Зашто се перформансе чипова погоршавају са порастом температуре
Прегријавање чипа може узроковати многе проблеме. Прво, високе температуре могу изазвати термичко ширење електронских компоненти унутар чипа, што може променити растојање између електронских компоненти и довести до проблема у преносу сигнала. Друго, превисока температура такође може повећати отпор електронских компоненти унутар чипа, ометати пренос струје и утицати на нормалан рад чипа. Поред тога, прегревање чипа такође може изазвати жарење или деградацију електронских компоненти оксидацијом, што додатно оштећује перформансе чипа. Дакле, веома је важно одржавати температуру чипа у безбедном опсегу.
На перформансе чипова утиче температура и опада, углавном због смањења покретљивости електрона узрокованих високом температуром, повећаном унутрашњом буком уређаја и оштећењем микроструктуре и поузданости узрокованим термичким ширењем. На пример, смањење покретљивости електрона може успорити кретање електрона у чипу, што директно смањује брзину преноса сигнала и на тај начин утиче на способност чипа да обрађује податке. Приликом пројектовања чипова, узет је у обзир наведени опсег радне температуре, а прекорачење овог опсега може довести до значајног смањења перформанси обраде.
У условима високе температуре, вибрације решетке се повећавају, што доводи до смањења интеракције између електрона и решетке, успоравајући покретљивост електрона и снижавајући покретљивост. Ово може довести до спорије брзине преноса сигнала, што утиче на брзину процесора и рачунарску снагу. Смањење покретљивости електрона је посебно значајно током високофреквентних операција. Брзина пребацивања транзистора у чипу је ограничена и не може да достигне очекивану фреквенцију, што доводи до смањене способности обраде. Резултат је да приликом обраде велике количине података или довршавања сложених рачунарских задатака, време одзива чипа постаје дуже и ефикасност обраде се смањује.
Када чип ради на високим температурама, термални шум ће се значајно повећати. Термални шум настаје насумичним кретањем носилаца наелектрисања побуђених топлотном енергијом, што може изазвати изобличење и сметње сигнала, смањујући тачност и стабилност сигнала. Повећан шум не само да омета процес обраде сигнала, већ може довести и до грешке у подацима, чиме се смањује ефикасност и тачност процесора. У апликацијама где је потребна висока прецизност за пренос података и обраду сигнала, контрола температуре је посебно важна.
Високе температуре такође могу убрзати процес старења материјала у чиповима, утичући на њихову дугорочну поузданост. На пример, оксид гејта транзистора може да произведе више дефеката услед високих температура, смањујући његове изолационе карактеристике и изазивајући цурење или квар. Поред тога, термички стрес узрокован цикличним обрадом температурне разлике може убрзати старење транзистора, интерконектора и материјала за паковање, што несумњиво скраћује век трајања чипова. Поузданост чипова који раде континуирано на високим температурама значајно ће се смањити, стога су потребне строге мере управљања топлотом да би се одржале перформансе и продужио животни век.
Утицај температуре на перформансе чипа је вишеструк, и сваки аспект ће у одређеној мери смањити ефикасност и стабилност рада чипа. Систем управљања хлађењем и топлотом чипова је кључан за обезбеђивање високих перформанси и стабилног рада рачунарских уређаја. Због тога, приликом пројектовања рачунарских и електронских уређаја високих перформанси, морају бити укључена ефикасна термална решења како би се избегла деградација перформанси или чак оштећење уређаја узроковано прегревањем.
