CPU パフォーマンスのボトルネック

Intelは技術フォーラムで、線幅がナノメートルスケールに達すると、リーク電流と熱放散の問題に対する適切な解決策を得るのが遅れるため、より高いメイン周波数のCPUの開発を一時的に放棄し、開発に転向したと述べましたデュアルコアまたはマルチコア CPU の。 それでも、熱放散の問題は一時的に緩和されるだけであり、単一の CPU の熱生成は増加し続け、熱放散はより大きな課題に直面するでしょう。

図Aは放熱の模式図です。 熱はプロセッサのダイによって生成され、金属層の溶接層を介してヒートシンクに直接伝達されます。 中間に熱伝導率の低い素材がないため、熱伝導率が大幅に向上します。 図BはCPU断面の光学顕微鏡写真です。 各層が密着し、熱抵抗を低減します。 図 C と D は、ノートブックのヒートシンクに直接溶接された CPU の写真です。 図 e は、アプリケーションを直接実行するために、溶接された CPU をノートブックに取り付けた写真です。

表面トポグラフィーの不完全性のため、熱界面材料 (TIM1) は通常、シリコン ダイと蓋の間の接触抵抗を減らし、2 つの不完全な表面の間のギャップを埋めるために使用されます。 高倍率下では、研磨された表面でさえ、接触界面を横切る熱流を乱すのに十分な表面粗さを示します。

   ポリマーベースの材料は、一般に、界面全体の熱伝導のために TIM1 として使用されます。 ポリマー TIM は、ポリマー マトリックス内の導電性フィラー粒子で構成されます。 ほとんどのポリマー マトリックスは熱伝導率が非常に低いため、熱伝導は主にフィラー粒子間の密接な接触によって行われます。したがって、100% 金属またははんだ TIM の熱伝導率がポリマー ベースの TIM よりもはるかに高い理由は容易に理解できます。 .

 ヒートシンクと単結晶シリコン CPU ダイを組み合わせた溶接一体型冷却構造を提示します。この構造は、最初に低温の CPU メタライゼーションを必要とし、続いてヒートシンクに溶接する必要があります。

この層は、温度サイクル中のダイ、基板、および統合されたヒートシンクの熱膨張係数 (CTE) の不一致から生じる歪みを吸収する必要があります。 図 a と b はメタライゼーション表面の微細構造、図 c はシリコン ダイとメタライゼーション層の間の断面です。多孔質構造は、温度サイクル中に熱歪みを解放する可能性があります。

CPU直付けヒートシンクの需要と要望からも、この技術が社会的に一定の合意に達し、解決すべき喫緊の課題となっていることがうかがえます。