Hice que un estudiante universitario construyera un PC overclocked usando tecnología de cambio de fase. (Esto es esencialmente una unidad de aire acondicionado con el evaporador conectado directamente a la placa madre). Dijo que la temperatura fría hacía que la CPU fuera más estable a velocidades de reloj más altas (5,5 GHz), afectando al comportamiento de los átomos y los electrones. Mi pregunta es, ¿es esto cierto? Si es así, ¿de qué manera la temperatura fría afecta a los semiconductores?
Respuestas
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blowdart
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28735
No soy realmente un experto en física del estado sólido, y estoy preparado para parecer un idiota aquí - pero no creo que sean las bajas temperaturas las que ayuden.
Al hacer overclocking en un CPU de 5.5Ghz casi se duplica el consumo de energía y por lo tanto la disipación. Una gran reducción en la temperatura del sitio frío del disipador de calor le ayuda a eliminar el doble de energía mientras mantiene el lado caliente (es decir, el CPU) a una temperatura razonable.
La resistencia de los semiconductores aumenta a temperaturas más bajas y ciertamente una vez que se llega a temperaturas criogénicas (por debajo de 100K) se está muy limitado en los tipos de dispositivos IC que se pueden utilizar y su rendimiento.
Sospecho que corriendo a 5.5Ghz, sacando varios cientos de vatios entonces incluso si el disipador está en nitrógeno líquido el núcleo de la CPU está todavía cerca de la temperatura ambiente.
La temperatura ciertamente afecta a los semiconductores.
Como alguien que no está especializado en semiconductores, puedo pensar en al menos dos efectos microscópicos en juego aquí. El primero es que a temperaturas más bajas hay menos fonones (vibraciones cuantificadas de la red atómica). El efecto de los fonones es dispersar los electrones y reducir la conductancia del semiconductor. Por lo tanto, a temperaturas más bajas la conductancia debería aumentar (como en el caso de los metales).
El segundo efecto es que al bajar la temperatura, la fracción de electrones en los estados de alta energía se reduce (y en los estados de baja energía aumenta), cambiando así potencialmente la cantidad de electrones por encima/debajo de la brecha de la banda (concentración de portadores). El efecto de esto es más complejo que el efecto de los fonones.
akhmeteli
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Eso es cierto. "Otra razón por la que la electrónica ha sido operada a bajas temperaturas es la mejora del rendimiento de la electrónica refrigerada en sí. La mejora en el enfriamiento resulta de una combinación de efectos: en general, los transistores (tipos de efecto de campo) exhiben mayor ganancia y velocidad y menor fuga; también las resistencias parásitas y las capacitancias en las interconexiones disminuyen, la transferencia de calor mejora, y muchos dispositivos exhiben menor ruido". (http://www.extremetemperatureelectronics.com/tutorial1.html)
Jengo
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Estar demasiado frío o demasiado caliente puede causar problemas en ambos casos. La conductividad en las uniones de los semiconductores cambia con la temperatura. Las uniones son más conductoras a temperaturas más bajas, por lo que aumentan las velocidades de conmutación, y menos conductoras a altas temperaturas, por lo que disminuyen la velocidad de conmutación. Es esta variación de la velocidad de conmutación la que puede causar diferentes características de funcionamiento. Algunas partes del circuito pueden empezar a cambiar a rápido o a lento para otras partes. La idea de la calefacción y la refrigeración es mantener todo el circuito en el rango de funcionamiento de temperatura requerido. Sin mencionar la obvia idea de que si estás descargando 35 vatios de potencia sin un lugar a donde ir, vas a quemar tu parte. Este problema se aborda primero a nivel de diseño seleccionando piezas con características de conmutación aceptables en todo el rango de temperaturas requeridas para el funcionamiento. Luego es responsabilidad del usuario asegurarse de que el diseño se mantenga en este rango de temperaturas durante la operación.
