คอขวดของประสิทธิภาพ CPU

Intel กล่าวถึงในฟอรัมทางเทคนิคว่าเนื่องจากความล่าช้าในการได้รับวิธีแก้ปัญหาที่เหมาะสมต่อปัญหากระแสไฟรั่วและการกระจายความร้อนเมื่อความกว้างของเส้นถึงระดับนาโนเมตร จึงได้ละทิ้งการพัฒนา CPU ที่มีความถี่หลักสูงกว่าเป็นการชั่วคราวและหันไปพัฒนา ของซีพียูดูอัลคอร์หรือแม้กระทั่งมัลติคอร์ ถึงกระนั้น ปัญหาการกระจายความร้อนก็บรรเทาลงเพียงชั่วคราวเท่านั้น การเกิดความร้อนของ CPU ตัวเดียวจะยังคงเพิ่มขึ้น และการกระจายความร้อนจะเผชิญกับความท้าทายที่มากขึ้น

รูปที่ A เป็นแผนผังของการกระจายความร้อน ความร้อนถูกสร้างขึ้นจากดายของโปรเซสเซอร์และถูกส่งโดยตรงไปยังฮีตซิงก์ผ่านชั้นเชื่อมโลหะ ไม่มีวัสดุที่มีค่าการนำความร้อนต่ำอยู่ตรงกลางซึ่งช่วยปรับปรุงการนำความร้อนได้อย่างมาก รูป B เป็นไมโครกราฟออปติคัลของส่วนตัดขวางของ CPU แต่ละชั้นสัมผัสกันอย่างใกล้ชิดและลดความต้านทานความร้อน รูป C และ D เป็นรูปภาพของ CPU ที่เชื่อมโดยตรงกับฮีตซิงก์โน้ตบุ๊ก รูป e เป็นภาพการติดตั้งซีพียูแบบเชื่อมเข้ากับโน้ตบุ๊กเพื่อรันแอพพลิเคชั่นโดยตรง

เนื่องจากความไม่สมบูรณ์ของภูมิประเทศของพื้นผิว โดยทั่วไปจึงใช้วัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อน (TIM1) เพื่อลดความต้านทานการสัมผัสระหว่างแม่พิมพ์ซิลิกอนและฝาปิด เพื่อเติมเต็มช่องว่างระหว่างพื้นผิวที่ไม่สมบูรณ์ทั้งสอง ภายใต้การขยายภาพสูง แม้แต่พื้นผิวที่ขัดมันก็ยังแสดงความหยาบของพื้นผิวเพียงพอสำหรับการหยุดชะงักของการไหลของความร้อนผ่านหน้าสัมผัส

   วัสดุที่ใช้โพลิเมอร์มักใช้เป็น TIM1 สำหรับการนำความร้อนผ่านส่วนต่อประสาน พอลิเมอร์ TIM ประกอบด้วยอนุภาคสารตัวนำไฟฟ้าในพอลิเมอร์เมทริกซ์ เนื่องจากโพลิเมอร์เมทริกซ์ส่วนใหญ่มีค่าการนำความร้อนต่ำมาก การนำความร้อนส่วนใหญ่เกิดจากการสัมผัสใกล้ชิดระหว่างอนุภาคของสารตัวเติม ดังนั้นจึงเป็นเรื่องง่ายที่จะเข้าใจว่าทำไมโลหะ 100 เปอร์เซ็นต์หรือโลหะบัดกรี TIM จึงมีค่าการนำความร้อนสูงกว่า TIM ที่เป็นโพลิเมอร์มาก .

 เรานำเสนอโครงสร้างการระบายความร้อนแบบผสานการเชื่อมที่รวมฮีตซิงก์และดาย CPU ซิลิคอนแบบผลึกเดี่ยว ซึ่งผลิตขึ้นโดยต้องการการชุบโลหะ CPU ในอุณหภูมิห้องต่ำก่อน แล้วจึงเชื่อมเข้ากับฮีตซิงก์ในภายหลัง

ชั้นต้องดูดซับความเครียดที่เกิดจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ที่ไม่ตรงกันของแม่พิมพ์ ซับสเตรต และฮีตซิงก์ในตัวระหว่างวงจรอุณหภูมิ รูป a และ b คือโครงสร้างจุลภาคของพื้นผิวการเคลือบโลหะ รูป c คือหน้าตัดระหว่างแม่พิมพ์ซิลิกอนและชั้นการเคลือบโลหะ โครงสร้างที่มีรูพรุนอาจปล่อยความเครียดทางความร้อนระหว่างการหมุนเวียนของอุณหภูมิ

เห็นได้จากความต้องการและความปรารถนาของฮีตซิงก์เชื่อมโดยตรงของซีพียูที่เทคโนโลยีนี้ได้รับฉันทามติในสังคมในระดับหนึ่งและกลายเป็นปัญหาเร่งด่วนที่ต้องแก้ไข