Publicação
Caracterização e análise térmica de um microprocessador de alta performance via método numérico.
| Resumo: | Este trabalho propõe uma análise térmica de um microprocessador de alta performance, a fim de avaliar a eficiência térmica de variadas configurações de construção física através de simulações computacionais em volumes finitos. Devido ao avanço da tecnologia, a quantidade de transistores acomodadas em um microchip dobra a cada 18 meses. Porém, a geração de calor também cresce constantemente, tornando-se um obstáculo a ser superado a fim de suprir a crescente demanda por processamento computacional. O estudo se baseou no microprocessador “Intel i5 3570K” e os modelos foram criados no software de desenho 3D SolidWorks da Dassault Systèmes S.A. Foram criados 5 modelos a partir da pesquisa acerca das configurações usuais dos microprocessadores e hipóteses de simplificação foram adotadas a fim de tornar possível a elaboração dos modelos. As simulações numéricas em volumes finitos foram realizadas no software Multiphysics da ANSYS, Inc., onde o problema de condução de calor foi aproximado. Para obter resultados mais abrangentes, variou-se os parâmetros para a resistência térmica de dissipador e a potência térmica de projeto (TDP). Foram analisadas as temperaturas máximas e mínimas atingidas no Die (núcleo), e a temperatura no centro geométrico da superfície superior do Difusor de Calor Integrado (IHS), tampa metálica que cobre o Die. Verificou-se que a diferença da solda de Índio com 0,2 mm de espessura para a pasta térmica Dow Corning TC-1996 com 0,025 mm de espessura foi de 1,9 e 2,5 ºC para a temperatura máxima no Die com TDP de 77 e 100 W, respectivamente, para resistências térmicas equivalentes do dissipador. Quantificou-se a importância de garantir uma espessura mínima para a pasta térmica, comparando espessuras de 0,025, 0,05 e 0,075 mm. Quanto à utilização do Die exposto, ficou clara a vantagem sobre as outras configurações. A temperatura máxima no Die foi de 9,7 a 11,9 ºC menor do que as observadas para a configuração mais usual de pasta térmica, com 0,025 mm de espessura, para a TDP de 77 W. Para 100 W, essa diferença aumentou para 12,6 a 15.5 ºC. Também se observou que a diferença entra as temperaturas máximas e mínimas foi menor nessa configuração, resultando em uma distribuição mais homogênea. |
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| Autores principais: | Schuh, Marcelo Ordakowski |
| Assunto: | Engenharia mecânica Microprocessor Thermal Interface Material Thermal Resistance Heat Sink |
| Ano: | 2018 |
| País: | Brasil |
| Tipo de documento: | trabalho de fim de curso |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | IBICT |
| Idioma: | português |
| Origem: | Oasisbr |
| Resumo: | Este trabalho propõe uma análise térmica de um microprocessador de alta performance, a fim de avaliar a eficiência térmica de variadas configurações de construção física através de simulações computacionais em volumes finitos. Devido ao avanço da tecnologia, a quantidade de transistores acomodadas em um microchip dobra a cada 18 meses. Porém, a geração de calor também cresce constantemente, tornando-se um obstáculo a ser superado a fim de suprir a crescente demanda por processamento computacional. O estudo se baseou no microprocessador “Intel i5 3570K” e os modelos foram criados no software de desenho 3D SolidWorks da Dassault Systèmes S.A. Foram criados 5 modelos a partir da pesquisa acerca das configurações usuais dos microprocessadores e hipóteses de simplificação foram adotadas a fim de tornar possível a elaboração dos modelos. As simulações numéricas em volumes finitos foram realizadas no software Multiphysics da ANSYS, Inc., onde o problema de condução de calor foi aproximado. Para obter resultados mais abrangentes, variou-se os parâmetros para a resistência térmica de dissipador e a potência térmica de projeto (TDP). Foram analisadas as temperaturas máximas e mínimas atingidas no Die (núcleo), e a temperatura no centro geométrico da superfície superior do Difusor de Calor Integrado (IHS), tampa metálica que cobre o Die. Verificou-se que a diferença da solda de Índio com 0,2 mm de espessura para a pasta térmica Dow Corning TC-1996 com 0,025 mm de espessura foi de 1,9 e 2,5 ºC para a temperatura máxima no Die com TDP de 77 e 100 W, respectivamente, para resistências térmicas equivalentes do dissipador. Quantificou-se a importância de garantir uma espessura mínima para a pasta térmica, comparando espessuras de 0,025, 0,05 e 0,075 mm. Quanto à utilização do Die exposto, ficou clara a vantagem sobre as outras configurações. A temperatura máxima no Die foi de 9,7 a 11,9 ºC menor do que as observadas para a configuração mais usual de pasta térmica, com 0,025 mm de espessura, para a TDP de 77 W. Para 100 W, essa diferença aumentou para 12,6 a 15.5 ºC. Também se observou que a diferença entra as temperaturas máximas e mínimas foi menor nessa configuração, resultando em uma distribuição mais homogênea. |
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Atividades financiadas
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