اختناق أداء وحدة المعالجة المركزية

ذكرت إنتل في منتداها التقني أنه بسبب التأخير في الحصول على حل مناسب لمشكلات تيار التسرب وتبديد الحرارة عندما يصل عرض الخط إلى مقياس نانومتر ، فقد تخلت مؤقتًا عن تطوير وحدات المعالجة المركزية ذات التردد الرئيسي الأعلى وتحولت إلى التطوير من وحدات المعالجة المركزية ثنائية النواة أو حتى متعددة النواة. ومع ذلك ، يتم تخفيف مشكلة تبديد الحرارة مؤقتًا فقط ، وسيستمر توليد الحرارة لوحدة معالجة مركزية واحدة في الزيادة ، وسيواجه تبديد الحرارة تحديات أكبر.

الشكل أ هو رسم تخطيطي لتبديد الحرارة. تتولد الحرارة عن طريق قالب المعالج وتنتقل مباشرة إلى المشتت الحراري من خلال طبقة لحام الطبقة المعدنية. لا توجد مادة توصيل حراري منخفضة في الوسط ، مما يحسن التوصيل الحراري بشكل كبير. الشكل ب هو صورة مجهرية بصرية للمقطع العرضي لوحدة المعالجة المركزية. كل طبقة على اتصال وثيق وتقلل من المقاومة الحرارية. الشكل C و D عبارة عن صور لوحدة المعالجة المركزية ملحومة مباشرة بالمشتت الحراري للكمبيوتر الدفتري. الشكل هـ عبارة عن صورة لتركيب وحدة المعالجة المركزية الملحومة في الكمبيوتر المحمول لتشغيل التطبيق مباشرة.

نظرًا للعيوب في طبوغرافيا السطح ، تُستخدم مادة الواجهة الحرارية (TIM1) عادةً لتقليل مقاومة التلامس بين قالب السيليكون والغطاء ، لملء الفجوات بين السطحين غير الكاملين. تحت التكبير العالي ، حتى الأسطح المصقولة تظهر خشونة سطحية كافية لتعطيل تدفق الحرارة عبر واجهات الاتصال.

   تُستخدم المواد القائمة على البوليمر بشكل شائع مثل TIM1 للتوصيل الحراري عبر الواجهة. يتكون البوليمر TIM من جزيئات حشو موصلة في مصفوفة بوليمر. نظرًا لأن معظم مصفوفة البوليمر لديها توصيل حراري ضعيف للغاية ، فإن التوصيل الحراري يتم بشكل أساسي من خلال الاتصال الحميم بين جزيئات الحشو ، لذلك ، من السهل فهم سبب وجود 100 بالمائة من المعدن أو اللحام TIM له موصلية حرارية أعلى بكثير من قاعدة البوليمر TIM .

 نقدم هيكل تبريد متكامل اللحام يجمع بين المشتت الحراري وقالب وحدة المعالجة المركزية من السيليكون أحادي البلورية ، والذي يتم إنتاجه مع الحاجة إلى تعدين وحدة المعالجة المركزية في درجة حرارة الغرفة المنخفضة أولاً واللحام في المشتت الحراري لاحقًا.

يجب أن تمتص الطبقة الإجهاد الناتج عن عدم تطابق معاملات التمدد الحراري (CTE) للقالب والركيزة والمشتت الحراري المتكامل أثناء دورة درجة الحرارة. الشكل (أ) و (ب) عبارة عن بنية مجهرية لسطح المعدن ، والشكل ج هو المقطع العرضي بين قالب السيليكون وطبقة المعدن ، وقد يطلق الهيكل المسامي الإجهاد الحراري أثناء دورة درجة الحرارة.

يمكن أن نرى من الطلب والرغبة في المشتت الحراري للحام المباشر لوحدة المعالجة المركزية أن هذه التقنية قد وصلت إلى إجماع في المجتمع إلى حد معين وأصبحت مشكلة ملحة يجب حلها.