İşlemcilerdeki ısı dağılımı ve ilgili ısı akışları hakkında. Bölüm 2

Bir önceki bölümde bahsettiğim makale (neredeyse) asılsız bir şekilde, Ryzen ve Skylake için ısıtılan alanlardan gelen ısı akışlarının aynı olduğunu iddia etmek. Şimdi sayıları ayıralım:

Zen: 44 mm2 (16 mm2 – L3 $, 6 mm2 – L2 $) ~ 22 metrekare mm.

Skylake: 49 mm2 (19,1 mm2 – L3 $, 4 mm2 – L2 $) ~ 26 metrekare mm.

Genel olarak, ALU’lar daha da küçük bir alanı kaplar – belirtilen alanın yaklaşık yarısı, yani. 11 ve 13 metrekare mm. (Bu, aynı Wikichip’teki şematik görüntülerin incelenmesinden anlaşılabilir), ancak işleri karmaşıklaştırmamak ve oranların her iki kristal için de aynı olduğunu varsaymak daha iyidir, çünkü işlevsel blokları, EU AVX vektörü dışında temelde aynıdır – Ryzen’de çok daha az sayıda vardır (belki de çekirdek alanlardaki farklılığın nedenlerinden biri budur).

Sonuç: “sıcak bölgeler” alanı, her iki kristal için (bir çekirdek açısından) yaklaşık olarak aynıdır.

Bölüm 1’in tartışılması sırasında, k2viper ve plcfan bana akıl yürütmemde bir kusura dikkat çekti – İşlemcideki metal katmanların işlemci kapağına dönük olduğunu varsaydım, ancak ortaya çıktığı gibi, bu katmanlar CPU PCB’sine daha yakın. Bu nedenle, ısı kaynakları ve lehim/termal macun arasında, kalınlığı 0,5 mm civarında olan (hasarlı) tek kristal silikondan ek bir katman bulunur. Metalizasyon katmanlarının kendileri son derece incedir (videoya bakın)

[Выражаю благодарность вышеозначенным камрадам, хотя второй со мной не разговаривает, лол]

Şimdi işlemci birimlerinden ısı dağıtıcıya gelen ısı akışlarını düşünelim: bunlar iki bileşene ayrılabilir – sıcak alanlardan ve şartlı olarak soğuk alanlardan. Soğuk olanlar, çemberli önbelleklerdir. Isıtmaları, ısıtılmış bölgelerden tek bir kristalde kendi ısı salınımı ve düzlemsel ısı transferinden oluşur. Belirli bir süre sonra (sabit bir yük varsayılarak), soğuk bölgeler sabit bir rejime ulaşır – düzlemsel ısı akışı, işlemci kapağına dik bir akışla dengelenir.

Isının başlangıçta bir monokristalden (herhangi bir aktif element içermeyen “ölü” katmanlar, silikon) geçtiği göz önüne alındığında, ısı akışının eşit olarak dağıtılmış kristal alanı ve yazarın ısı kaynakları hakkında ALU şeklinde verdiği tüm düşüncelerin pratik bir anlamı yoktur. Ancak pratikte, sonuçlar değişmez.

Özellikle bu kısım için yuvarlak bir ısı kaynağı şeklinde basit bir model oluşturdum (basitlik için):

Model Açıklaması

Isı dağılımı 5,4 metrekare ALU alanı başına 37,5 watt. mm (bir çekirdek). –> Isı akışı = metrekare başına 7 Megawatt. İhmal edilebilir kalınlığı nedeniyle ısı kaynağı, basitçe bir ısı akışı olarak modellenmiştir. Sekiz çekirdek durumunda bu, aşırı bir durum olan 300 watt ısı dağılımına karşılık gelir.

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 3 mm’dir (385 W/m-K). Yan yüzler termal olarak yalıtılmıştır (ısı akısı sıfırdır). Üst kenar – işlemci kapağı soğutucu tabanla temas halindedir, çok güçlü bir soğutucuya izin vermek, sıcaklık 30C’de sabitlendi. Lehim ile kapak arasındaki ve ayrıca kristal ile lehim arasındaki arayüzün termal direnci ihmal edilir – ideal termal temas.

Model eksenel simetrik ve durağandır – biz geçici olaylarla ilgilenmiyoruz.

1) Belirtilen parametreler için hesaplama (maksimum sıcaklık 380 K = 107 C)

2) Şimdi ısı transferinde yer alan tek kristalin alanını 10 metrekareye indirelim. mm (toplam alan = 5,4 sq.mm + 10 sq.mm ~ 16 sq.mm) çoğunu fiziksel olarak kaldırarak.

En yüksek sıcaklık 2 derece yükseldi. İzotermler genellikle ısı akışı yoğunluğunda bir artış gösterir, ancak çok fazla değildir.

Buradan şu sonuç çıkar: ALU’nun etrafındaki sadece küçük bir alan ısı transferinde ana rolü oynar.

3) Varsayımsal durum – ısı kaynaklarının düzgün dağılımı. ALU blokları, önbellekler ve diğer bağlamalar arasında eşit aralıklarla yerleştirilmiştir.

Ortaya çıkan ısı akışı = metrekare başına 300 kW.

Sıcaklıklar çok düşük.

Sonuç: kristalin kendi boyutu ölçeklerde büyük bir rol oynamaz – 100 metrekareden fazla. mm. Ana faktör, ALU bloklarının yoğunluğu ve dinamik güçtür.

Model, elbette, işleri basitleştirir:

1. Komşu çekirdekler ve diğer kaynaklar pek dikkate alınmaz (bunların tek rolü düzlemsel ısı akışını bastırarak “termal izolasyon”dur);

2. Temas direncinin ihmal edilmesi, sıcaklığın eksik tahmin edilmesine yol açar;

3. Çekirdek eylemde Meydanyuvarlak değil.

4. Belki de asıl sadeleştirme soğutucudur güçlü – Tabanın sıcaklığını 20C oda sıcaklığında 30C tutar.

Genel olarak, sonlu eleman modellemesi ilginç bir kıyaslamadır – işlemci ve RAM arasında (büyük) matrisleri taşıma ihtiyacı nedeniyle, bellek bant genişliğinde bir darboğaz meydana gelebilir. Örneğin, benim işimde, 2933 MHz bellekli TR 1920X ve 1950X arasındaki farkı fark etmek zor ama aynı zamanda bu iki işlemci, 3200 MHz bellekli 2700X’i duvara yayarak ~%60 daha iyi performans gösteriyor.

Önbellekler de rol oynuyor – Hazwell bellek bant genişliğini ~%100 artırdı, bunun sonucunda Ivy Bridge’i ~%30-40 oranında atlamaya başladı.

#### Ek bir not – tüm analiz, bellek denetleyicisinin konumunu hesaba katmaz, ancak, onlar söylüyor, artan bellek frekansları nedeniyle çok fazla tüketmeye başladı.

İsteyenler için bir .mph dosyası gönderebilirim. Siz de ilgilendiğiniz parametrelerle hesaplamayı gerçekleştirebilirsiniz.

Örneğin:

[Есть АПУ i5-4200M, под стресс-нагрузкой он дает 94 градуса у х86 и 40 градусов у GPU, при комнатной температуре в 25 градусов, площадь кристалла 187 кв. мм.]. Grafiklerin kullanılmadığını dikkate alırsak, düzlemsel ısı akışı nedeniyle ısınma meydana gelir.

İlginiz için teşekkür ederiz.

PS Part 1 beklenmedik bir şekilde çok sıcak bir karşılama aldı. Teşekkürler!

PPS Bir sonraki bölümde AVX ve çekirdekler arasındaki eşit olmayan sıcaklık dağılımı konusunda spekülasyon yapmaya çalışacağım.

Similar Posts

Leave a Reply

Your email address will not be published.