Введение
В последнее время гонка производительности настольных ПК поднялась на новый уровень. Растут тактовые частоты, вычислительные мощности, переход на многоядерную архитектуру и внедрение архитектуры х64 призвано поднять производительность ПК на новый уровень. Но существует обратная сторона медали. При увеличении тактовых частот соответствующим образом увеличивается тепловыделение электронных компонентов. Так как у электронных схем работоспособность обеспечивается при узком диапазоне температур, то увеличение тепловыделения не может происходить бесконечно. Для решения этой проблемы можно пойти несколькими путями: во-первых, внедрение новых процессорных архитектур, технологических процессов позволяет снизить тепловыделение, но при появлении старших процессоров семейства это преимущество теряется. Существует второй путь - усовершенствовать системы охлаждения процессоров. Именно в этом направлении сейчас идет большинство производителей процессоров. За последние несколько лет эволюция систем охлаждения прошла путь от радиаторов, которыми довольствовались процессоры Intel 80486 до современных систем охлаждения на основе тепловых трубок. В данном курсовом проекте рассмотрены общие принципы систем охлаждения, состав традиционных систем охлаждения. Также произведено сравнение различных систем охлаждения. Выявлены преимущества и недостатки основных современных систем, произведен их сравнительный анализ. В заключение рассматриваются современные перспективные технологии охлаждения, которые найдут место в процессорах следующего дня.
1 Негативное влияние нагрева и меры по его устранению
Нагрев кристалла интегральной схемы (ИС) в процессе ее функционирования - факт совершенно очевидный и неизбежный. Протекание тока в проводнике (полупроводнике) обязательно сопровождается выделением в нем тепловой мощности, и поскольку сам проводник (полупроводник) имеет вполне конечную теплопроводность, его температура оказывается выше температуры окружающей среды. Корпус микросхемы и различные внутренние защитные/изолирующие слои, которые, как правило, обладают меньшей теплопроводностью, чем проводниковые или полупроводниковые материалы, еще более усугубляют ситуацию, затрудняя теплоотвод от кристалла ИС и существенно увеличивая его температуру.
В принципе, очень высокие (или наоборот, экстремально низкие) температуры были бы совсем не страшны, если бы не четкая зависимость правильного и надежного функционирования транзисторов ИС и структуры их соединений от температурных условий. В результате рабочий температурный диапазон для "среднестатистической" ИС получается довольно узким - как правило, от -40 до 125°C. Ограничение снизу является следствием различия коэффициентов теплового расширения кремниевой подложки, изолирующих/защитных слоев, слоев металлизации и т.п. (при низких температурах возникают внутренние механические напряжения - термомеханический стресс, что оказывает влияние на электрофизические свойства ИС и может привести даже к физическому разрушению кристалла). Ограничение сверху обусловлено ухудшением частотных и электрических свойств транзисторов (уменьшение тока, понижение порогового напряжения и т.п.), а также возможностью возникновения необратимых пробойных явлений в обратносмещенных p-n-переходах. ............
