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CPU Intel Ivy Bridge: temperature infuocate. Ma c'è un perchè

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Intel_Ivy_Bridge_temperature

Ivy Bridge ha rappresentato per Intel l'ultima evoluzione delle sue CPU: una microarchitettura basata essenzialmente su un die shrink che ha ufficializzato il passaggio ai 22 nanometri. Prestazioni maggiori ma, purtroppo, accompagnati da problemi di temperatura: ecco perchè.

Perchè le CPU Ivy Bridge si scaldano così tanto? E' uno degli hot topic (è letteralmente il caso di dirlo) che ultimamente spopola su diversi forum di informatica in giro per il mondo. Provate a digitare Ivy Bridge su Google e ne scoprirete delle belle...

I guru hanno cercato di dare risposte molto teoriche all'argomento: c'è chi sostiene che la causa risieda in una densità di potenza (ovvero il numero di watt sprigionati per unità di area, ndr) superiore rispetto alla precedente architettura Sandy Bridge, e chi invece colpevolizza Intel ritenendo che l'Azienda stia affrontando dei problemi proprio con i transistor tri-gate a 22 nanometri che costituiscono l'elemento base dei nuovi microprocessori.

Se datasheet alla mano appaiono corrette le supposizioni riguardo la potenza (anche nota come TDP, Thermal Design Power), è tuttavia doveroso aggiungere che questo motivo non centra affatto con la causa principale del surriscaldamento.

Chiariamo intanto una cosa: a funzionamento "reference", Ivy Bridge scalda ma nella norma. Il problema si presenta in maniera decisamente più tangibile in overclock: temperature sempre più estreme, spesso già dopo pochi step di incremento della frequenza di clock. Il che limita gli overclocker e crea, com'è ovvio che sia, disappunti.

La vera risposta a questo quesito proviene da un sito giapponese, PC Watch, il quale si è rimboccato le maniche e ha deciso di raggiungere la causa del problema con metodi tanto artigianali e immediati quanto efficaci: scoperchiare il processore.

Innanzitutto una premessa. Generalmente ogni microprocessore in commercio (parliamo di soluzioni a chip removibile) integrano il die di silicio (il nucleo operativo vero e proprio) appoggiato un PCB che pone gli input e gli output in connessione con dei pin dorati. Superiormente, invece, una placca in alluminio, denominata in gergo IHS (Integrated Heat Spreader), svolge il ruolo duale di proteggere il fragile e prezioso pezzettino di wafer in silicio e di farsi carico del calore sprigionato dai transistori e indirizzarlo verso la superficie esterna: qui il dissipatore vero e proprio, installato a pressione sulla CPU, si fa carico infine di smaltire il calore eventualmente anche con l'ausilio di ventole (dissipazione attiva).

Intel_Ivy_Bridge_IHS_parts

Il problema di Ivy Bridge, come mostrato da alcune foto riportate di seguito che ritraggono un esemplare di tali CPU a cui è stato rimosso l'IHS, risiede proprio nella connessione termica tra quest'ultimo elemento e il die della CPU: Intel ha smesso di utilizzare la tecnica della saldatura fluxless e ha brevettato un nuovo metodo. La nuova soluzione consiste nell'impiego di semplice pasta termoconduttiva, dalle qualità termiche altamente scadenti:

Intel_Ivy_Bridge_temperature_IHS

Una conclusione a cui si è giunti testando, anche in configurazione di overclock, la medesima CPU con e senza l'IHS.

La conducibilità termica può essere misurata in watt per metro Kelvin (si può analogamente parlare di coefficiente di resistività termica per dispositivi da dissipare ben più semplici). Confrontando le due tecniche, diversi report hanno concluso che la precedente connessione mediante saldatura gode di una conducibilità pari a 80 W/mK. La "nuova" pasta termica adottata, invece, si ferma all'incirca intorno ai 5 W/mK. Per farla breve, è ragionevole azzardare l'ipotesi che le performance termoconduttive siano peggiorate di circa 15 volte.

L'uso di pasta termica crea di fatto una barriera alla dissipazione del calore non indifferente. In pratica, Intel ha riprodotto all'interno della CPU ciò che già avviene al suo "esterno" installando un dissipatore in alluminio sul microprocessore: ancora una volta, in tal caso, si usa della pasta termica.

I seguenti grafici sono più rappresentativi di mille parole. In particolare mettono a confronto:

  1. Soluzione adottata con Ivy Bridge: CPU Die → 5 W/mK TIM → IHS → 5 W/mK  TIM → Dissipatore
  2. Rimozione dell'IHS e sostituzione della pasta termica adottata da Intel con altre due più prestanti disponibili ad oggi sul mercato (la OCZ Freeze Extreme e la Coollaboratory Liquid Pro).

Intel_Ivy_Bridge_temperature_graph

Potete osservare come i benefici, soprattutto in condizioni di pieno carico, siano evidenti e si traducano in gap che raggiungono addirittura i 20°C. Una foto che ritrae la CPU dopo l'applicazione della pasta termica di OCZ:

Intel_Ivy_Bridge_temperature_IHS_thermal_grease

Non è ben chiara la mossa adottata da Intel che rappresenta una strategia completamente diversa. Soprattutto se si pensa che la stezza Azienda ha brevettato, a suo tempo, la tecnica della saldatura fluxless pubblicizzandola come tecnica che riesce ad irradiare in maniera estremamente efficace il calore dal die in silicio del microprocessore.

Probabilmente, l'impiego di transistor più piccoli e di nuova concezione (tri-gate) ha introdotto delle incompatibilità con tale tecnica, ma la soluzione di ripiego non sembra essere per nulla valida.

Alcune note conclusive su chi punta invece il dito contro l'incremento di densità di potenza: sebbene Ivy Bridge sia il 25% più piccolo del precedente Sandy Bridge, questo non giustifica per nulla un incremento percentuale delle temperature, a parità di frequenza, decisamente sbilanciato. A 4,5 GHz, infatti, mentre un Sandy Bridge si ferma a 60°C, un Ivy Bridge nelle medesime condizioni di dissipazione può raggiungere tranquillamente tra gli 80 ed i 90°C.

Non è escluso che in futuro Intel offra una revision aggiornata di Ivy Bridge correggendo il problema. Così come non è escluso che non attui alcuna mossa. In fondo, rispettando le specifiche di funzionamento standard (niente overclock) il fenomeno di eccessivo riscaldamento è, proporzionalmente, molto meno evidente.

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