Heatspreader
Quando "tagliamo" una CPU a metà, si vede che il chip (die) è molto più piccolo del package completo, e che il die tocca solo una parte dell'heatspreader (il diffusore di calore). Il lavoro di questo componente è distribuire il calore proveniente dal die della CPU su un'area maggiore, in modo che il dissipatore possa raffreddarla.
La rappresentazione mette in luce due fatti poco noti: il primo è che i produttori di CPU riempiono il gap tra il die e l'heatspreader con materiale termoconduttivo. Mentre AMD, come anche Intel in passato, colma quel vuoto con un qualche tipo di saldatura, Intel usa un composto termico sulla maggior parte dei chip. Questo composto ha una resistenza termica maggiore, ma permette di risparmiare qualche soldo in sede produttiva. Questo spiega perché overcloccare le CPU Intel è diventato più difficile dall'introduzione dell'architettura Ivy Bridge.
Heatspreader, hot spot e conseguenze terribili
L'altra cosa che mostra il disegno è che date le differenti dimensioni del die della CPU e dell'heatspreader, ci sono alcune aree di quest'ultimo che saranno più fredde dell'area direttamente sopra il die.
L'area più calda è chiamata hot spot (punto caldo) perché è direttamente scaldata dal die che è al di sotto. Le due immagini che seguono illustrano che cos'è un punto caldo, anche se in realtà non è così semplice; i core della CPU potrebbero essere caricati in modo diverso, e c'è anche il problema della grafica integrata nel die - che può essere più o meno attiva dei core x86. Qui sotto vedete il die nel suo complesso e l'heatspreader al di sopra.
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In questo esempio, per via del processo produttivo le CPU Intel hanno punti caldi più piccoli di quelle AMD. È una cosa da tenere a mente quando scegliete un dissipatore. Dopotutto dovete anzitutto dissipare il calore dal punto caldo.
Benefici e svantaggi dei dissipatori DHT
I dissipatori per CPU con heatpipe piatte e visibili e che attraversano la base sono l'ultima moda - lo sono ormai da qualche anno. Permettono di risparmiare in sede di produzione, anche se i reparti marketing sono riusciti a rivendere il progetto ai consumatori come una caratteristica che migliora le prestazioni.
Ci sono però degli svantaggi: consideriamo un dissipatore con quattro heatpipe, come lo Xigmatek Achilles che vedete in sovraimpressione nell'immagine sotto. Le heatpipe più esterne mancano completamente il punto caldo, e persino quelle più interne coprono lo stretto punto caldo di una CPU Ivy Bridge solo parzialmente. Aggiungete al danno anche la beffa, la soluzione di raffreddamento di solito non può essere ruotata di 90 gradi.
Se potessimo ruotare il dissipatore potremmo migliorare la situazione. Le CPU di AMD solitamente non soffrono di quel problema per via dell'area del die più grande e l'orientamento della CPU; nella maggior parte dei casi tutte le heatpipe attraversano il punto caldo. Se volete un dissipatore DHT, consideratene uno con cinque heatpipe per una più moderna CPU Intel e provate a evitare i progetti con ampi spazi vuoti tra le heatpipe piatte che attraversano la base.
Sbagliando il dissipatore potete perdere più prestazioni termiche di quante la più costosa pasta termica ve ne faccia recuperare! Le notizie brutte però non finiscono qui. Diamo uno sguardo a quello che succede tra l'heatspreader e il dissipatore.
Superfici irregolari
Un microscopio mostra che le superfici di un heatspreader e di un heatsink non sono perfettamente lisce. Quello che sembra uniforme a occhio nudo è invece pieno di buchi e solchi.
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Premendo le due superfici una sull'altra, solo alcune parti del metallo si toccano tra loro; senza la pasta termica è l'aria a occupare quei vuoti. L'aria però è un cattivo conduttore di calore. È più un isolante, in realtà. Perciò senza pasta termica gran parte del lavoro ingegneristico dietro a heatspreader e dissipatori va perduto, in quanto il calore viene condotto solo dove le superfici sono in contatto.
Materiali che conducono calore in soccorso: paste e pad
L'aria che funge da isolante deve essere chiaramente "spostata" da un composto termico. Qualsiasi pasta termica, pad o metallo liquido condurrà il calore in modo meno efficace rispetto alle due superfici metalliche coinvolte.
Di conseguenza l'idea è che l'applicazione di queste soluzioni sia abbastanza sottile, così da non generare troppa resistenza termica. Allo stesso tempo lo spessore deve essere sufficiente per colmare le imperfezioni della superficie dell'heatspreader e del dissipatore.