改进了微处理器的冷却。方案、说明

改进了微处理器的冷却。无线电电子电气工程百科全书

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最近，“超频”微处理器的做法，即它们以高于制造商规定的时钟频率运行的做法已经变得普遍。这是基于处理器的大量技术能力储备，并且通常（如果主板芯片允许的话）是完全合理的。此外，快速处理器的成本比慢速处理器高得多。然而，提高时钟频率的主要障碍之一是处理器不可避免的过热，这需要更好的散热。

首先我们要弄清楚为什么微处理器的温度会随着时钟频率的增加而增加，以及这会带来什么麻烦。

处理器从电源消耗并以热量形式耗散到周围空间的功率由两部分组成：静态和动态。功率的静态部分由处于稳定位置的逻辑元件消耗。在一般情况下，它取决于元素的状态（逻辑 0 或 1），但由于处理器中有数百万个元素，因此它平均保持不变。

动态功率用于将逻辑元件从一种状态转移到另一种状态。此时，形成元件的晶体管打开和关闭，结和连接电路的电容被再充电，并且发生其他过程，导致功耗短期增加。可以假设每次切换都会消耗一定部分的电能。元件开关的频率越高，单位时间消耗的此类部分就越多，并且消耗的功率也就越多。

必须指出的是，不同类型的逻辑元件的动态功率和静态功率的比率是不一样的。例如，当今最快的 ECL（发射极耦合逻辑）元件实际上没有动态组件，并且它们消耗的功率几乎与频率无关。相反，CMOS 结构的元件在静态模式下几乎不消耗能量。所有功耗都是动态的并且与开关频率成正比。其他类型的逻辑占据中间位置。任何LSI，包括微处理器，都包含许多元件，有时是不同类型的，释放的热能量总是在某种程度上取决于工作（时钟）频率，并随着其增加而增加。

众所周知，发热系统的过热，即其表面与环境之间的温差，与耗散功率成正比。微处理器开发商和制造商将此视为确定最大允许时钟频率的因素之一。随着时钟频率的提高，微处理器的温度将不可避免地升高。即使我们忽略了微不足道的“燃烧”——微电路的完全故障，过热也会导致非常不愉快的后果。

随着温度升高，逻辑元件的抗噪声特性会恶化。这是因为开路晶体管的电阻增加，而闭合晶体管的电阻减少。结果，逻辑1和0的电平接近，常温下的幅度不足以切换元件的干扰变得危险。已经证明，存在一定的临界温度，高于该温度，尽管元件继续工作，但失效概率急剧增加（例如，从 10-15 h-1 量级到 10-7 h-1 的值）。对于包含 7,5 万个晶体管的奔腾 II 处理器来说，这意味着几乎每小时都会发生故障。

失败有时会被忽视，例如仅破坏计算结果的一位数字。在更危险的情况下，它会导致控制计算机向被管理对象发出错误的命令。当故障破坏可执行程序中的跳转命令时，计算机通常会“挂起”，执行无意义的命令序列。挂起还与处理器负载最多的元件的热击穿有关。这种故障通常是可逆的，在关机状态下冷却后，计算机的性能就会恢复。

根据我的经验（我有一个超频到5 MHz的AMD 86x133/160），我可以说如果风扇被意外关闭，处理器在运行八小时后会“挂起”，但打开风扇后一切恢复正常。测量（使用传统温度计）显示，处理器在表面温度高于41°时开始挂起，在40°时正常工作。

因此，微处理器的过热会导致其运行故障的强度增加，甚至导致故障。当尝试将处理器超频到更高的时钟速度时，必须充分理解并考虑所有这些。主要结论是。有必要注意消除增加的热量并将处理器冷却到低于临界温度的温度。

为了冷却，使用散热器 - 具有足够大表面的金属板。不幸的是，散热器的效率并不与其面积成正比增加。通过用风扇吹散热片表面来增加它。必须说的是，现代计算机中使用的大多数处理器都设计为与吹制的散热器一起工作（它被称为“冷却器”，来自单词“cool”-“冷”），没有它就禁止运行它们。所以我们只能谈论提高这个设备的效率。

幸运的是（或不幸的是），有储备。由于表面不平整，标准散热器不能紧密地粘附在微处理器外壳上，它们之间有一层空气阻碍了热传递。层的热阻（所谓层边界温差与传输热功率之间的比例系数，以度/瓦为单位）可以通过使其变薄并填充导热良好的物质来降低。第一个是通过研磨接触表面来实现的，第二个是通过用特殊的膏剂润滑它们来实现。

为了实现目标，你必须付出一点努力。在平坦的表面上（最好拿一块玻璃），放上砂纸。用机油充分润湿并拉直，用砂纸打磨散热器表面。靠近处理器。这应该在没有压力的情况下以圆周运动的方式完成，不断地添加油并像这样转动零件。使热接触的整个表面被均匀地研磨。您需要从粗砂纸开始，逐渐过渡到更细的砂纸（直至“零”）。当表面变成均匀的哑光镜面时，即可停止研磨，进行导热膏处理。

KPT-8 糊剂有时会在市场上出售，但这种情况很少见，而且并非随处可见。如果没有它，你可以通过临时手段度过难关。在所有液体中，汞的热导率最高，但由于其蒸气有毒性、导电性和化学活性高，不宜使用。其次是水（导热率为 0,648 W/m rad.），但它具有导电性并且蒸发很快。在非干燥液体中，甘油的导热率最大（0,283 W/m rad.）。此外，它随着温度的升高而增加（对于其他液体，它会降低）。

取一些甘油，加入大约两倍体积的铝粉。充分研磨并搅拌该混合物，形成均匀、粘稠的银色糊状物。它应该粘住并涂抹，但保持其形状并且不会散开。这种糊剂不导电。但仍应避免沾到计算机节点和微电路引脚的板上。使用刷子在处理器和散热器的接触表面涂抹少量散热片。有些人天真地认为，由于糊状物具有导热性，因此尝试涂抹更多。应该涂得更厚。相反，越小越好。该层必须尽可能薄并均匀地覆盖两个表面，置换空气并填充所有不规则之处。

小心地将散热器放在处理器上，并稍微移动（重叠）它以排出间隙中的任何剩余空气和多余的焊膏。不要忘记固定散热器，将风扇固定在其上并连接。现在一切都准备好了。要进行检查，请在故障排除系统中“驱动”处理器测试几个小时，如果没有发现故障，您就可以平静地工作。

作者：I. Korznikov，叶卡捷琳堡

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