an alle Physiker - denn Wissen ist Macht

[Men_TOS]

an alle physiker - den wissen is macht

mach gerade ne belegarbeit zum thema halbleiter und hab in nem schlauen physikbuch gelesen das halbleiter bei höheren temps besser funktionieren als bei geringen -> das Halbleiter bei ner bestimten kälte zum nichtleiter werden weis ich auch

warum versucht man dann die CPU kalt zu halten anstatt gerade so am limit laufen zu lassen in sachen temps?

kann mir jemand nen genauen zusammenhang zwischen Transistor und Halbleiter erklären oder ein paar links posten zum Thema Halbleiter
(google sagt viel aber leider oft zu viel)


thx

Edited by Mod: Topic korrigiert (Nicht-Wissen macht wohl nichts ...) und Fragezeichenschwemme entfernt.

 

[Andy]

genau die frage hab ich meinem physiklehrer auch vor 1-2 wochen gestellt antwort: er nimmt an, das sich die widerstände dann auch so verändern, das sich das wiederausgleicht, bzw kein messbarerunterschied besteht.

btw, hab mal irgendwo gelesen das die optimal temp für ein prozzi bei ca, -5 c liegt. stimmt das?

 

[Bombwurzel]

@Mentor
Ja, das stimmt.
Bei Halbleitern gilt "je heisser desto rechnet".

Problem an der Sache ist, dass das Zeug ab ner bestimmten Temperatur einfach zerbröselt - um's mal lapidar auszudrücken. Soll also heissen, ab ca. 90-120°C wird die Chipstruktur irreparabel zerstört.

Doch warum kühlt man Prozessoren?

Ganz einfach. Ein kaltes Medium (Gas oder Flüssigkeit) ist in der Lage eine große Menge Wärme aufzunehmen. Wenn Prozessoren also mit flüssigem Stickstoff gefühlt werden, dann nur, weil sie eine so starke Abwärme produzieren, dass nur flüssiger Stickstoff in der Lage ist, diese Abwärme schnell genug abzuführen.

Den Prozessorkern selbst auf 0 Grad oder tiefer abzukühlen ist dagegen absoluter Unfug. Prozessoren sind so gebaut, dass ihre optimale Betriebstemperatur so irgendwo zwischen 10 und 50 Grad liegt. Spätestens unter -20 Grad sind die internen Leitungswiderstände dermassen groß, dass der Prozessor nicht mehr funktionsfähig ist.

 

[Arne]

mein celeron (siehe sig) schein bei mir nicht immer zu starten wenn in meinem zimmer unter 15°c herrschen, was öfter mal vorkommt. ich muss ihn dann im safe mode ne weile laufen lassen bis er seine 30°c hat.

das mit der max. temp ist ähnlich wie in der biologie: bei höherer wärme funzt alles besser, aber irgendwann gerinnen die eiweiße und...absturz

silizium hat eine schmelztemperatur von 1410 grad. da sollte dann folglich irgendwo die physikalische oc-grenze liegen

mfg arne

 

[Bombwurzel]

Original erstellt von AMGodlike!
silizium hat eine schmelztemperatur von 1410 grad. da sollte dann folglich irgendwo die physikalische oc-grenze liegen

Nur zu blöd, dass dein Prozessor kein Siliziumblock ist.

Silizium ist nur das Ausgangsmaterial für den Prozessorkern. Erst durch Dotierung mit Fremdatomen erhält ein Halbleiter die gewünschten Eigenschaften (n- oder p-leitend) Ausserdem gibt es noch eine Reihe Isolationsschichten. Die Verbindung zwischen Prozessorkern und den Pins erfolgt durch haarfeine Golddrähte.
Zudem gibt Silizium seine Halbleiterfähigkeiten schon weit vor der Schmelztemperatur auf. Ab einer bestimmten Grenztemperatur wird aus jedem Halbleiter ein Leiter.

Du kannst also nicht von der Schmelztemperatur auf die Haltbarkeit eines Prozessors schliessen.

Aktuelle Prozessoren von AMD und Intel zerplatzen bei spätestens 120°C Kerntemperatur - kannst es gerne ausprobieren. Wobei einzelne Hot-Spots in dem Moment einige hundert Grad heiss sind und somit für eine Art "Sollbruchstelle" sorgen.

 

[markusUpo16]

lol das anstartproblem kenn ich auch.
wenn ich im gehäuse unter 18 grad hab will er nicht hochfahren.
kann doch net daran liegen oder ?

 

[cR@zY.EnGi.GeR]

Bei meiner alten GeForce4 Ti 4200 hatte ich bei Spielen nach ner gewissen Zeit immer Texturfehler, wenn meine Zimmertemperatur auch unter 17°, 18° C fiel.

Lag wahrscheinlich da dran, dass der vordere Gehäuselüfter kalte Luft reinbläst, die sich dann unter der Graka staut und von oben die warme Luft der Cpu auf die Graka geblasen wird. Dabei iss wohl ein so großer Temperaturunterschied zwischen den Speicherbausteinen aufgetreten (sind ja auf beiden Seiten der Graka), dass dadurch diese Texturfehler entstanden sind.
Die Dauer der Signale von und zu den einzelnen Speicherbausteinen waren dann wohl unterschiedlich lang.

@ markusUpo16:
Das kann schon sein, wenn gewisse Bauteile auf dem Mainboard bei der Temperatur den Strom nimmer richtig leiten oder das Netzteil nimmer richtig funtzt, weil zu große Stromschwankungen auftreten.
Das Problem hat man ja auch, wenn man sein Auto im Winter anlässt. Die Zündspule erzeugt dann eventuell nimmer genügend Spannung.

 

[Th3ri0n]

Oh... wie gut das mein Kühler 1cm über meiner Ti 4200 liegt

Nun, dann haben OC'er ein Problem mehr. Zumal die Lebensdauer der CPU sowiso schon sinkt, steigert sich das dadurch nochmehr wenn man eine Prometiakühlung hat. Ist vielleicht doch besser auf LuKü zu setzen mit vielen Gehäuselüftern

 

[LeChris]

Bombwurzel hat schon recht, schmelzen tut das Silizium eher nicht.

Der Effekt der auftritt, ist ähnlich dem einer Diode, welche mit zu hoher Spannung in Sperrichtung "betrieben" wird: sie meldet mit Rauchzeichen ihre Zerstörung. Mit zunehmender Temperatur werden beim Silizium immer mehr Elektronen in das Leitungsband "gehoben", es wird immer leitender. Damit sinkt aber die vertragbare Sperrspannung bei den pn-Übergängen.

Bei Siliziumhalbleitern beginnt dieser Prozess verstärkt ab 90°C, bei zB Kohlenstoff als Diamant wäre das um einiges höher.

noch ein paar Stichwörter für deine Suche:
- Diode
- pn-Übergang
- Bändermodell

Allgemeine Physikbücher sind zu dem Thema meist unzureichend, such dir am besten in einer Bibliothek deines Vertrauens ein gescheites Buch zur Festkörper- oder Halbleiterphysik. Je mehr Bilder, desto besser, eine Uni-Bio wäre am besten.

 

[10tacle]

Es gibt Experimente wo die CPU Die bis zu -40° gehühlt wurde und das Dingens lief trotzdem und zwar.

Schon etwas her (war der 2GHz P4 aktuell) gelang es einem Team von Japanischen Studenten einen 2GHz P4 auf 5,8GHz zu takten und 24 Std. in Betrieb zu halten.

Also kann nicht so gan sein das ab -20° nichts mehr geht.

 

[Arne]

Du kannst also nicht von der Schmelztemperatur auf die Haltbarkeit eines Prozessors schliessen.

war ein scherz

 

[supersonic]

jetzt muss ich aber meinen senf dazugeben (korrigiert sofort wenn ich blödsinn red')

also:

--- bei den Halbleitern kommt es nicht nur auf die temperatur an, sondern eher auf die Spannung --> Ab einer gewissen Spannung ist das Material leitfähig

--- Die Senkung der Temperatur bewirkt schwächere Widerstände im Material
Bsp: viele Stoffe werden bei ca -273g C zu Supraleitern

hoffe ihr versteht was ich meine (hab grad ne ziemlich lange busreise hinter mir)

mfg

 

[Bombwurzel]

Original erstellt von supersonic
jetzt muss ich aber meinen senf dazugeben (korrigiert sofort wenn ich blödsinn red')

Wir streichen dann folgendes:

also:

--- bei den Halbleitern kommt es nicht nur auf die temperatur an, sondern eher auf die Spannung --> Ab einer gewissen Spannung ist das Material leitfähig

--- Die Senkung der Temperatur bewirkt schwächere Widerstände im Material

Eine hohe Spannung bewirkt eine hohe Verlustleitung - diese erwärmt den Halbleiter - dadurch wird er ab einer bestimmten Temperatur zum Leiter.
So, und nicht anders!

Sinkende Temperaturen bewirken bei Halbleitern keinen sinkenden Widerstand. Genau das Gegenteil ist der Fall. Das ist einer der Hauptunterschiede zwischen Leitern und Halbleitern.

 

[10tacle]

Aber wieso lässt sich en Prozessor bei -40° besser übertakten als bei +10°?
So ganz kann das dann ja nicht auf Prozessoren übertragen werden.

 

[Bombwurzel]

Original erstellt von LittleJackAss
Aber wieso lässt sich en Prozessor bei -40° besser übertakten als bei +10°?

Weil durch ein -40°C kaltes Medium mehr Wärme schneller abgeführt werden kann als durch ein +10°C kaltes Medium. Der Kern selbst wird niemals so kalt.

Wenn du es schaffst, einen üblichen PC-Prozessor mit einer tatsächlichen Kerntemperatur von -40°C zu betreiben, dann bekommste 'n Orden von mir. Versprochen.


EDIT:
Kleines Beispiel zur Erläuterung:
Wenn du 'n Eiswürfel lutscht, gefriert dein Blut ja auch nicht. Obwohl der Eiswürfel so um die -5 - -10°C hat.

 

[marple]

Re: an alle physiker - den wissen is macht

Original erstellt von Mentor_1986
mach gerade ne belegarbeit zum thema halbleiter und hab in nem schlauen physikbuch gelesen das halbleiter bei höheren temps besser funktionieren als bei geringen -> das Halbleiter bei ner bestimten kälte zum nichtleiter werden weis ich auch

warum versucht man dann die CPU kalt zu halten anstatt gerade so am limit laufen zu lassen in sachen temps ????

kann mir jemand nen genauen zusammenhang zwischen Transistor und Halbleiter erklären oder ein paar links posten zum Thema Halbleiter
(google sagt viel aber leider oft zu viel)


thx

Hi,

1. Mit steigender Temperatur erhöht sich die Leitfähigkeit des Halbleiters
-> Je höher die Leitfähigkeit des Halbleiters ist desto größer sind z.B. die Leckstöme und andere parasitäre Effekte.
2. Mit steigender Temperatur verringert sich die Ladungsträgerbeweglichkeit.
-> Je höher die Ladungsträgerbeweglichkeit desto kürzer sind die Schaltzeiten.

==> Bei niedrigen Temperaturen ist der Transistor schnell hat aber einen höheren Wiederstand. Der höhere Wiederstand ist aber bei den heutigen Strukturgrößen irrelevant.
btw: Die Leiterbahnen aus Cu bzw. Al leiten bei niedrigen Temperaturen besser.

==> Bei hohen Temperaturen ist der Transistor langsam. Durch die verbesserte Leitfähigkeit des Halbleitermaterials verringert sich zudem die Signalgeschwindigkeit auf den Leiterbahnen, d.h. alles wird langsamer.

Fazit: Die bessere Leitfähigkeit des Halbleitermaterials bei höheren Temperaturen stört mahr als das sie nützt. Ausschlaggebend ist die Ladungsträgerbeweglichkeit, die bei niedrigen Temperatureen steigt.

PS: Mit dem HL-Rauschen fang ich lieber erst garnicht an

EDIT: Die Temperatur darf natürlich nicht soweit abgesenkt werden das man keine freien Ladungsträger mehr hat (ganz grob ~ -80°C)

 

[chris.]

soweit mir bekannt ist arbeiten cpus bis ca. -90 grad. dann ist schluss.
diese temp kann man z.b. mit einer kompressor cascadenkühlung erreichen. Wirtschaftlich ist das natürlich nicht. Ungefährlich auch nicht, aufgrund der hohen Drücke um das Medium flüssig zu halten. Wie dann die direkte Kerntemperatur bei diesen ausgelesen ca -90 (oder auch -40) aussieht wüsste ich auch gern mal. Ich denke aber auch mal das ein paar grad unter 0 der Funktionsweise nix entgegen setzen.

greetz

 

[10tacle]

Wenn du es schaffst, einen üblichen PC-Prozessor mit einer tatsächlichen Kerntemperatur von -40°C zu betreiben, dann bekommste 'n Orden von mir. Versprochen.

Ich hab es weiter oben schon gepostet. ein paar Jap. Szudenten gelang es vor 1-2 Jahren einen 2 GHz P4 auf 5,8GHz zu takten und der lief 24 Std. duch. Die Die Temp war dabei -40°

Ich guck mal ob ich den Link noch irgendwo finde.

 

[Bombwurzel]

Interessant wäre dabei, wo genau die -40°C gemessen wurden.
Ebenso ist anzumerken, dass alle internen oder On-Board Temperaturfühler in diesem Bereich nicht mehr zuverlässig arbeiten.
Wenn ich schon die -40°C angeben will, dann sollte es schon ein externes, geeichtes Messinstrument sein. Wie die das direkt in den Kern bringen wollen ist mir jedoch unklar.

Bei -40°C hast du dort wo vorher mal ein funktionierender Prozessor war, einen dicken Klotz Isoliermaterial.

-40°C als Temperatur des Kühlmittels oder meinetwegen des ganzen Kühlsystems halte ich jedoch für durchaus realistisch und auch für ziemlich vernünftig bei einem derartigen OC-Versuch.

 

[chris.]

es gibt auch n A64 FX 51 System das läuft bei -90° CPU/-85 GPu bei FSb 327 und knapp 3ghz... macht 30000 3Dmarks
Möglich ist das also sowas zu bauen und zu betreiben.