Máme věřit teplotním čidlům?

Standardní procesor má ztrátový tepelný výkon kolem 15-30W. To platí pro Celerony, Pentia III Coppermine nebo procesory K6. Duron se pak drží kolem 25-40W a nejvíce dnes "topí" Athlony (až 60W) a Pentia 4 (55W).

Co má vliv na zahřívání procesoru

Procesor je elektrické polovodičové zařízení. Generuje teplo jako "odpadní produkt" průchodu elektrického proudu jeho křemíkovými hradly. V každém aktivním polovodičovém přechodu totiž vznikají nepatrná kvanta tepla. Čím více tranzistorů pracuje při čím vyšším taktu a napájecím napětí, tím větší množství tepla vznikne.

Nejzákladnější poučka elektrotechniky říká: výkon P = napětí U² / odpor R

Vyšší integrace polovodičů většinou umožňuje snižování napětí a tím přispívá ke snižování tepla vyzářeného "na jeden tranzistor", ale na druhou stranu také dovoluje na čip umístit čím dál více součástí - jejich narůst je rychlejší než pokrok v polovodičové technice.

Celkový tepelný výkon tedy stále stoupá. 486-ku stačilo chladit pasivním (mini)chladičem, Pentium malým chladičem s větrákem, Pentium II a Celerony již solidním chladičem s robustním větrákem. Dnešní vysoce taktované procesory se z nezřídka chladí mohutným chladičem s dvěma větráky.

Velikost čipu

Samotná hodnota vyzařované energie ale není vše. Dále je nutné vědět, z jak velké plochy je tato energie vyzařována. Dnešní procesory mají plochu kolem 1cm². Když uvážíme, že takto malá plocha je schopná "vyprodukovat" třeba 40W, narážíme na velký problém - jak dostat tuto energii pryč.

Pokud jste někdy náhodou sáhli na žehličku, víte, jak moc to pálí. Žehlička má obvykle výkon nad 1 kW (1000W). Narozdíl od procesoru se ale tato energie soustředí do mnohem větší plochy. Procesor je na tom vlastně hůř.

Princip vzduchového chlazení

Úkolem chladiče není nic jiného než teplo z procesoru rozptýlit do okolního vzduchu. Protože je vzduch dobrý tepelný izolant, nejedná se o věc právě jednoduchou. Teplo je důležité nejdříve rozvést na co největší plochu a z té jej předat vzduchu. Vzduch, který se dotýká kovu chladiče (obvykle hliníku) se ohřeje relativně snadno. Problém je ale se vzduchem, který se přímo nedotýká:

Větrák vyvolává proudění vzduchu tak, aby se tenounká vrstva ohřátého vzduchu vyměnila se vzduchem studeným a do něj se opět přenesla část energie z chladiče. Čím vyšší je rozdíl teplot chladiče a vzduchu, tím lépe se energie přenáší. To probíhá až do doby, než se teploty vyrovnají.

Rozptýlit teplo do vzduchu není tak velký problém, dá se snadno vyřešit zvětšením styčné plochy chladiče s okolím. Horší je dostat teplo z procesoru do chladiče. Tady nastává problém malé plochy procesoru. Navíc mezi čipem a chladičem vždy zůstává nepatrně vzduchu (ani čip ani chladič nejsou dokonale hladké). Zde pomůže jen tepelně vodivá pasta. Ta sice vede teplo hůř než samotný chladič, ale stále mnohem lépe než vzduch:

Pro méně hřející procesory není pasta nutná. Vždy se snažte použít takovou pastu, která bude mít dobré vodivé vlastnosti a bude pokud možno alespoň částečně tekutá. Pevné "pasty" dodávané někdy s chladiči mohou i uškodit, protože místo odstranění vzduchových bublin je mohou sami vytvořit. Stejně tak příliš mnoho pasty také není dobré. Jak jsem již říkal, pasta vodí teplo hůř než chladič samotný, proto je optimální situace, kdy se chladič dotýká čipu co největší plochou a pasta je jen jakýmsi doplňkem.

Proč měří čidla špatně

Teplotní čidlo monitorující teplotu procesoru je většinou umístěno uvnitř socketu (jedinou vyjímkou je alternativní měření teploty u procesorů Pentium III / Celeron pomocí interní termické diody - zde jsou pak výsledky opravdu přesné). Čidlo samotné většinou měří dobře, jde ovšem o to, co se měří. A to je ve většině případů vzduch:

Na tomto schématu je jasně vidět problém. Čidlo sedí uvnitř socketu a měří si teplotu okolního vzduchu. Jenže... vzduch je izolant a navíc se v tomto případě neohřívá o samotný čip, ale o keramickou destičku. Ta pochopitelně není zrovna ideálním tepelným vodičem a navíc se sama chladí.

Dalším problémem je, že toto čidlo často není uprostřed socketu, přímo pod procesorem, ale je posunuté třeba o 0,5cm doleva apod. - je tedy umístěné v chladnějším pásmu.

...páskový termistor zde také není uprostřed, je však pružný natolik, aby se dotýkal keramiky CPU

...perličkový termistor je sice naletován uprostřed, bylo ho však třeba vyklonit vně,
 jinak by nadzvedával procesor...

Řešení problému je celkem jednoduché - mírně s čidlem pohnout tak, aby se o něj keramická destička při zasunutí procesoru mírně opřela. Sice tím stále nezměříte teplotu čipu, ale rozhodně bude změřený údaj odpovídat skutečnosti víc, než tomu je za současné situace.

Používat nebo nepoužívat?

Zásadní otázka tedy zní, zda mají tato čidla vůbec smysl. Mají - je třeba si ale uvědomit, že naměřené hodnoty jsou od skutečné teploty čipu posunuté v závislosti na konkrétní situaci. Může se stát, že HW monitoring na konkrétní desce hlásí teplotu CPU 42^oC a jinde zas 54^oC - a při tom je například teplota čipu stejná (a jen ta je pro činnost CPU důležitá).

Takže verdikt zní - používat, ale výsledky brát s dostatečnou rezervou.

Eagle