La temperatura fa aumentare i consumi??

[iuccio]

Dopo aver letto un articolo su Tom's Hardware, noi partecipanti al thread "PC a basso consumo per uso 24H/24" ci siamo domandati se è vero che, come scritto in quell'articolo, i consumi di un processore aumentano all'aumentare della temperatura.

Per quel che ne sappiamo la resistività elettrica di un conduttore aumenta all'aumentare della temperatura.
Tuttavia il silicio dovrebbe essere un semi-conduttore...

Insomma, FISICI ACCORRETE!

[Lucrezio]

Non me ne intendo troppo, però all'aumentare della temperatura aumenta l'energia cinetica media degli elettroni, rendendo più facile quindi il passaggio da banda di valenza a banda di conduzione.
Questo probabilmente porta a delle dispersioni di corrente dovute ad una conduzione meno controllata... ma non sono competente in materia, quindi non vi fidate troppo
Chiedo a qualche fisico se ha voglia di dare una spiegazione

[Capellone]

x Lucrezio: nei metalli gli elettroni sono coinvolti in un tipo di legame metallico che li distoglie dal orbitale atomico per cui non hanno bisogno di fare transizioni per essere mobili.
inoltre i semiconduttori di silicio drogato potrebbero deteriorarsi più rapidamente all'aumentare della temperatura

x iuccio all'aumentare della temperatura aumenta la resistenza elettrica dei materiali, quindi è plausibile che aumenti il consumo come indicato nell'articolo di tom's hw; ma la differenza si sente quando si confronta un raffreddamento attivo con uno passivo, ciè la cpu deve cominciare a surriscaldarsi per dare segni di spreco energetico fuori dalle specifiche progettuali

[black92]

Originariamente inviato da Capellone

x Lucrezio: nei metalli gli elettroni sono coinvolti in un tipo di legame metallico che li distoglie dal orbitale atomico per cui non hanno bisogno di fare transizioni per essere mobili.
inoltre i semiconduttori di silicio drogato potrebbero deteriorarsi più rapidamente all'aumentare della temperatura

x iuccio all'aumentare della temperatura aumenta la resistenza elettrica dei materiali, quindi è plausibile che aumenti il consumo come indicato nell'articolo di tom's hw; ma la differenza si sente quando si confronta un raffreddamento attivo con uno passivo, ciè la cpu deve cominciare a surriscaldarsi per dare segni di spreco energetico fuori dalle specifiche progettuali

esattamente

[leoneazzurro]

Nei semiconduttori puri la temperatura fa diminuire la resistenza, infatti i semiconduttori sono tali perchè il gap energetico tra la banda di valenza e quella di conduzione è abbastanza piccolo perchè l'eccitazione termica già a temperatura ambiente riesca a "strappare" degli elettroni agli atomi passandoli nella banda di conduzione. Questo fenomeno al salire della temperatura non solo controbilancia ma addirittura fa diminuire la resistività del materiale semiconduttore puro all'aumentare della temperatura (entro certi limiti).

I semiconduttori delle CPU, però, non sono semiconduttori puri, ma "drogati", ossia con delle impurezze che sostituiscono nel reticolo cristallino gli atomi di Silicio con elementi trivalenti (drogaggio "P") o pentavalenti (drogaggio "N"). Queste impurezze di fatto aggiungono di "default" dei portatori di carica liberi (lacune o elettroni) al materiale: a seconda della concentrazione di queste impurezze si può avere un materiale che si comporta come il semiconduttore puro (basso drogaggio - Resistenza che diminuisce all'aumentare della temperatura) oppure più come un metallo (resistenza che aumenta all'aumentare della temperatura). I dispositivi all'interno di una CPU sono fondalmentalmente di 3 tipi: transistors di tipo MOS (unipolari, ma se la tecnologia è di tipo CMOS sono presenti sia a canale P che a canale N), condensatori e resistenze. Per motivi tecnologici (principalmente per tenere alta la mobilità degli elettroni nel materiale per tenere alta la frequenza di switching) il silicio delle CPU si comporta come il primo caso (resistenza che diminuisce con la temperatura). Ora le perdite in una CPU sono dovure a 3 fattori:

1) Conduzione dei transistors
2) Perdite per leakage (corrente di dispersione quando il MOS è "spento")
3) Perdite per switching

Se la tensione di alimentazione è costante, la perdita 1) aumenta all'aumentare della temperatura, poichè P=V^2/R.
La perdita 2) aumenta anch'essa, perchè all'aumentare della temperatura crescono i portatori minoritari che sono all'origine della corrente di dispersione.
La perdita 3) è poco influenzata dalla temperatura.

Questo fenomeno di aumento delle perdite all'aumentare della temperatura è pericoloso, poichè senza un'adeguato controllo della temperature si può verificare il fenomeno della cosiddetta "fuga termica" che porta alla distruzione del dispositivo.

[iuccio]

Davvero molto interessante e ben esposto. Persino io che son ignorante nel campo riesco a capire abbastanza.

Originariamente inviato da leoneazzurro

P=V^2/R

Potresti esplicitare la formula?

[leoneazzurro]

Originariamente inviato da iuccio

Davvero molto interessante e ben esposto. Persino io che son ignorante nel campo riesco a capire abbastanza.



Potresti esplicitare la formula?

P - Potenza elettrica che si trasforma in calore per effetto Joule.
V -tensione
R - resistenza

quindi potenza = tensione al quadrato diviso resistenza.

Dato che V è mantenuta costante dai circuiti di alimentazione, se scende R a causa della temperatura, la potenza dissipata aumenta.

[Capellone]

bravo leone, molto accademico e anche molto esauriente

[ilos3]

Originariamente inviato da leoneazzurro

P - Potenza elettrica che si trasforma in calore per effetto Joule.
V -tensione
R - resistenza

quindi potenza = tensione al quadrato diviso resistenza.

Dato che V è mantenuta costante dai circuiti di alimentazione, se scende R a causa della temperatura, la potenza dissipata aumenta.

Per fortuna che ho già dato l'esame di elettronica