Vista della superficie di contatto del dissipatore con la CPU

Un po’ di teoria

Adesso introduciamo dei semplici concetti che ritorneranno utili quando andremo a commentare i risultati delle misure.

Smaltimento del calore prodotto dalla CPU

Il principio funzionamento di questo tipo di dissipatori è veramente semplice. Il calore prodotto dal componente da raffreddare è trasmesso per conduzione al metallo del dissipatore, che provvede allo smaltimento nell'ambiente circostante (solitamente l'interno del case) per convezione.

Si parla di conduzione termica quando il passaggio di calore tra un corpo ed un altro avviene per contatto (è il caso dell’IHS della CPU con la base del dissipatore).

Mentre si parla di convenzione quando un fluido (come l'acqua o l'aria) entra in contatto con un corpo la cui temperatura è maggiore di quella del fluido stesso posto al di sotto. Aumentando di temperatura, il fluido a contatto con l'oggetto si espande e diminuisce di densità, generando moti convettivi in cui il fluido caldo sale verso l'alto e quello freddo scende verso il basso (convezione naturale). Nel nostro caso le alette del dissipatore entrano in contatto con l’aria presente nel case creando il fenomeno della migrazione del calore dalle alette stesse del dissipatore verso l’aria circostante.

Quindi il calore prodotto dal processore viene trasmesso per conduzione al metallo del dissipatore il quale a sua volta lo trasmette per convenzione all’ambiente circostante (l’aria all’interno del case).

I parametri che incidono maggiormente sull’efficienza dei processi di conduzione e convenzione sono i seguenti:

- il metallo con cui è costruito il dissipatore: per esempio il rame è un conduttore migliore del ferro;

- la massa totale del dissipatore: a parità di altre condizioni maggiore sarà la massa a contatto della fonte di calore e più “capace” sarà il dissipatore di smaltire il calore;

- la quantità di superficie radiante: a parità di altre condizioni maggiore sarà la superficie radiante è più facile sarà lo smaltimento del calore nell’ambiente circostante;

- la forma della superficie radiante: a parità di altre condizioni il profilo della superficie radiante incide sulla generazione dei moti convettivi che portano il calore a passare dal dissipatore all’aria circostante.

Per questo motivo il dissipatore in esame è fatto in rame, ha una massa consistente e le alette sono fatte in maniera tale da presentare una superficie maggiormente esposta all’aria circostante, e con profilo irregolare così da sollecitare un miglior passaggio di calore dal dissipatore all’aria circostante. Inoltre è presente pure la ventola che raffredda il corpo del dissipatore agevolando questi processi e consentendo al dissipatore di fare meglio il proprio lavoro.

Misurazione della temperatura in una CPU Intel Core 2 Duo

I processori Core 2 Duo hanno introdotto un metodo molto efficiente e innovativo rispetto al passato per ottenere il miglior compromesso tra la gestione dei consumi energetici e le elevate performances. Il metodo si basa su una nuova tecnologia di misurazione della temperatura che avviene tramite dei sensori termici digitali detti appunto Digital Thermal Sensors (DTS).

Quattro sensori digitali sono inseriti in posizioni vitali del processore, permettendo una rapida e accurata lettura delle temperature.

I processori Core 2 integrano quattro sensori di temperatura (due per core). Il fatto che i sensori siano digitali, fa sì che siano considerevolmente più piccoli della precedente generazione di sensori analogici e quindi siano più vicini al punto caldo, fornendo così la lettura della temperatura in maniera più veloce e accurata. Queste misurazioni sono utilizzate sia per regolare la velocità delle ventole che per fare da feedback a dei meccanismi di protezione del processore che scattano se le temperature rilevate superano delle soglie critiche.

Un altro punto di misura della temperatura del processore è la misura fatta sul case del processore e serve essenzialmente a misurare la temperatura del case esterno del processore. Il punto di misura è schematizzato nella seguente figura:

La temperatura del case è la temperatura definita nel centro geometrico del package. Questa temperatura serve a calcolare il cosiddetto Thermal Profile. Questa grandezza consente di calcolare la massima temperatura del case in funzione della potenza che può essere dissipata dal processore, e viene utilizzata assieme alla temperatura misurata dal DTS per controllare la velocità delle ventole e per proteggere il processore da guati derivanti da temperature di esercizio troppo elevate.

Sistema di prova e metodologia dei test

Come sistema di prova è stata utilizzata una scheda madre equipaggiata con chipset Intel 975x e come processore un Conroe E4600.

La prova è stata fatta utilizzando WindowsXP SP2 utilizzando l’applicativo per la rilevazione della temperatura che si chiama TAT (Thermal Analysis Tool di INTEL) che si interfaccia con i sensori DTS presenti all’interno del processore e ne rileva i valori.

Inoltre è stata fatta una misurazione con un DMM (Digital MultiMeter), utilizzando una sonda di temperatura termocoppia tipo K, per misurare la temperatura tra il dissipatore e la superficie della CPU per verificare come il dissipatore sia in grado di smaltire il calore e quale sia il valore raggiunto dal case del processore durante la prova. C’è da dire che per motivi di raggiungibilità la temperatura non è stata misurata così come definito nei datasheet Intel cioè nel centro geometrico del case, ma lateralmente allo stesso. Comunque la misura costituisce una buona indicazione di come varia la temperatura nel case in funzione delle varie condizioni di utilizzo del processore, e di come il dissipatore sia capace di assorbire il calore generato sul case del dissipatore.

La prova è stata condotta impostando le configurazioni di misura del computer da bios, utilizzando l’applicativo Orthos SP 2004 per simulare il carico del computer full su entrambi i core.

I valori sono stati rilevati dopo circa 5-6 minuti di permanenza del sistema nella condizione di carico di idle o di carico full per avere dei valori stabili e non transitori.

I valori di temperatura sono stati rilevati prima sul dissipatore in prova SilenX, e successivamente nel dissipatore di riferimento Zalman CNPS 7700 CU rilevati nelle stesse condizioni di utilizzo. Sono state fatte delle misurazioni impstando le ventole dei due dissipatori al minimo e successivamente al massimo sia in condizioni di idel che di carico full.