İşlemcilerdeki ısı dağılımı ve ilgili ısı akışları hakkında. 3. Bölüm

Son bölümde birkaç soru, açıklama ve iddia aldım. Bu nedenle, önce bunu analiz edelim (zaten eski olduğu için son notta cevap vermedi).

1) Kamrad Anglesmith, benim anlayışımda ALU’nun ALU + FPU + tüm aktüatörler olduğunu açıkladı. Teşekkürler. Nedense her zaman tüm aktüatörlerin ALU’nun bir alt türü olduğunu düşündüm ama öyle olmadığı ortaya çıktı. (Aslında benim için bir sürü soruyu yanıtladığı ve bana zaman kazandırdığı için Anglesmith’e teşekkürler)

2) Ayrıca, işlemci çipindeki ana ısı kaynağının x86 yürütme birimi olduğu tezi sorgulandı, sonucun 2004 makalesine dayandığını gösteriyor.

Cevap: bu link örnek olarak verilmiştir, burada daha yeni bağlantı (2018). Makale son derece ilginç. TL isteyenler için; DR: APU A10-5700 alınır, üzerindeki kapak çıkarılır, ardından çıplak bir kristalin üzerine su bloğu yerleştirilir. Su bloğu basit değil – iki safir penceresi ve su yerine mineral yağı var – bir tür “Yağ Bloğu”. Bu durumda alt pencere kristal ile doğrudan temas halindedir, yağ iki pencere arasında akar. Bu şemanın avantajı, kızılötesi aralıktaki şeffaflığıdır – sıcak kristal esas olarak IR radyasyonu yayar. Bir kızılötesi kamera daha sonra kristalin yüzey sıcaklığını ölçer. Aşağıda bir kristal yüzey üzerindeki bir sıcaklık alanı örneği verilmiştir:

Sol yarı, x86 blokları üzerinde tek çekirdekli bir yük, üçüncü resim 4 çekirdekli bir x86 yükü, son resim ise heterojen bir CPU-GPU yükü. Üçüncü resimde, soğuk silikon bölgesine düzlemsel ısı transferinin sonucu görülebilir. Ya bu, şüpheli olan asimetrik bir yükün bir sonucudur.

Ve kristalin topolojisi:

Resimleri ve diyagramı karşılaştırdığımızda, ana ısıtmanın x86 çekirdeğinin küçük bir alanında veya tüm x86 bloğunda gerçekleştiğini görüyoruz.

Daha sonra, yazarlar karar verir. ters problem termal iletkenlik – eğer varsa doğrudan sorun Verilen ısı kaynakları üzerindeki sıcaklık dağılımını bulduğumuz için, ters problemi çözerken, belirli bir sıcaklık üzerindeki ısı kaynaklarının dağılımını buluruz. Sonuç olarak, her bir APU tarafından tahsis edilen gücü alırlar. Örneğin, CFD karşılaştırmasında (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği, FPU/vektör birimlerinin yoğun kullanımı, yüksek SSE/AVX kayıt doldurma oranı), aşağıdaki güç ve sıcaklık dağılımını alırlar (sadece sağ yarısı ile ilgileniyoruz):

3 GHz’de görebileceğiniz gibi, x86 modülleri CPU gücünün ~%50’sini, L2 önbelleklerini ~%11,5’ini, grafikleri – %17,8’ini, kalan bağlamanın ~%20’sini tüketir. GPU olmadan sadece CPU kısmını düşünürsek, x86’nın tükettiği (22.2/34.7) = %64, L2 önbellekleri – %14.1, kalan bağlamanın ~ %22 olduğunu elde ederiz.

Bu durumda x86 tüketiminin zayıflığı, paylaşılan FPU biriminden kaynaklanmaktadır – burada iki çekirdek için bir tanedir.

1.4 GHz’deki sonuçlar daha ilginç – statik tüketim miktarını tahmin etmemize izin veriyorlar – yani. frekansa bağlı olmayan veya zayıf bir şekilde ona ve voltaja bağlı olan tüketim.

Yukarıdaki hesaplamadan ve diğer bileşenler için artışın bir karşılaştırmasından, daha yüksek frekanslarda x86’nın önemli ölçüde daha büyük bir spesifik güç yüzdesi tüketeceği anlaşılabilir. Genel olarak, kanıt olmadan, her çekirdeğin kendi FPU’su varsa (bellek denetleyicisini overclock etmeden) x86’nın 4-4.2 GHz frekanslarında %80 – 85 tükettiği iddia edilir.

Sonuç: İşlemci çipindeki sıcak noktaların yürütme birimlerinin alanları olduğu (daha önce ALU olarak adlandırdığım) iddia edilebilir. Ana güç aynı yerde tahsis edilir. Çalıştırma cihazlarının küçük göreceli alanı dikkate alındığında, en kritik/en yüksek ısı akışları da bu alandan gözlemlenmelidir.

3) Furmanoff tezi

Tekrar ediyorum, ilk makalede yazdığım gibi, soğutucudaki son rol, kristalin alt tabaka ile temas alanı tarafından lehim topları aracılığıyla oynanmaz.

Oldukça şüpheli – iyi bir ısı akışı oluşturmak için ihtiyacınız var stok, mevcut örneğin soğutucu soğutucu gibi. Lehim topları için bu kadar iyi bir tahliye görmüyorum. Belki ısıtmanın ilk aşamalarında, her şey soğukken bu etkiler, ancak hastaneye girdikten sonra … zor.

4) Anglesmith, CPU kapağının yüzey sıcaklığı hakkında:

Ve saymak için daha gerçekçi koşullar altında ise? örneğin 50°C. Bu soğutucunun da ısı vermesi gerekiyor ve bu kadar küçük bir ortam sıcaklığı deltası ve soğutucu taban ile bu kolay değil.

Isı borularının örneğin 45-55 °C sıcaklıklarda çalıştığını da ekleyeceğim.

Alınan. Teşekkürler. Kapağın yüzeyi şimdi 50°C olacaktır.

30°C, çoğu durumda mevcut olmayan soğutma grubu için daha uygundur.

5) Denis

Açıklamam: Önbellekler de rol oynuyor – Haswell (Haswell olarak telaffuz edilir) bellek bant genişliğini ~%100 artırdı, bunun sonucunda Ivy Bridge’i ~%30-40 oranında atlamaya başladı.

Açıklamanız: Bu, pazarlamacıların hayallerindedir, Coffee Lake bile Ivy Bridge’i %15 oranında geçerse iyidir.

İfadenizin uygulaması nedir? Bu durumda, i5-4690 ve i5-3570 işlemcilerde iki FEM görevi yürüttüm. Aslında nesiller arası hız %30-40 arttı. 2014’e dönmüştü.

Telaffuz için teşekkürler, bileceğim.

6) Zystax, k2viper, coolio – ısı dağıtıcıdaki bakır kalınlığı hakkında:

Katılıyorum, kapak biraz kalın – şimdi 1 mm olacak. Teşekkürler.

7) coolio – fetişler hakkında

Hasarlı silikon fetişinde ne var? Elektronik devrelerin püskürtülmesi ona hiçbir şekilde zarar veremez. Kapağa da lehimleme, yoksa herkes onu terk ederdi.

Yarı iletken üretimi ile mi çalışıyorsunuz? alaycı değilim Profilim elektronik değil ama uzmanlık alanlarından biri de malzemelerin çeşitli darbelerden sonraki davranışları.

Gofretler kesildikten sonra silikon zarar görür – bu kusurlar tavlama ve asitleme ile kısmen giderilir. Daha sonra radyasyona ve termal gradyanlara maruz kalarak küçük ölçekte “yaralanır”. Amacı termal olmayan kusurlardan kurtulmak olan (dikkat!) Tavlama sırasında metallerin ve fotorezist kalıntılarının difüzyonu ve diğer teknolojik iyiliklerle resim tamamlanır. Metalizasyon katmanlarının altında yaklaşık 50 mikronluk bir alanda termal iletkenlik 50-70 W/m-K’ye kadar düşebilmektedir. Bu etkiyi hesaba katmak için silikonun (toplam silikon) termal iletkenliğini 120 W/m-K’ye düşürdüm. Kuşkusuz, Intel ve diğerlerinin işlem teknolojisi bu etkileri en aza indirecek şekilde tasarlanmıştır, ancak özellikle seri üretimde bunları tamamen yumuşatmak sorunludur.

Kusurların bu kadar güçlü bir etkisi, yüksek termal iletkenliğe sahip malzemeler için kendini gösterir – kafesteki küçük kusurlara duyarlı olan “uzun” fononların büyük bir rolü vardır.

8)_tonis

Ve bir sır değilse ne tür bir FEM’iniz var? Komsol? Ve hangi sürüm?

Genel olarak, bu görev sınıfında AMD Ryzen ile Intel Core karşılaştırmasına bakmak ilginç olurdu. Sonuçta, görünüşe göre, her iki tür sisteme de erişiminiz var. Kendi adıma, yeni satın alınmış bir i9-9900k, eski bir i7-3820 ve Tanrı beni bağışla, 8 çekirdekli bir FX ocak üzerinde test edebilirim.

Evet, Comsol, o o. Sürüm 5.4. Ama kullanmıyorum, sadece bir not için gerekliydi. Zamanın bir kısmında meslektaşlarım tarafından yazılan FEM kodlarını kullanıyorum. Zamanın bir kısmı, FEM değil.

Karşılaştırma ile ilgili olarak: Beni biraz su birikintisine koydunuz – Skylake için optimize edilmiş kodu aldık (FEM, bir elektromanyetik dalgaya maruz kaldığında altın mikro balonların davranışı yaklaşık yüz bin elementtir, ağ heterojendir, kısmen uyarlanabilir. zirvede tüketim ~ 11 GB’dir. 16 iş parçacığı için optimize edilmiştir Daha fazla iş parçacığı varsa, kod kendi başına fiziksel çekirdeklere oturur). Test sistemleri:

A – Core i7-5930K, RAM DDR4 – 2400, 4 kanal, 32 GB.

B – Core i7-5960X, RAM DDR4 – 2400, 4 kanal, 32 GB.

C – R7 2700X, RAM DDR4 – 3200, 2 kanal, 16 GB.

D – TR – 1920X, RAM DDR4 – 2933, 4 kanal, 32 GB.

E – TR – 1950X, RAM DDR4 – 2933, 4 kanal, 32 GB.

Tüm sistemler stokta, sadece RAM hız aşırtmalı. Hiçbir şey olduğu gibi düzenlenmemiştir.

Kurşun zamanı:

A~69 dakika; AVX kapalı – 80 dak;

B~69 dakika; AVX kapalı – 74 dak;

C~80 dakika; AVX kapalı – 83 dak;

D~41 dakika; AVX kapalı – 39 dak;

E~37 dakika; AVX kapalı – 34 dak.

İşin garibi, 6’ya 8 çekirdek – hiçbir fark yok. Ryzen, AVX’ten (LOL) hızlanır. 16 çekirdek AVX tarafından yavaşlatılır. Kesin bir yorum yapamam. belirsiz.

Ancak genel olarak “Ryzen Intel gibidir, ancak Ryzen” derler – Ryzen böyle bir Intel, sadece Ryzen.

Şimdi modeli yeniden hesaplıyoruz:

Model Açıklaması

Toplam ısı dağılımı – 200 watt. Bağlama için 40 watt, çekirdekler için 160 watt. 8 çekirdek.

5,4 metrekarelik çalıştırma cihazı alanı başına 20 watt’lık ısı dağılımı. mm (bir çekirdek). –>Isı akışı = metrekare başına 3,7 Megawatt. İhmal edilebilir kalınlığı nedeniyle ısı kaynağı, basitçe bir ısı akışı olarak modellenmiştir.

Alan 120 metrekarelik bir alana sahip ölü silikon ile çevrilidir. mm ve 450 mikron (0,45 mm) kalınlıktadır.

Termal arayüz – indiyum lehim (80 W / m-K), 1 mm kalınlığında. Bakır kapağın kalınlığı 1 mm’dir (385 W/m-K). Yan yüzler termal olarak yalıtılmıştır (ısı akısı sıfırdır). Üst kenar – işlemci kapağı, geleneksel bir soğutucu kullanarak soğutucunun tabanı ile temas halindedir, sıcaklık 50 ° C’dir. Lehim ile kapak arasındaki ve ayrıca kristal arasındaki arayüzün termal direncini ihmal ediyoruz. ve lehim – ideal termal temas.

Model eksenel simetrik ve durağandır – biz geçici olaylarla ilgilenmiyoruz.

1) Belirtilen parametreler için hesaplama. (Nükleer bölgenin maksimum sıcaklığı 358 K = 85 ° C)

Şimdi kristal yüzeydeki sıcaklık

Siyah çizgi “çekirdeğin” sınırıdır.

Ve kristalin yüzeyinden yayılan ısı akışı (lehimle sınırda).

Watt/m2 cinsinden akı.

2) Şimdi alanı 16 metrekareye indireceğiz. mm (5,4 “çekirdek” + 10 mm kare “ölü silikon”)

Yüzey sıcaklığı.

Ve kristalin yüzeyindeki ısı akışı.

Dikkat edin – kristalin kenarında, ısı akışı artar ve düşmez – ısı yalıtımlı duvardan radyal (düzlemsel) ısı akışının bir “yansıması” vardır.

Kısa sonuç: 14 nm işlem teknolojisindeki “geniş” x86 çekirdek, verimli ısı dağılımı için yaklaşık 10 mm2 kalıp gerektirir. 8 çekirdek için 80 mm2 verene artık gerek yok. (Lehim kullanıldığını varsayarak).

PS Önceki bölümde, işlemcideki çekirdek sıcaklıklarının heterojenliğinin bir analizi ve AVX konusunda spekülasyonlar vaat edildi. Ama biriken soruları cevaplamaya ve modeli geliştirmeye karar verdim. Söz verilen kısım 4. bölümde olacak.

Similar Posts

Leave a Reply

Your email address will not be published.