Этот процесс также требуется для процессоров серии Skylake-X. Кроме того, вместо сварки (как это делалось в прошлом в моделях с TDP выше 100 Вт) теперь используется традиционная термопаста.
Вся правда о пайке или скальпирование CPU
С выходом четвертого поколения процессоров IntelCore под названием Haswell я заинтересовался IntelCore4770K. Мои надежды и мечты были велики, но все было омрачено перегревом, и я навсегда забыл о разгоне выше 4,1 ГГц. Вся ошибка заключалась в новом термоинтерфейсе между теплорассеивающей крышкой и чипом процессора. Почему же Intel использовала пластиковый термоинтерфейс вместо сварки?
Я уже писал о роли скальпирующих и теплоотводящих крышек на Intel 4770k, но только сейчас я могу точно сказать, почему Intel намеренно использовала более тонкие крышки, чем это было необходимо на протяжении многих лет. Этот вопрос занимал меня уже давно, и я начал более детально исследовать все элементы процессоров, начиная с серии Haswell. В то же время процессоры линеек Socket 2011 и 2011-3 спокойно использовались путем заваривания их под термодиффузионной крышкой.
Припой, как все выглядит.
В настоящее время процессоры производятся и имеют вид кремниевых чипов. Кремний является основным материалом для создания процессоров, поскольку он имеет кубическую кристаллическую решетку и может создавать целые слои на индивидуальном уровне. Поэтому после создания интегральной схемы поверх подложки помещается металлическая поверхность для соединения микросхемы с печатной платой, а сварка бисером обеспечивает надежное соединение с микросхемой. Сама матрица выделяет большое количество тепла относительно своих физических размеров и поэтому требует хорошего теплоотвода. В то же время возникает другая проблема, связанная с текстолитом сокета LGA, толщина которого составляет всего около 1,17 мм (процессоры Haswell), тогда как толщина текстолита процессоров Skylake составляет около 0,78 мм. Текстолит идеально соединяется с LGA-терминалами слота материнской платы. Основная проблема заключается в том, как соединить кремниевые чипы с медной крышкой радиатора. Медь имеет теплопроводность около 400 ватт и доступна. Существует множество способов объединить все это, но практически все факторы встречаются. Наиболее важным является теплопроводность материала, которая совместима с самой высокой температурой, которую может выдержать кремниевый чип.
Правда о процессорной сварке или скальпинге
На этом рисунке показана схема процессоров Intel поколений lvy Bridge, Haswell и Skylake. Это показывает, что плата соединена с платой припоем. В конечном итоге припой соединяет процессор с гнездом LGA. Видно, что так называемый фон, тот, что на плате, плата и выступающие части имеют разные коэффициенты теплового расширения. Таким образом, фон защищает процессор от саморазрушения, вызванного различными коэффициентами теплового пробоя. Крышка радиатора передает тепло от платы к радиатору. Теплоотвод установлен на верхней крышке теплоотвода. Термоинтерфейс должен быть гибким и компенсировать все перемещения из-за разницы в тепловом расширении без повреждения процессорного чипа. В зависимости от типа процессора можно использовать обычную термопасту или склеивание между платой и крышкой термоинтерфейса.
Правда о процессорной сварке или скальпинге
Как паять кремний и медь?
Кремний и медь — совершенно разные материалы, причем кремний (SI) имеет вид металла, но остается стеклом (SIO2). Это означает, что она является хрупкой. Его теплопроводность очень хорошая, около 150 вт/(м*к), а тепловое расширение относительно низкое, 2,6 мкм/(м*к).
Медь (Cu) — это цельный металл, обладающий очень хорошей электро- и теплопроводностью. Однако он имеет большое тепловое расширение — 16,5 мкм / (м * к), то есть в шесть раз больше, чем у кремния. Обычный метод сварки жести для сварки всего, например, SN60PB40, превосходит сварку медного кабеля и не подходит, а все олово на основе олова не прилипает к кремнию. Кроме того, затвердевание олова приводит к возникновению высоких тепловых напряжений внутри материала. Такое тепловое напряжение может разрушить кристалл процессора. Известным материалом, который может прилипать к меди и кремнию, является индий. В то же время, затвердевание индия не вызывает значительной усадки и приводит к малым коэффициентам теплового напряжения внутри кристалла процессора. Теплопроводность индия не так высока, как меди, при (300 К) 81,8 Вт/(М-К). Кроме того, индий очень нечувствителен и может расширяться без повреждения подложки по отношению к покрытию, распространяющему тепло. Температура плавления индия составляет 157°C.
Таким образом, это ответ на большой вопрос — потому что инженеры Intel используют термопасту вместо сварки. Поэтому, чтобы компенсировать сжатие, термическая крышка огнетушителя должна быть восстановлена из тонкого и гнутого тепла. Поэтому нет другого объяснения, только разумное. С другой стороны, потому что эта термопаста очень плохая.
Что такое скальпирование процессора и что собой представляет
В большинстве современных процессоров Intel, начиная с третьего поколения, вместо сварки используется стандартная термопаста. Это значительно усложняет охлаждение таких приборов. Кроме того, со временем термопаста полностью теряет свою теплопроводность из-за высыхания. В результате система охлаждения не справляется, и процессор приходится уменьшать.
Скальпирование в нем — это процесс удаления защитного покрытия. Последние чипсы похожи на сэндвич. Всего существует три слоя.
Современные чипы очень мощные и, как следствие, потребляют много энергии и сильно греются. Для их охлаждения обычного холодильника недостаточно — необходимо устройство с двумя или тремя тепловыми или охлаждающими системами. Однако это часто не помогает, и на устройствах необходимо сделать гравировку.
Фактически, весь процессор состоит из маленьких чипов, спрятанных под большой крышкой.
Чем больше слоев, тем ниже теплопередача и тем горячее чип. В ноутбуках и портативных компьютерах система охлаждения расположена непосредственно на чипах. Это плита с тепловыми трубками, пока не будет установлен холодильник.
Однако мобильные процессоры часто выделяют гораздо меньше тепла, чем настольные, 1-2 тепловые трубки — это немного. Однако для современных настольных чипов с TDP 140 Вт это не подходит — требуется громоздкий охладитель, вес которого зачастую составляет 500-700 г. Ловушка заключается в том, что кремниевые чипы очень хрупкие — при установке такого холодильника он может легко сломаться, что приведет к повреждению чипсета. При этом для защиты устанавливается бронзовая крышка, а между ней и самим чипом создается тепловой интерфейс для улучшения теплопередачи.
Первоначально использовалась сварка, хотя нагрев был в два раза больше, чем у меди, но этого было достаточно. Преимуществом является то, что материал не теряет своих свойств с течением времени.
Однако, когда продажи процессоров достигли огромных объемов, Intel решила использовать простую термопасту вместо клея для экономии средств.
На практике замена традиционной термопасты на металл приводит к снижению температуры на 10-20°. Это позволяет сильнее разогнать чип или сделать работу радиатора медленнее и тише.
Какие процессоры можно скальпировать?
Процессоры, начиная с третьего поколения, можно масштабировать; IntelCore использует для них термопасту. Эта процедура также полезна для новых устройств серии Skylake-X.
- Аккуратно снимается крышка с текстолита (с применением стандартных тисков или спецустройств для скальпирования).
- Удаляется термопаста и герметик. Кроме того, целесообразно отполировать крышку с внутренней стороны.
- Наносится новый термоинтерфейс на крышку и кристалл. Допустим, можно применять жидкий металл или новую термопасту.
- Фиксируется крышка на текстолите посредством герметика (стандартно используют герметик для авто).
- Чип зажимается в сокет материнской платы на день – пока герметик не засохнет. После этого эффективность охлаждения увеличится.
Основной риск во время пилинга — это повреждение кристаллов кремния или их отслоение от ткани. В этом случае чип просто перестает работать. SMD-компоненты, расположенные рядом с микросхемой, также могут быть удалены. Однако это не очень опасно и может быть устранено.
В этом случае процессор все равно значительно перегревается при увеличении нагрузки, но это может быть незаметно при низких нагрузках.
Скальпирование процессора: что это такое для чего это нужно
Большинство современных процессоров Intel, начиная с третьего поколения, используют термопасту вместо приклеивания под защитной крышкой. Это значительно усложняет охлаждение таких процессоров. Кроме того, рано или поздно термопаста высыхает и полностью теряет свои теплопроводные свойства. В результате охлаждения не происходит, и требуется скальпирование. Эта статья объясняет, что такое процессорный скальпинг, почему и как.
Скальпирование — это процесс снятия защитного покрытия процессора. Проблема в том, что современные процессоры немного похожи на сэндвич. Всего существует три слоя.
Из-за такого количества слоев теплопроводность снижается, и сами кристаллы постоянно перегреваются. Чтобы избежать этого, удаляют крышку, т.е. кожу головы.
Процессор Intel сразу после скальпирования.
Возникает логичный вопрос. Зачем использовать крышку, если нужно тратить время на ее снятие? Почему бы не использовать то же решение, что и для ноутбуков? Другими словами, установить систему охлаждения непосредственно на кристалл процессора? Проблема заключается в рассеивании тепла. Максимальный предел для мобильных процессоров составляет 50 Вт, в то время как максимальный предел для настольных процессоров составляет 65-140 Вт. И если в первом случае достаточно одной или двух тепловых камер, то во втором их явно недостаточно.
Для настольных процессоров требуются мощные кулеры, способные справиться с охлаждением. Весом всего 500-700 грамм, они очень хрупкие и могут повредить кристаллы кремния. Для защиты необходима крышка.
Поскольку крышка изготовлена из меди, нет проблем с теплопроводностью. Однако есть претензии к слою теплового интерфейса между чипом и крышкой. В первых процессорах Intel использовалась сварка, что считалось нормальным решением, но сейчас используется обычная термопаста. Будучи недорогим, он снижает стоимость продукта, но имеет несколько недостатков.
- относительно низкая теплопроводность;
- постепенное высыхание, из-за чего со временем ее теплопроводность снижается;
Проблему с термопастой можно решить, только сняв крышку процессора и заменив используемый термоинтерфейс на более эффективный. Наиболее распространенным решением является замена термопасты жидким металлом. Это снижает температуру чипа на 10-20°C. Однако в некоторых случаях крышка процессора остается снятой после демонтажа, а система охлаждения крепится непосредственно к чипу. В этом случае эффективность охлаждения еще больше повышается, но существует риск повреждения кристаллов.
Какие процессоры стоит скальпировать?
Во всех процессорах Intel используется сварка под крышкой, вплоть до второго генерирующего ядра Intel. И нет смысла их красть. Кстати, именно поэтому i7-2600K до сих пор пользуется спросом у потребителей. Для процессоров серий AMD FX и Ryzen мы также используем сварные швы с покрытием.
Процессор Intel после очистки от старой термопасты и герметика.
Термопаста под крышкой была добавлена Intel Core третьего поколения. Поэтому скальпирование может потребоваться для таких моделей, как
Этот процесс также требуется для процессоров серии Skylake-X. Кроме того, вместо сварки (как это делалось в прошлом в моделях с TDP выше 100 Вт) теперь используется традиционная термопаста.
Как скальпируют процессоры?
Скальпирование процессора происходит на разных этапах.
- Аккуратное снятие крышки с текстолита (с использованием обычных тисков или специального устройства для скальпирования).
- Полное удаление заводского герметика и термопасты. Также желательно выполнить полировку крышки с внутренней стороны.
- Нанесение нового термоинтерфейса на кристалл и крышку. Например, можно использовать новую термопасту или жидкий металл.
- Фиксация крышки на текстолите при попощи герметика (обычно используется автомобильных высокотемпературный герметик).
Устройство для скальпирования процессоров Intel.
Процессор фиксируется в гнезде материнской платы на 24 часа до полного высыхания герметика. После завершения работ процессор будет выглядеть так же, как и раньше, но с улучшенной эффективностью охлаждения.
Основной риск при резке процессора — удаление кремниевого кристалла или повреждение чипа. В этом случае чип может быть быстро уничтожен и забракован. SMD-компоненты также могут перемещаться рядом с чипом во время процесса резки. Однако это не так важно и может быть исправлено.
В этом случае процессор все равно значительно перегревается при увеличении нагрузки, но это может быть незаметно при низких нагрузках.
Что дает скальпирование процессора?
Если паста и декомпрессия выполнены правильно, средняя температура процессора при высокой нагрузке может быть на несколько градусов Цельсия ниже, что очень важно. Однако стоит помнить, что для достижения такого результата необходима хорошая и эффективная система охлаждения компьютера.
Масштабирование имеет смысл только в том случае, если процессор намеренно перегружен. Заводские процессоры спроектированы так, чтобы не нагреваться до опасных температур при максимальной нагрузке. Поэтому эта функция предназначена только для энтузиастов и любителей, которые не боятся разрушить процессор.
После снятия крышки остается только нанести жидкий металл (ZHM-6). В целях предосторожности мы рекомендуем покрыть цепь конденсатора клейкой лентой (или чем-то другим на ваше усмотрение).
Результаты тестов
Давайте посмотрим, что он нам дал. В игре средний FPS увеличился всего на 2% по сравнению со стоковым. Наименьшее значение увеличивается в три раза, в дополнение к необычному скачку для чести.
Не все гладко в применении. Те, кто может использовать 12 нитей, — 10-20%. Те, кто не может, — 1-4%. Почему; эта разница покрывается встроенным турбо-ускорением, которое повышает частоту до 4,5-4,7 ГГц.
В большинстве сценариев топовые процессоры не нуждаются в черепах. Базовой частоты достаточно как для игр, так и для выполнения задач. Мало того, температура нормальная, даже под хорошим холодильником.
Когда стоит менять термопасту? Если 10-15% производительности критичны, и вы готовы рискнуть жизнью процессора ради потери гарантии. В противном случае, это все равно риск и делать это не рекомендуется. Сам процесс прост и недорог, но сгибание платы при скальпировании, вырезание кусков, разрушение микросхем, удаление конденсаторов и применение термоинтерфейсов является недостаточным.
Задавайте свои вопросы в комментариях и дайте нам знать, если вы разгоняли и разогнали свой процессор.
Тем временем, спасибо компаниям CityLink и Western Digital за предоставленное для тестирования оборудование.
