Je pájený rozvaděč tepla na CPU lepší než pasta? | Kapitola 2
Seznam kapitol
Když se objevily fotky rozlousknutého procesoru Skylake-X, začalo se debatovat o tom, že nemá pájený heatspreader, což v mnohých očích tento procesor deklasuje. Pojďme si říci, jak se to má s pájením CPU k heatspreaderu a proč je pasta někdy lepším (a často i jediným) řešením. S pastou totiž v zásadě není problém.
Struktura procesoru
Systém současných procesorů je postaven na pouzdře C4 (C4 je typ použitého křemíku), které vidíte na obrázku. Základem je PCB, neboli spodní (většinou zelený) substrát, ten je většinou laminátový a má několik funkcí. Zaprvé spojuje jádro procesoru (křemík) s paticí na desce, jelikož jádro je většinou tak malé, že by z něj vývody napřímo udělat nešly. AMD používá piny, Intel většinou plošky. Rozvádí tedy spoje do celé plochy PCB. Druhá věc je konfigurace čipu a jeho vlastností. I když jsou křemíková jádra stejná, každé je jiné co do vlastností. Každý čip potřebuje jiné napětí a konfiguraci. To se nastavuje právě diskrétními prvky na PCB, jejich kombinací se nastavují všechny úrovně napětí všech částí čipu. V minulosti se také takto stanovovaly frekvence a jiné, neelektrické vlastnosti čipů.
Následuje mezera, která je extrémně důležitá. PCB, křemíkové jádro i samotná pájka mezi jádrem a PCB mají různé hodnoty tepelné roztažnosti, mezerou je docílená určitá pružnost materiálu mezi křemíkem a PCB. Materiálem jsou malé kuličky pájky, které po rozehřátí spojí křemík s PCB. Broadwell-E a Skylake-X mají mezi PCB a jádrem ještě jedno menší PCB, tedy mají o ještě jednu stejnou vrstvu více.
Třetí vrstvou je pak samotné křemíkové jádro. Říkám křemíkové, jelikož to je nejpoužívanější materiál, ale není rozhodně jediný k výrobě čipů. V počítačových čipech se ale používá výhradně. Jádro samotné pak produkuje teplo, které je nutné odvést. K tomu slouží heatspreader, česky rozvaděč tepla (IHS). Mezi čipem a rozvaděčem tepla může být pevná pájka nebo teplovodivá pasta.
Na obrázku si také všimněte dvou černých plošek, které symbolizují silikonové lepidlo. Silikon je zde proto, že musí být pružný. Čip, pasta (pájka) i rozvaděč tepla totiž změnou teplot mění svůj tvar a rozměry, pokud by vše bylo pevně spojené, křemíkový čip by tlakem praskl.
Otázkou je, jak spojit křemík a měď tak, aby byl přenos tepla co nejefektivnější, když oba materiály jsou tak rozdílné. Existuje několik cest, ovšem máme také mnoho limitů a problémů. Tím největším je tepelný odpor a tepelná vodivost materiálu. Pájka totiž nemusí vždy znamenat tu nejefektivnější možnost. Navíc se časem její vlastnosti radikálně mění.
Komentáře naleznete na konci poslední kapitoly.
