素が含まれており、放出される熱エネルギーの量は常に動作 (クロック) 周波数にある程度依存し、動作 (クロック) 周波数の増加に伴って増加します。

知られているように、発熱システムの過熱、つまりその表面と環境との温度差は、消費される電力に比例します。マイクロプロセッサの開発者と製造者は、これを最大許容クロック周波数を決定する要素の XNUMX つとして考慮します。クロック周波数が増加すると、マイクロプロセッサの温度は必然的に上昇します。たとえ些細な「燃焼」、つまりマイクロ回路の完全な故障を無視したとしても、過熱は非常に不快な結果をもたらします。

温度が上昇すると、ロジックエレメントの耐ノイズ特性が低下します。これは、開いたトランジスタの抵抗が増加し、閉じたトランジスタの抵抗が減少するという事実によるものです。その結果、論理1と論理0のレベルが近づき、常温での振幅が素子をスイッチングするには不十分な干渉が発生し、危険となります。特定の臨界温度が存在し、その温度を超えると、要素は動作し続けますが、故障の確率が急激に増加することが証明されています（たとえば、10-15 h-1 から 10-7 h-1 程度の値）。 7,5 万個のトランジスタを含む Pentium II プロセッサの場合、これはほぼ XNUMX 時間ごとに障害が発生することを意味します。

失敗が気づかれずに、たとえば計算結果の XNUMX 桁だけが台無しになってしまうこともあります。さらに危険な場合には、制御コンピュータが管理対象オブジェクトに対して間違ったコマンドを発行する原因になります。実行可能プログラム内のジャンプコマンドがグリッチによって破損すると、通常、コンピュータは「ハング」し、意味のない一連のコマンドが実行されます。ハングアップは、プロセッサーの最も負荷の高い要素の熱破壊にも関連しています。このような故障は通常、可逆的であり、オフの状態で冷却すると、コンピュータのパフォーマンスが回復します。

私の経験 (私は 5 MHz にオーバークロックした AMD 86x133/160 を使用しています) から言えますが、ファンが誤ってオフになった場合、41 時間動作した後にプロセッサが「ハング」しますが、ファンをオンにするとすべてが正常に戻りました。 (従来の温度計を適用して) 測定したところ、プロセッサは表面温度が 40° 以上になるとハングし始め、XNUMX° になると正常に動作することがわかりました。

したがって、マイクロプロセッサの過熱は、その動作の障害の度合いを増大させ、さらには障害を引き起こすことにもつながります。プロセッサをより高いクロック速度にオーバークロックしようとする場合は、これらすべてをよく理解し、考慮する必要があります。主な結論はそれです。増加した熱量を除去し、プロセッサを臨界温度よりも低い温度まで冷却することに注意する必要があるということです。

冷却には、十分に大きな表面を持つ金属プレートであるヒートシンクが使用されます。残念ながら、ヒートシンクの効率は面積に比例して増加しません。ヒートシンク表面にファンを吹き付けることで増加します。現代のコンピュータで使用されているプロセッサのほとんどは、吹き飛ばされたヒートシンク（クール-コールドという言葉から「クーラー」と呼ばれます）で動作するように設計されており、それなしでプロセッサを動作させることは禁止されていると言わなければなりません。したがって、このデバイスの効率を高めることについてのみ話すことができます。

幸いにも（または残念ながら）予備はあります。表面の凹凸により、標準のヒートシンクはマイクロプロセッサケースにしっかりと密着せず、間に空気の層ができて熱の伝達が妨げられます。層の熱抵抗（層の境界における温度差と伝達される熱出力との間のいわゆる比例係数、ワット当たりの度で測定される）は、層を薄くし、熱をよく伝導する物質で満たすことによって低減することができる。 XNUMXつ目は接触面を研磨することによって達成され、XNUMXつ目は特別なペーストで接触面を潤滑することによって達成されます。

目標を達成するには、少し努力する必要があります。平らな面（ガラス板を用意することをお勧めします）にサンドペーパーを置きます。機械油でよく湿らせてまっすぐにし、ヒートシンクの表面を研磨します。プロセッサに隣接しています。これは圧力をかけずに円を描くように動かし、常にオイルを加えてこのように部品を回転させてください。サーマルコンタクトの表面全体が均一に研磨されるようにします。粗いサンドペーパーから始めて、徐々に細かいサンドペーパー（「ゼロ」まで）に移行する必要があります。表面が均一なマットミラーになったら、研削を停止し、熱伝導性ペーストを使用できます。

KPT-8 ペーストは時々販売されていますが、これはまれであり、どこにもありません。それがない場合は、即興の手段でやり過ごすことができます。すべての液体の中で水銀は最も高い熱伝導率を持っていますが、蒸気の毒性、電気伝導率、および高い化学活性のため、使用すべきではありません。次に水（熱伝導率 0,648 W/m rad.）が続きますが、これは導電性があり、すぐに蒸発します。非乾燥性液体の中で、熱伝導率はグリセリンの最大値 (0,283 W/m rad.) です。さらに、温度が上昇すると増加します（他の液体の場合は減少します）。

グリセリンを取り、それに約XNUMX倍量のアルミニウム粉末を加えます。この混合物をよく粉砕してかき混ぜ、均一で粘稠な銀色のペーストを形成します。ベタベタと汚れますが、形を保ち、広がらないようにします。このペーストは電気を通しません。ただし、コンピューターノードのボードやマイクロ回路のピンに付着するのは避けるべきです。ブラシを使用して、プロセッサとヒートシンクの接触面に少量のフィンを塗ります。ペーストは熱伝導性があるからだと素朴に信じて、さらに広げようとする人もいます。厚く塗る必要があります。逆に小さければ小さいほど良いです。層はできるだけ薄く、両面を均一に覆い、空気を追い出し、すべての凹凸を埋める必要があります。

ヒートシンクをプロセッサー上に慎重に置き、隙間に残っている空気や余分なペーストを追い出すために少し移動 (ラップ) します。ヒートシンクとその上にファンを固定して接続することを忘れないでください。これですべての準備が整いました。確認するには、トラブルシューティングシステムでプロセッサテストを数時間「実行」し、障害が見つからなければ、落ち着いて作業できます。

著者: I. コルズニコフ、エカテリンブルグ

他の記事も見る セクションコンピューター.

読み書き 有用なこの記事へのコメント.

<<戻る

科学技術の最新ニュース、新しい電子機器：

交通騒音がヒナの成長を遅らせる 06.05.2024

現代の都市で私たちを取り囲む音は、ますます突き刺さるようになっています。しかし、この騒音が動物界、特に卵から孵化していないひよこのような繊細な生き物にどのような影響を与えるかを考える人はほとんどいません。最近の研究はこの問題に光を当てており、彼らの発達と生存に深刻な影響を与えることを示しています。科学者らは、シマウマダイヤモンドバックのヒナが交通騒音にさらされると、発育に深刻な混乱を引き起こす可能性があることを発見しました。実験によると、騒音公害によって孵化が大幅に遅れる可能性があり、孵化した雛は健康増進に関わる多くの問題に直面している。研究者らはまた、騒音公害の悪影響が成鳥にも及ぶことを発見した。生殖の機会の減少と生殖能力の低下は、交通騒音が野生動物に長期的な影響を与えることを示しています。研究結果はその必要性を浮き彫りにしている ... >>

ワイヤレススピーカー Samsung ミュージックフレーム HW-LS60D 06.05.2024

現代のオーディオ技術の世界では、メーカーは完璧な音質を追求するだけでなく、機能性と美しさを組み合わせるためにも努力しています。この方向への最新の革新的なステップの 60 つは、2024 World of Samsung イベントで発表された新しい Samsung Music Frame HW-LS60D ワイヤレススピーカーシステムです。 Samsung HW-LS6D は単なるスピーカーシステムではなく、フレームスタイルサウンドの芸術品です。 Dolby Atmos対応の5.2スピーカーシステムとスタイリッシュなフォトフレームデザインの組み合わせにより、インテリアに最適な製品です。新しい Samsung Music Frame は、あらゆる音量レベルでクリアな対話を実現するアダプティブオーディオや、豊かなオーディオを再生するための自動ルーム最適化などの高度なテクノロジーを備えています。 Spotify、Tidal Hi-Fi、Bluetooth XNUMX 接続のサポート、およびスマートアシスタントの統合により、このスピーカーはあなたのニーズを満たす準備ができています。 ... >>

光信号を制御および操作する新しい方法 05.05.2024

現代の科学技術は急速に発展しており、日々新しい手法や技術が登場し、さまざまな分野で新たな可能性を切り開いています。そのような革新の 1 つは、ドイツの科学者による光信号を制御する新しい方法の開発であり、これはフォトニクス分野での大きな進歩につながる可能性があります。最近の研究により、ドイツの科学者は石英ガラス導波管内に調整可能な波長板を作成することができました。液晶層の使用に基づくこの方法により、導波路を通過する光の偏光を効果的に変化させることができる。この技術的進歩により、大量のデータを処理できるコンパクトで効率的なフォトニックデバイスの開発に新たな展望が開かれます。新しい方法によって提供される偏光の電気光学制御は、新しいクラスの集積フォトニックデバイスの基礎を提供する可能性があります。これにより、次のような大きな機会が開かれます ... >>

アーカイブからのランダムなニュース

抗生物質耐性の発生 04.01.2017

細菌は、治療に抵抗する特別な因子を産生する十分な耐性細胞が周囲にある場合、抗生物質による治療を生き残ることができます. これは、微生物環境が抗生物質にどのように抵抗できるかについての新しい見方です。

この研究は、スローモーション顕微鏡を使用して実施され、コンピューターシミュレーションとマウスでテストされました。フローニンゲン大学の微生物学者であるロビン・ソーグ氏は声明で、「マウスを使って、抗生物質に感受性のある肺炎連鎖球菌はクロラムフェニコール処理で殺されず、動物は耐性菌に感染していることがわかった」と述べた.

これは、耐性遺伝子が導入されていることを示していました。さらに、得られたデータは、抗生物質感受性細菌が抗生物質治療によって助けられていない患者から発生することがあるという臨床実践から知られている事実によって確認されています. なぜこれが起こっているのかは明らかです。

感受性細菌は耐性菌の存在下でも生き残ることができ、最終的にそれらを締め出すことができることが判明しました. 「抗生物質の使用が耐性の選択に関与することはわかっています。しかし、このプロセスと、なぜ抗生物質耐性がこれほど急速に発達するのかを完全には理解していません。単一細胞研究は、これらの問題を明らかにするのに役立ちます」と Sorg 氏は述べた。

論文の著者によると、肝心なのは、抗生物質の影響を受けやすい細胞は成長を止めるだけで、死なないということです。多くの抗生物質は、細胞分裂または活発に細胞を代謝するメカニズムを使用しています。これらの細胞には、環境から耐性遺伝子を取り込む時間があります。 Sorg は、個別化医療が使用される場合、抗生物質を処方する前に、患者に耐性があるが非病原性の微生物が存在するかどうかを確認する必要があると考えています。そのような微生物は、病原体を伝染させるリスクを高めます。

その他の興味深いニュース:

▪ 子供たちは復讐が大好きです。

▪ 蚊の鳴き声

▪ ブラックホールを介したデータ伝送

▪ ナノ粒子を含むコンクリートは空気をきれいにします

▪ 新しいユニークなタイプのマグネット

科学技術、新しいエレクトロニクスのニュースフィード

無料の技術ライブラリの興味深い資料:

▪ サイトのRFパワーアンプのセクション。記事の選択

▪ 記事「死の商人」。人気の表現

▪ 記事なぜクジラは哺乳類とみなされますか? 詳細な回答

▪ 記事 Periscope で全方位の視認性を実現。子ども科学実験室