CPUや他のチップの熱力学はどのように扱われますか？

そのようなシステムの熱効率を設計することは非常に難しいと私は聞きます。私はなぜなのかわからない、と私は興味を持っています。

一方で、私は熱がどういうわけかシステムの総電力の関数であることを賭けます。一方、個々のビットが反転すると、熱がダイの周りを移動すると思います。

熱はどのようにしてダイの周囲を移動し、これはCPUの冷却にどのように影響しますか？熱の移動に対応するために特別な補償が行われていますか？

ヒートシンク設計の熱力学に関するすべての基本的な問題がよく提示されています ここに （ページ下部のきれいなCFD写真を見逃さないようにしてください）。

ここで提示されていないのは、コンピュータケース内部のより大きな流れ場構造です。最近では、3+ GHzでCPU速度を向上させるために、設計作業が増えています（1）。 ダクテッドファン （2）と同様 フローダクト ケースの内部と外部にすばやく空気を通過させます。

ダクテッドファン 通常のファンよりも推力を発生させる（またはより多くの空気を移動させる）のは、ダクトによって先端部の周囲に流れの漏れが少なくなるためです。 （これは飛行機の翼の先端と似た概念です）。だから、ブレードの先端は最も速く空気を動かすことができるファンの上の場所です。

について フローダクト ケーシング内では、ノズルのベルヌーイ効果を利用してヒートシンク上の流れを加速し、できるだけ速く熱を取り除くことができます。これは、4 + GHz以上の速度を達成しようとしているオーバークロッカーにとって特に一般的になりました（例： http://www.overclockers.com/ducts-the-cheap-cooling-solution/ ）

より高速のＣＰＵを製造したいという要望は、より優れた冷却システムを設計する必要性を強く押し出している。液体冷却または窒素冷却などの話題は議論されていないが、特に５ＧＨｚを超える速度でオーバークロックするために、ＣＰＵをより効率的に冷却しようと試みるための代替方法でもある（例えば、参照）。 http://www.tomshardware.com/reviews/5-ghz-core-i7-980x-overclocking,2665.html ）

最後に、私はあなたが考えるべき何かをあなたに任せる…私はかつて10GHzで動いているCPUによって発生する熱が太陽の熱と同等であると聞いた。そのトピックに関するかなり良い議論がここにあります： http://www.reddit.com/r/askscience/comments/ngv50/why_have_cpus_been_limited_in_frequency_to_around 。

現代のプロセッサチップの周囲の熱システムは確かに複雑であり、そして主要な設計上の焦点である。電気的および経済的な理由のために、プロセッサ内の個々のトランジスタを小さくして互いに接近させるのは良いことです。ただし、熱はこれらのトランジスタから発生します。電力が供給されている状態で座っているというだけの理由で、常に消費されているものもあります。他の構成要素は、それらが状態を切り替えるときにのみ発生する。これら2つは、プロセッサの設計時にある程度トレードオフすることがあります。

各トランジスタは多くの電力を消費することはありませんが、狭い領域に何百万という（文字通り）一緒に詰め込まれています。この熱が積極的かつ積極的に取り除かれなかったならば、現代のプロセッサーは数秒から数十秒で彼ら自身を調理するでしょう。現代のプロセッサでは、50〜100 Wがライン外に出ることはありません。今度はほとんどのはんだごてがそれより少なくから実行し、ほぼ同じ表面積の金属の塊を熱することを考慮しなさい。

解決策は、大きなヒートシンクを小さなダイに固定することでした。実際、ヒートシンクはプロセッサの全体的な設計の不可欠な部分でした。パッケージは、ダイからの熱電力を外側に伝導できなければなりません。そこで、固定されたヒートシンクがそれをさらに伝導し、最終的にそれを流動空気に放散することができます。

これらのプロセッサの電力密度が高くなっているので、これはもはや十分ではありません。ハイエンドプロセッサは現在、アルミ製または銅製の古いヒートシンクの場合よりも効率的にダイから放熱フィンに熱を移動させるアクティブ冷却または相変化システムを備えています。

場合によっては、ペルチェクーラーが使用される。これらはダイからの熱を空気流に結合することがより容易な他の場所に積極的に送り出す。これには独自の問題があります。ペルチェはかなり非効率的なクーラーであるため、取り除く必要がある総電力は、ダイが消散する電力よりはるかに大きくなります。ただし、放熱フィンが最終的にはるかに高温になった場合でも、アクティブなポンピング動作が役立ちます。放熱フィンのアルミニウムまたは銅は、半導体ダイよりもはるかに高い温度に耐えることができるため、これはうまくいきます。シリコンは約150℃で半導体のように機能しなくなり、実際の回路ではそれ以下の動作マージンが必要です。ただし、ヒートシンクフィンははるかに高い温度にも容易に対処できます。アクティブヒートポンプはこの違いを利用します。

過去には、流動する液体窒素で冷却された処理機があった。これは、今日のテクノロジを備えた通常のデスクトップPCにとって経済的には意味がありませんが、熱管理は、コンピュータの開発以来、コンピュータ設計の重要な部分となっています。 1950年代になっても、これらすべての真空管が互いに溶けるのを防ぐことは、慎重に検討しなければならなかったことです。