سبب تخفيض درجة حرارة المعالح الى درجات منخفضة جداً عند كسر السرعة لأرقام كبيرة

[-M7mD]

السلام عليكم ,,

كما يرى الجميع كيف عند كسر السرعة لأرقام كبيرة يتم تخفيض درجة حرارة المعالح الى درجات منخفضة جداً
قد تصل لـ - 200

هل السبب لعدم حرق المعالج بسبب الحرارة الناتجة ؟؟!
لا لان المعالج يتوقف عن العمل عند درجة محددة بشكل اتوماتيكي ..
على سبيل المثال عند 100سلسيوس
ممكن حد يقول هذا هو السبب ؟؟
لا لان الهدف من كسر سرعة مثلاً لـ 6 GHZ
هو فقط تحطيم أرقام أو أو ألخ ..
وليس من الاجل القيام بختبار ثبات بواسطة Prime
لذلك يكون الغرض فتح الويندوز و أخذ صورة ..
أذن ممكن تبريد الماء من شركة محترمة مثل Swiftech
أن يحافظ على عدم تخطي الـ 100 درجة
لكن لا يمكن ذلك
لماذا ؟؟
الجميع يعلم أن المعالج مصنوع من أشباه موصلات ( سيلكون , أو جرمانيوم )
لمحة

صناعة المعالج هي جلب السيليكون (موجود بكثرة في الرمال الصحراوية البيضاء ) ومعالجته بشكل خاص ودقة تامة ليصبح في النهاية على شكل كريستال حجم الواحدة منها يقارب العشرين سنتيمتراً ، وتقطع بواسطة أدوات خاصة إلى شرائح كل شريحة منها سمكها أقل من 1 مليمتر - تخيل - وقطرها 20 سم ( عملية دقيقة جداً ) وتستعمل كل واحدة من هذه الرقاقات بعد المعالجة في صنع ما يقرب من 140 معالج يعطب منها حوالي 20 . وتكفي الكريستالة الواحدة لصنع الآلاف من المعالجات وكلما كانت شريحة السليكون أقل سمكاً كلما تمكنا من إنتاج معالجات أكثر بنفس كتلة الكريستال وهذا يخفض التكلفة

والذي أريد أن أوصل لهو هو أن كل ما أرتفعة حرارة السيليكون ترتفع مقاوميته
نتاسب طردي
وعند أرتفاع المقاومية يؤدي ذلك الى زيادة حركة الجزيئات
مما يسبب تصادم مع التبار المار لذلك لا يقلع الجهاز ...

والان لب الموضوع :ah22:
يتم التبريد لدرجات منخفضة جداً بسبب ظاهرة تسمى
ظاهرة فرط الموصلية
وهي أن أنخفاض درحات الحرارة الى قيم محددة متدنية يؤدي الى أنعدام مقاومية المادة تقريباً ويسري التيار من دون أعاقة
وتسمى درجة الحرارة التي تفقد فيها المادة مقاومتها بدرجة الحرجة
ويطمح العلماء مستقبلاً الى الوصول الى مركبات تتمتع بموصلية فائعقة في درجة حرارة الغرفة (27)
تستخدم المواد فائقة الموصلية في تطبيقات عديدة
- الاجهزة الطبية المستخدمة في تصوير المغناطيسي
- أنظمة تخزين الطاقة المغناطيسية
-مسارعة الجسيمات النووية الدقيقة

سلام

يمكن النقل مع ذكر المصدر

[mostafa341]

شكرا على المعلومات القيمة

[ibrahimfr]

جزاك الله خير أخي العزيز معلومات جميلة ومفيدة

تقبل مروري أخي الكريم

[Sevenat]

شكرا لك علي المعلومات القيمة.

فعلا فلا أحد يعرف لماذا درجات الحرارة المنخفضة جدا هذه (الا الدارس).
فيا سلام لو درجة الحرارة بقت 0 كلفن أو الصفر المطلق (-273.15 درجة مؤية) يبقي معندكش مقاومة نهائي فالتيارات سوف لا تلقي أي نوع من المقاومة بس دية فكرة نظرية من المستحيل الوصول اليها (حتي الأن)
وهذا ما يفرق بيس استخدام النيتروجين السائل والهليوم السائل.
فدرجة حرارة غليان الهليوم السائل-269 درجة أقل من درجة حرارة غليان النيتروجين السائل -196 درجة فهناك فرق شاسع 73 درجة مؤية.

[الخلف]

بداية موفقة عزيزي ولي بعض الملاحظات

1- مسألة اختلاف المقاومة : المعادن عادة تقل مقاومتها عند انخفاض الحرارة، أما أشباه الموصلات ( خلائط السيليكون ومواد أخرى أو الجيرمانيوم ومواد أخرى ) فإنها على العكس من المعادن فإن مقاومتها تزيد عند انخفاض الحرارة...

2- مسألة عدم الإقلاع : عدم الإقلاع أو عدم الاستقرار يكون لعدة أسباب منها
أ) عدم كفاية جهد المعالج للوصول لذلك التردد
ب) زيادة جهد المعالج أكثر من اللازم

ارتفاع جهد المعالج عن حدود معينة يزيد حالة التسريب leakage وهي ناجمة عن انتقال الإلكترونات عبر العازل نتيجة زيادة طاقة الإلكترونات نفسها، فرغم أن العازل مهمته العزل إلا أنه رقيق جداً ولاتتخطى سماكته بضع ذرات، هذا يجعل الإلكترونات تتسلل من خلاله واصلة إلى أماكن لايجدر بها الوصول إليه، وحسب مقدار التسرب فإنه يمكن لمجموعة من الإلكترونات مثلاً أن تصل لقطب ترانزستور يجب أن يكون مغلقاً ولكن وصولها إليه يفتحه... هذا الأمر أجبر المهندسون على تطوير تقنيات اكتشاف وتجنب الأخطاء، ولكن هذه التقنيات لايمكنها العمل في ظل وجود أخطاء كثيرة تجعل حتى من تلك التقنيات نفسها تخطئ، وبالتالي يصبح المعالج عديم جدوى لأنه لايستطيع المعالجة لكثرة التسريبات الواقعة

تخفيض حرارة المعالج يساعد على الحد من هذا الأمر عن طريق تخفيض طاقة الإلكترونات لما دون قدرتها على القفز والتسلل عبر العوازل مع الإبقاء على كون الإلكترونات تمتلك طاقة كافية للحركة بسرعة كبيرة تكفي للوصول للتردد المطلوب

3- ظاهرة فرط الموصلية لا تنطبق في المعالجات، تحتاج هذه الظاهرة إلى مواد خاصة ودرجات حرارة منخفضة جداً، ورغم أن أفضل مواد فرط الموصلية يمكنها العمل في درجة حرارة 138 تحت الصفر ( مركب من أكسيد النحاس إضافة للزئبق + الكالسيوم + الباريوم ) إلا أن هذه المواد غير صالحة في ظروف الحرارة العادية كما أنها ليست من أشباه الموصلات ولاتوجد طريقة يمكن استخدامها لتصنيع تلك المواد بنفس طريقة تصنيع المعالجات


إذاً لماذا التبريد ؟
أحد الفوائد التي ذكرتها هي مسألة تخفيض التسريبات، ربما يعرف بعض كاسري السرعة أن بعض الإعدادات لا تعمل أو لا تستقر إلا باستخدام وسيلة تبريد أفضل رغم أن الإعدادات نفسها هي هي إلا أنها لن تكون مستقرة إلا باستخدام درجات حرارة أقل وذلك لتخفيض التسريب...
ولمجرد المعلومية قد تفيد كاسري السرعة...
زيادة الجهد = زيادة التسريب + زيادة استهلاك الطاقة
زيادة التسريب = زيادة استهلاك الطاقة
أي أن مجرد زيادة بسيطة في الجهد ترفع من استهلاك الطاقة بشكل أكبر ليس فقط نتيجة ارتفاع الجهد حسب قانون الطاقة ( الطاقة = الجهد × التيار )، وإنما أيضاً نتيجة زيادة نسبة التسريب... بعض كاسري السرعة الذي يمتلكون أجهزة دقيقة لقياس استهلاك الطاقة يشهدون انخفاض في استهلاك الطاقة عند زيادة تبريد المعالج وذلك نتيجة كون التبريد يقاوم التسرب...


المشكلة الكبرى التي تكون عند ارتفاع الحرارة والتي تسبب في دمار المعالج هو انصهار التوصيلات الدقيقة فيه، عندما يتم استخدام جهد مرتفع فإن سرعة الإلكترونات تزيد مما يجعل اصطدامها بالأنوية ( الأيونات ) في المواد قوي رافعاً درجة الحرارة بشكل أكبر، ومع زيادة الجهد فإن الطاقة المارة عبر التوصيلات تجعل التوصيلة غير قادرة على التحمل مما يؤدي لانصهارها وبالتالي تلفها...
ارتفاع حرارة المعالج يؤدي إلى تسريع انصهار التوصيلات لأنها لن تجد مكاناً تتخلص فيه من حرارتها الزائدة...

ربما يذكر بعضكم موضوعاً طُرح قبل فترة يخص مشاكل في مقبس معالجات Intel، وكانت المشكلة تتلخص في أن بعض إبر الطاقة لا تكون متصلة، وفي الظروف العادية فإن الإبر المتصلة تكون كافية، ولكن عند كسر السرعة الكبير والحاجة لرفع الجهد فإن الإبر المتصلة تكون غير كافية لنقل كل الطاقة وبالتالي ترتفع حرارة وينصهر بعضها، وانصهار البعض يزيد من الحمل على الباقي فترتفع حرارة الإبر الباقية أكثر وتنفصل بعضها أيضاً وهكذا حتى يسبب حروق في اللوحة + المعالج

الأمر هنا مشابه ولكن على مستوى أصغر بكثير لكونه يخص ما بداخل المعالج وليس التوصيلات الخارجية...

[Brigadier]

المشكلة الكبرى التي تكون عند ارتفاع الحرارة والتي تسبب في دمار المعالج هو انصهار التوصيلات الدقيقة فيه، عندما يتم استخدام جهد مرتفع فإن سرعة الإلكترونات تزيد مما يجعل اصطدامها بالأنوية ( الأيونات ) في المواد قوي رافعاً درجة الحرارة بشكل أكبر، ومع زيادة الجهد فإن الطاقة المارة عبر التوصيلات تجعل التوصيلة غير قادرة على التحمل مما يؤدي لانصهارها وبالتالي تلفها...
ارتفاع حرارة المعالج يؤدي إلى تسريع انصهار التوصيلات لأنها لن تجد مكاناً تتخلص فيه من حرارتها الزائدة...

لكن هل ينطبق هذا الحال ان تم كسر المعالج بفولت مرتفع نسبياً ولكن كان الوضع تحت تبريد جيد بحيث يضمن للمعالج درجات منخفضه في حدود نطاق 20 و 40 ؟ "للانويه".

[الخلف]

في هذه الحالة سيكون التسريب موجوداً مما يجعل الجهاز غير مستقر وبالتالي لن يعمل الجهاز بشكل دائم حتى يضمن الضرر

ولكن ارتفاع الجهد في نفس الوقت عن حدوده المعقولة في ظل عدم وجود تبريد كافي يؤدي لنتائج وخيمة والسبب أن ارتفاع الجهد كما ذكرت يسبب التسريب وبالتالي حرارة أكبر، فلو كان الجهد فوق اللزوم فإن الحرارة قد ترتفع بشكل مفاجئ أسرع مما يمكن لنظام التبريد العادي أن يتخلص منها مما يؤدي لانصهار غير محسوب...

تلاحظ في أنظمة التبريد باستخدام الضاغط ( الفريون ) يتم تشغيل الضاغط أولاً حتى تنخفض درجة الحرارة لحد معين ثم يعمل الجهاز، هذه آلية موجودة مسبقاً في تلك الأنظمة حتى تضمن عدم تدمر المعالج، فالجهد المرتفع يرفع الحرارة بشكل كبير ومفاجئ خصوصاً في حال وجود تقنيات حفظ الطاقة التي تخفض الجهد والتردد في حال الخمول ليكون المعالج عادي ونظام التبريد جيد، ولكن ما إن يوجد الضغط حتى يرتفع الجهد والتردد بشكل أسرع مما يمكن لنظام التبريد أن يستوعب فترتفع حرارة التوصيلات الداخلية بشكل أسرع من عملية انتقال الطاقة من التوصيلات إلى سطح المعالج إلى نظام التبريد وبالتالي تتدمر التوصيلات...

وجود درجات حرارة منخفضة يضمن أن تكون كل الأمور تحت السيطرة خصوصاً في لحظات القفزات المفاجئة ( لحظة تشغيل الجهاز، الانتقال من وضع الراحة لوضع الإجهاد وغير ذلك )

[-M7mD]

شكراً أخي الخلف على التصحيح قد غفلت أسف جداً
أن أشباه الموصلات عكس الموصلات عند زيادة الحرارة
وكتبت الموضوع على هذا الاساس
أضافة
تتميز اشباه الموصلات
- مقاومتها الموعية أكبر بكثير من المقاومة النوعية للمواد الموصلة
-مقاومتها تقل مع أرتفاع درجة الحرارة على عكس المواد الموصلة :D
- عدد الالكترونات الحرة في المواد شبه موصلة أقل منها في المواد الموصلة



المعامل الحراري هو مقدار الزيادة أو النقص في المقاومة
لكل درجة


أحزمة الطاقة

تخفيض حرارة المعالج يساعد على الحد من هذا الأمر عن طريق تخفيض طاقة الإلكترونات لما دون قدرتها على القفز والتسلل عبر العوازل مع الإبقاء على كون الإلكترونات تمتلك طاقة كافية للحركة بسرعة كبيرة تكفي للوصول للتردد المطلوب

الانتقال من حزمة التكافؤ الى حزمة التوصيل

في أقرب سوف أقوم بشرح
نظرية أحزم الطاقة
و المواد الشبه موصلة نقية و الغير نقية
وعملية التطعيم
لتوضح الصورة

[S@M]

موضوع رائع اخى محمد ....


وشرح اروع من الآخ الخلف ....

شكرا لكما على الآفادة ...وتم تقيم الموضوع

[الخلف]

لفهم آلية توصيل الطاقة والمقاومة وأشباه الموصلات... مجرد مختصر اكتبه في عجالتي

في المعادن والمواد الموصلة تكون كما نعلم الذرات في مكانها وهي تتكون كما نعلم أيضاً من أنوية تدور حولها الإلكترونات شأنها شأن كل المواد، وشأن كل المواد فإن الإلكترونات تدور في مستويات تسمى مستويات الطاقة...
في المواد المعدنية ترتبط الذرات ببعضها البعض عن طريق روابط كيميائية عن طريق الإلكترونات وفي حال المعادن الموصلة فإن جزء من تلك الإلكترونات تظل حرة وغير مرتبطة بذرات أخرى ولكنها تظل مرتبطة بذراتها هي مما يعطيها حرية أكبر، وفي المواد الموصلة خصوصاً المعادن يحدث تغيّر هام عند تطبيق فرق جهد بين طرفين للمادة، ما يحدث أن تلك الذرات تفقد إلكتروناتها الحرة تاركة النواة متأينة ( فاقدة إلكتروناً أو أكثر ) وتبدأ الإلكترونات تسير في الفضاء البيني للأيونات تلك وكأنها نهر يجري...

إذاً ماهي المقاومة ؟
في الأنهار عندما يكون قعر وضفتي النهر غير مستويتين فإن الماء سيحصل مقاومة نتيجة اصطدامه ببعض العوائق وتتكون تيارات مائية تعيق الماء عن المسير، ولكن عندما يكون القعر والضفتين مستويتين تماماً فإن الماء سيسير بشكل سلس جدأً...
هذا ما يحدث في المعادن والمواد الموصلة، في ظروف الحرارة العادية تكون الأيونات غير متسوية تماماً مما يجبر الإلكترونات على الانعطاف والاصطدام بين الحين والآخر...

كيف تؤثر الحرارة في المقاومة ولماذا تزيد المقاومة مع زيادة درجة الحرارة ؟
تعلمنا أنه كلما زادت الحرارة فإن الطاقة الحركية للذرات تزيد، وفي حال المواد الصلبة فإنها تهتز مكانها، وفي حالة المعادن فإن هذه الاهتزازات تزيد من عدم انسيابية الأيونات مما يؤدي لمزيد من الاصطدامات والانعطافات للإلكترونات وبالتالي تزيد المقاومة...
عندما تقل درجة الحرارة فإن الذرات تقل اهتزازاتها وحركاتها فيصبح جدار الأيونات أكثر استقراراً وانسيابية فتسير الإلكترونات بشكل سلس بانعطافات واصطدامات أقل وبالتالي تقل المقاومة...


ماهي أشباه الموصلات ؟
في الشرح السابق عن التوصيل في المعادن ذكرت أن المعادن ترتبط بجزء من إلكتروناتها بينما إلكترونات أخرى غير مرتبطة وهي التي تسمح بمرور التيار
في المواد الشبه موصلة كالسيلكون وبطبيعتها النقية تكون كل إلكتروناتها مرتبطة بذرات أخرى ولاتوجد اي الكترونات حرة، وبالتالي السيليكون بطبيعته عازل وليس موصّل...
في السيليكون هناك أربع إلكترونات في المجال الخارجي هي التي ترتبط بالذرات المحيطة، وعندما يكون نقياً فإن كل ذرة ترتبط بأربع ذرات مجاورة وهكذا، وبالتالي كما ذكرت لن توجد هناك إلكترونات حرة وبالتالي فهو عازل...

كيف يتم جعله شبه موصل ؟
بسيطة بدلاً من أن يكون نقياً يتم وضع ذرات أخرى تشوّه النقاء

هناك مواد مختلفة حسب ما نريد أن يكون السيليكون
يتم وضع مواد بإلكترونات خارجية أكثر من أربع فتترك النواة وكأنها تمتلك إلكترون فائض، ويتم وضع مواد بإلكترونات خارجية أقل من أربع فتترك النواة وكأنها تملك إلكترون ناقص..
في الحالة الأولى يكون السيلكون من نوع N ( أي سلبي اختصاراً إلى Negative ) وفي الحالة الثانية يكون السيليكون من نوع P ( أي إيجابي اختصاراً إلى Positive )
دع هاتين التركيبتين قرب بعضهما وقد انتهينا، التركيبة التي تمتلك إلكترون فائض لاتستطيع اكتساب الكترون آخر ولكنها تعطي ذلك الإلكترون
أما التركيبة التي تفقد إلكترون فإنها تكتسب إلكترون ولا تعطي، تسمى هذه التركيبة بالثغرة Hole...
فالذي يحدث أن وضع التركيبتين قرب بعضهما سيجعل التيار يمر من تركيبة الإلكترون الفائض إلى تركيبة الإلكترون الناقص وليس العكس أي من N إلى P وليس العكس

وعلى فكرة فإن وضع التركيبتين سيكون أبسط مكون إلكتروني شبه موصل ألا وهو الدايود diode وهو ذو عمل بسيط، السماح للتيار بالمرور في اتجاه واحد فقط...

[Hameedo]

أشكر حقّا الأخ الخلف والأخ محمد علي المناقشة العلمية الممتعة .

أود فقط أن أضيف أنه علي الرغم من أن أشباه الموصلات تستفيد من زيادة درجات الحرارة في تقليل مقاومة مرور التيار ، الا أن هذه الاستفادة تنخفض نوعا ما عند استخدام الترانزيستورات ، وخصوصا MOSFET ، أو ترانزيستور أوكسيد المعادن شبه الموصل ذو المجال الكهربي ، وكأي ترانزيستور أو دائرة كهربية فانه يعمل بوضعيتين ، غلق وفتح(أو شبه فتح للدقة) On و Off ، بزيادة درجات الحرارة عن حد معين ، فان مقاومة التيار في وضعية On تزيد (أي في حالة سريان التيار) ، مما يعوق من سريان التيار ، وفي حالة الاستمرار أو الاصرار علي سريان التيار رغم أنه يعاني من معاوقة (في حالة رفع الجهد مثلا) ، فان التيار يسير علي الرغم من أنف المعاوقة ، مما يجعله يولد المزيد من الحرارة ، والتي تضاف الي حرارة الترانزيستور المرتفعة اصلا ، مولدة حرارة عالية جدا تفكك توصيلات الترانزيستور (كما ذكر الأخ الخلف) ، فيما يعرف باسم الانطلاق الحراري Temperature Runaway ، وهي دائرة خبيثة أو فاسدة Vicious Circle ، فالحرارة العالية تعوق التيار ، والتيار في هذه الظروف يولد حرارة عالية ، مما يولد المزيد من الحرارة العالية والتي تعوق التيار ، والذي يسبب المزيد من الحرارة و هكذا حتي يتفكك الترانزيستور تماما .

هذا بالاضافة الي ظاهرة تسريب التيار التي ذكرها الأخ العزيز الخلف .

[Sevenat]

والله الواحد المفروض يكسف علي دمة بقي يبقي بيدرس الكلام ده وناسي خالص ان اشباة الموصلا التوصيلية بتاعتها بتقل بتقليل درجة الحرارة، راحت فيه الكلية والقسم الي انا فيه ده الترانزستور نفسة صميم الدراسة كلها.

بس أنا ان شاء الله هحاول أعمل موضوع شامل عن علاقة درجات الحرارة بالاداء العام للمعالجات بالصوت والصورة.