Wie erklärt sich die maximale Betriebstemperatur?

[Shaav]

Hallo Leute,
ich wollte mal fragen, ob mir einer von euch sagen kann, warum die CPUs teilweise sehr unterschiedliche Temperaturmaxima haben. Wärend bei AMD teilweise schon bei 62°C Ende sein soll, geht es bei Intel auch mal bis 95°C und Notebook-CPU halten noch mehr aus.

Was passiert eigentlich jenseits dieser Temperaturwerte und warum haben nicht alle Hersteller grob dieselben Werte?

 

[Sherman123]

Ich muss zugeben, ich weiß es nicht mit Sicherheit.
Mein Tipp wäre: Die Temperatursensoren sind an völlig unterschiedlichen Positionen.

 

[Shaav]

Hey, gute Idee!

 

[-273,15°C]

Das ist nicht nur eine Idee, das ist wirklich so.
Manche messen hinten, bei den Pins, andere haben die Diode unterm Heatspreader, andere messen theoretisch.

 

[Robo32]

Dabei gibt AMD keine max Temp. an... - die 62° sind TCase.

 

[Shaav]

Also hat die Angabe nichts mit Qualität der Kompotenten, verbauten Materialien oder so zu tun?

Weiterhin würde es heißen, dass eine Überschreitung der Temperaturen bei AMD kritischer sind als bei Intel, da diese ja ungenauer gemessen werden und es einen Wärmeverlust zwischen Heatspreder und dem sensor gibt.

 

[digitalangel18]

AMD gibt in etwa die maximale Temperatur des Heatpreaders an (das ist bei Intel die TCase) und liegt mit ~63° dort etwa auf dem gleichen Wert wie die meisten Intel CPUs. Diese Temperatur ist weder bei Intel, noch bei AMD mit den Mainboard/CPU eigenen Fühlern direkt messbar. (Die angezeigte CPU Temperatur bei Intel ist nicht die TCase).

Eine maximale Kerntemperatur wie Intel (Tjunction) gibt AMD dagegen garnicht an. Die wird vermutlich auch irgendwo zwischen 85 und 105° liegen, genau wie bei Intel.

 

[Shaav]

Also mit anderen Worten:
Ich müsste mir ein Thermometer ins Gehäuse hängen um zu wissen wo Schluss beim Übertakten sein sollte.

 

[Abolis]

Was passiert eigentlich jenseits dieser Temperaturwerte und warum haben nicht alle Hersteller grob dieselben Werte?

Die Position der Temperaturmessung spielt natürlich auch eine Rolle. Wesentlich entscheidender ist die verwendete Technologie. Si-Bulk, SOI, low power, high power, frequenz, packungsdichte, Strukturbreite, Metallisierungsunterschiede, Prozessstabilität etc...

Es gibts Si-Bauteile die sich auch deutlich jenseits der 150°C betrieben lassen... genau gibt es welche die bereits bei ca. 100° sehr schnell degradieren.

Direkt vergleichen lassen sich die Max.Temps von Bauteilen mit Rückschlüssen auf die Qualität nicht.

 

[Robo32]

Beim OC haben die Herstellerangeben gar nichts zu sagen, da sich diese nur auf den normalen Betrieb beziehen.

Je kälter die CPU desto besser ist die Chance auf gutes OC - mehr nicht.

 

[Marv82]

Was passiert eigentlich jenseits dieser Temperaturwerte?

Es kommt zu einem Durchbruch oder auch Lawineneffekt. Der in diesem Fall zur Zerstörung des Halbleiters führt.

http://de.wikipedia.org/wiki/Thermischer_Durchbruch

 

[digitalangel18]

Temperatur killt heute keinen Chip mehr, dafür gibt es umfangreiche Schutzmechanismen (Throttlen, Spannung absenken, im Extremfall abschalten). Solange alles stabil läuft, muss man sich darüber im Prinzip kaum Gedanken machen. Dieser ganze Temp Wahn ist wohl nur durch die Kühlerindustrie und übervorsichtige User entstanden.

Die in die CPUs eingebauten Sensoren sind in erster Linie auch nur dafür gedacht, adequate Werte für diese Schutzmechanismen bereit zu stellen, oder automatische leise Lüftersteuerungen zu ermöglichen. Das teils fanatische Überwaschen der Temperaturen und der Kampf um 2-3° weniger Temp ist dagegen ziemlicher unfug.

Beim Übertakten kannst du die Herstellerangaben sowieso vergessen, die gelten nur für Normalbetrieb.

 

[Abolis]

Es kommt zu einem Durchbruch oder auch Lawineneffekt. Der in diesem Fall zur Zerstörung des Halbleiters führt.

Direkt zum Durchbruch führt ein Betrieb überhalb der Angegebenen Temperatur nicht. Da gehört schon deutlich mehr dazu.

Temperatur killt heute keinen Chip mehr, dafür gibt es umfangreiche Schutzmechanismen (Throttlen, Spannung absenken, im Extremfall abschalten)

Bei höherer Temperatur degriert ein Transistor schneller, die Haltbarkeit nimmt ab. Aber das ist ein statistischer Prozess, daher kann man nie genau sagen, wie schnell. Eine Faustregel ist 10° mehr Temp. = halbierte Lebensdauer.
Ob dies nun eine Rolle spielt sei mal dahin gestellt. Wenn man von einer durchschnittlichen Lebensdauer von ca. 10-20Jahren bei einer CPU ausgeht (innerhalb des Thermalenvelopes) ist dies aber als normaler Konsument eher irrelevant.

 

[Sherman123]

Bei höherer Temperatur degriert ein Transistor schneller, die Haltbarkeit nimmt ab. Aber das ist ein statistischer Prozess, daher kann man nie genau sagen, wie schnell. Eine Faustregel ist 10° mehr Temp. = halbierte Lebensdauer.

CPUs werden auf eine Lebensdauer von 50Jahren ausgelegt (zumindest habe ich dies vor einigen Jahren gelesen). Deine "10°-Faustregel" kann man getrost vergessen. Außerdem ist der Abbau sicherlich höchstgradig nichtlinear. Oder willst du mir einreden, dass zwischen 0°C und 10°C die selbe prozentuale Differenz liegt, wie zwischen 90°C und 100°C?

Aber in einem Punkt stimme ich dir zu: Nicht so viele Gedanken über die letzten paar Grade machen.

 

[Abolis]

CPUs werden auf eine Lebensdauer von 50Jahren ausgelegt

Die genaue Lebensdauererwartung bei Intel/AMD kenne ich leider nicht. Aber bei vielen Halbleiterprodukten sind 10-20Jahre üblich. Daher bin ich davon mal ausgegangen.

Deine "10°-Faustregel" kann man getrost vergessen. Außerdem ist der Abbau sicherlich höchstgradig nichtlinear. Oder willst du mir einreden, dass zwischen 0°C und 10°C die selbe prozentuale Differenz liegt, wie zwischen 90°C und 100°C?

Meine Angabe ist auch nicht linear, sondern quadratisch.
10° = Lebensdauer/2 .... 20° = (Lebensdauer/2)/2 = Lebensdauer/4...

Wenn man also davon ausgeht, dass eine CPU bei sagen wir 60°C ca. 20 Jahre hält, dann sind bei 90°C nur noch ca. 2,5 Jahre ... (aber! nur statistisch betrachtet, nicht absolut)

Und diese Faustregel ist nicht aus der Luft gegriffen. Ich bin Ingenieur in der Halbleiterentwicklung und Reliability ist mein täglich Brot Sie ist natürlich nur eine grobe Annäherung (Substrat, Technologie, Fertigungsabweichungen etc spielen auch eine Rolle), aber als solche durchaus exakt genug und liest man auch oft genug in der Fachliteratur.

Das letzte Grad rauszukitzeln wird nie einen Unterschied machen. Aber in den extremen merkt man diesen sehr wohl.

 

[Sherman123]

Meine Angabe ist auch nicht linear, sondern quadratisch.

Ich schrieb nichts von linear, sondern von "höchstgradig nichtlinear".
Okay, ich wusste nicht dass du von Fach bist. Mir kommt diese Regel immernoch ein wenig spanisch vor.

Danke für deine Informationen.

 

[Abolis]

Das Problem bei der Halbleiterdegradation sind die unzähligen Faktoren die eine Rolle spielen (auch wenn man nur die thermische betrachten möchte).
Wenn man rein von der thermischen Seite aus die Chipzerstörung betrachtet gibt es eigentlich hauptsächlich 3 Defektursachen:
1) Gitterschwingungen sind so stark, dass Elektronenstösse zunehmen => herauslösen eines Gitteratoms wird wahrscheinlicher
2) mechanische Verspannungen zwischen verschiedenen Stoffen (Metall, Halbleiter, Nitride etc. ) sorgen für lokale Delamination und dadurch für Strom/E-Feld-Spitzen, Leckströme etc ...
3) ungewollte Ionenwanderung (Legierung) findet statt, wodurch Stoffe durch Diffusionsbarrieren wandern (beispiel wäre AL und Gold die beispielsweise durch eine Titanbarriere wandern => purple plague)

Alle 3 Punkte sorgen für einen Ausfall. Allerdings gilt meine Faustregel genauso wie die obigen Punkte nur für Temperaturen unterhalb der Durchbruchstemp. Sobald die Durchbruchstemp erreicht wird, ist der Halbleiter sowieso zerstört (ab hier wird die Lebensdauer immer 0 ).