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Post-post-PC : les nouveaux matériaux, technologies et conceptions de CPU qui relanceront l’overclocking et l’informatique passionnée – High-teK.ca

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Au cours des dernières années, nous avons passé beaucoup de temps à discuter de la difficulté croissante de la fabrication de semi-conducteurs et de l’impact de ces problèmes sur la conception des produits modernes. Les deux lancements majeurs d’Intel cette année — Ivy Bridge-E et Haswell – les deux n’ont pas réussi à faire bouger les performances de calcul de plus de 5 à 8 % au sommet du marché, mais cela ne signifie pas que les performances du PC sont bloquées sur le pilote automatique.

Le marché des passionnés de PC est-il mort, victime de la poussée vers le mobile ? Pas nécessairement. Ici, nous explorons trois approches différentes qu’Intel ou d’autres fabricants de semi-conducteurs pourraient adopter pour résoudre certains des principaux problèmes auxquels sont confrontés aujourd’hui l’évolution continue des performances. Chaque option a été choisie pour une applicabilité à court terme, ce qui signifie que ce sont des idées qui pourrait être adapté aux produits d’expédition dans les cinq prochaines années – et améliorer considérablement les performances dans le processus.

Amélioration du refroidissement du processeur

Il est de notoriété publique que gifler un meilleur radiateur, un refroidisseur d’eau ou une unité de changement de phase sur un processeur peut donner de meilleurs résultats d’overclocking – mais le problème de refroidissement du processeur ne se résume pas simplement à installer un meilleur dissipateur thermique. Les points chauds sont l’un des plus grands obstacles à des vitesses d’horloge CPU plus élevées. Normalement, lorsque nous parlons de consommation d’énergie ou de température du processeur, nous nous référons à une température globale – généralement une moyenne des températures de base telles que rapportées par le logiciel. Même cela, cependant, ne parvient pas à saisir l’ampleur du problème. L’image ci-dessous est une image infrarouge fournie par Intel des températures de Clover Trail en mode actif. Gardez à l’esprit que l’ensemble du SoC mesure entre 80 et 90 millimètres carrés. Les points rouges ci-dessous sont une fraction de cette taille – des piqûres d’épingle, vraiment.

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Clover Trail SoC

Gardez à l’esprit que le refroidisseur du processeur est une plaque homogénéisée d’aluminium ou de cuivre reposant sur le noyau avec une fine couche de composé thermique (ou Végémite) entre lui-même et le CPU. Les points chauds reçoivent le même potentiel de refroidissement que le GPU ou les blocs d’E/S à peine actifs. D’un point de vue technique, c’est extrêmement inefficace. Le problème est qu’à mesure que les nœuds de processus rétrécissent, la surface totale du processeur diminue, ce qui signifie que les points chauds pressent encore plus de puissance dans une zone de plus en plus petite. Alors, comment résoudre ce problème ?

Il existe quelques méthodes proposées. Tout d’abord, vous pouvez augmenter l’efficacité du matériau d’interface thermique (TIM). Intel a été critiqué ces dernières années pour avoir utilisé de la pâte thermique, pas souder, pour ses microprocesseurs, mais même la soudure n’est pas une solution parfaite. Des recherches approfondies d’IBM montrent que jusqu’à 50 % de la résistance thermique dans une structure de refroidissement de processeur peut être causée par les couches TIM. L’optimisation de la distribution TIM avec des canaux imbriqués hiérarchiques (illustrés ci-dessous) peut améliorer considérablement les performances finales.

Pâte thermique IBM

Une autre option consiste à améliorer le transfert de chaleur latéral au sein du processeur lui-même. L’une des raisons pour lesquelles des points chauds se développent dans le cœur du processeur est que la chaleur se déplace principalement vers le haut vers le TIM, et non latéralement à travers la matrice. Si nous pouvons améliorer la capacité d’une puce à déplacer la chaleur vers l’extérieur, loin des zones critiques, nous pouvons cadencer les zones chaudes plus haut et répartir la chaleur sur une grille plutôt qu’en une poignée de points minuscules. Plus tôt cet été, les scientifiques ont annoncé un matériau potentiel qui pourrait permettre ce type de migration – arséniure de bore cubique. Cette structure particulière est étonnamment efficace pour déplacer la chaleur ; son intégration dans les processeurs pourrait permettre des vitesses d’horloge nettement plus élevées.

D’autres approches, comme le sprint informatique, pourraient être combinées avec de nouveaux matériaux à changement de phase comme la cire pour augmenter considérablement la dissipation thermique pendant de courtes périodes. Bien que cela n’améliore pas les performances de calcul sur des périodes prolongées, cela accélérerait les applications sensibles à la latence telles que les chargements de pages Web ou les calculs brefs et intensifs.

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