Нормальная температура процессора

От чего зависит температура компьютерной электроники

Современные чипы изготавливают по так называемой CMOS-технологии и ей родственных. Это предполагает максимальное использование полевых транзисторов. Схемы на основе этого отличаются исключительно малым энергопотреблением, но только в состоянии покоя: транзистор открыт или закрыт. Чем выше частота переключения, тем выше потребляемая мощность схемы. Основная часть этой энергии расходуется на перезарядку паразитных емкостей, в том числе, и емкостей затворов, управляемых каждым отдельным транзистором. А из-за очень плотной упаковки транзисторов на кристаллах современных чипов, несмотря на принимаемые меры, все же рассеивается значительная тепловая мощность. Максимальная температура, которую способны выдержать ненадолго кристаллы, доступных нам в домашнем и офисном пользовании, около 125°C.

Особенности процессоров

Процессор является наиболее быстродействующей частью общей схемы компьютера. При тактовой частоте в несколько ГГц, и при пониженном напряжении питания (1.8 В вместо 5.0 прежних), ток к нему приходится подводить по нескольким отдельным цепям, называемым “фазами”. Несмотря на это, приходится принимать меры к интенсивному охлаждению процессорного кристалла кулером. Это происходит еще и потому, что стремясь как можно более повысить скорость работы процессора, его максимально плотно компонуют, чтобы сократить время на распространение сигналов в нем. Больше плотность схемы – выше ее нагрев. Так что, здесь конкурируют разные технические соображения, пытаясь достичь компромисса между производительностью и приемлемой температурой кристалла.

Чтобы представить, что происходит в процессоре с температурой, достаточно сравнить удельные мощности рассеяния процессорного кристалла и сковородки. Процессор: рассеивается 60-80 Вт на 1.5х1.5 см кристалле кремния. Сковородка: рассеивается 1500 Вт на площади круга с диаметром 30-35 см. Несложные подсчеты дают соответственно: 30 Вт/см.кв и 1.75 Вт/см.кв. Следовательно, процессор должен быть горячее сковородки в 17 раз. Тем не менее, сковородка разогревается примерно до 180°C, а на кристалле процессора около 45 градусов. Это происходит только благодаря эффективной системе охлаждения.

Рабочая и нормальная температура процессора

В идеальном случае, она не должна отличаться от окружающей среды. Но, поскольку для полупроводниковой технологии это невозможно, то должен быть разумный компромисс между требуемой производительностью и нагревом CPU. Дело в том, что при повышенных температурах увеличивается вероятность появления т.н. дислокаций (очень грубо говоря, “трещин”) в кристаллах полупроводников. Это не обязательно означает немедленный выход полупроводникового прибора из строя, но снижаются его параметры; в цифровой технике это приводит к частым ошибкам на уровне отдельных бит. В китайском будильнике такое явление приведет к его полной бесполезности, а в компьютерах, благодаря их аппаратным и программным совершенствам, это приводит лишь к сбоям, но с сохранением общей работоспособности. Однако, и сам факт сбоев вряд ли обрадует владельцев таких компьютеров.

Каждая микросхема, в том числе и процессор, имеет свои паспортные данные, но большинство чипов равного исполнения имеют приблизительно одинаковые температуры. Один и тот же чип может быть изготовлен из материала трех видов, о чем абзац ниже.

Весь кремний делится на три категории по степени очистки: военный, промышленный (“профессиональный”), ширпотребный. Самое высокое качество и живучесть имеют микросхемы из военного кремния (при соответственно заоблачных ценах), затем следует категория микросхем промышленного (“профессионального”) исполнения. Вот к ним и относятся все процессоры, ибо процессоров, сделанных из кремния для ширпотреба, не выпускают. (Пользователи сами могут довести их до такого жалкого состояния частым перегревом.) Что касается процессоров в военном исполнении, то их цена сопоставима с ценой легкового автомобиля, и купить их “для гражданки” совершенно невозможно.

Если говорить конкретно, то оптимальная температура процессора в индустриальном исполнении (для дома и офиса), при исправно работающей системе охлаждения, лежит в диапазоне +35...+45°C при нагрузке на процессор 100%, когда ядра процессора работают с полной нагрузкой. При простое ещё меньше. Это значит, мы имеем нормальную комнатную температуру, отлично работающую систему охлаждения, возможно даже, чуть жертвуя тишиной. Это делает процессор практически вечным (до морального старения). +55...+70°C – это еще терпимый нагрев, а более 70 градусов означает, что мы уже начинаем эксплуатировать процессор на износ. +100°C считается критической температурой, тут процессор может превратиться в брелок для ключей в течение нескольких минут. Ведь мы имеем в виду среднюю температуру кристалла, а локально какой-то участок может перегреться и до >130 градусов (!) и тогда, точно, камню конец.

Снизить перегрев в некоторых случаях поможет замена термопасты. Каким образом правильно её заменить читайте в статье замена термопасты на процессоре и на видеокарте компьютера

Выводы

Совершенно неважно, используете ли вы процессоры amd64, core i3, core i5 или core i7, или еще какие-либо, оптимальная и допустимая (повышенная, критическая) температура процессора зависит только от чистоты кремния, использованного для кристалла, и технологии, а это указывается особой маркировкой. Например, процессор Intel Сore i7-5960X требует TDP (мощность теплоотвода) 140 Вт, а Intel Core i7-4785T всего 35 Вт. Оба изготовлены по одинаковому техпроцессу (Haswell, 22 нм).

Обеспечьте устройству чистоту и отсутствие пыли, нормальную работу вентиляторов и доступ воздуха, не перегружайте процессор без необходимости, не допускайте перегрева, поддерживайте нормальную температуру окружающей среды и процессор будет служить до самой пенсии.