МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ПРОЦЕССОРА

Modeling of thermal conditions of the processor

Alexey Komkov

graduate student of Ivanovo State Polytechnic University

Russia, Ivanovo

Ivan Suvorov

graduate student of Ivanovo State Polytechnic University

Russia, Ivanovo

Ravil Allamov

postgraduate student of the Department of Engineering and Computer Graphics of the Ivanovo State Polytechnic University

Russia, Ivanovo

АННОТАЦИЯ

В статье представлены методы проектирования радиоэлектронной аппаратуры и способы моделирования теплого режима на этапе проектирования для повышения надежности работы аппаратуры в целом с использованием свободно распространяемого программного обеспечения.

ABSTRACT

The article presents the design techniques of designing electronic equipment and ways of modeling the thermal regime at the design stage to improve the reliability of work of equipment, using free software.

Ключевые слова: метод конечных элементов, моделирования теплого режима.

Keywords: finite element modeling, thermal regime.

Моделирование теплового режима процессора важно в связи с минимизацией размеров электронного оборудования и дельнейшего развития процессоров, а также разгона процессоров.  

Нами был смоделирован процессор и проведен термический анализ в Solidworks simulation. Термический анализ необходим во избежание перегрева. Перегрев - это основной критический показатель для технологического прогресса в частности компьютерных технологий, так как высокая температура может повредить электронные компоненты.

Рисунок 1. Распределение термических нагрузок на моделируемом процессоре

Нами была создана модель процессора, в качестве основных параметров выбран материал – кремний, начальная температура составляет 20 градусов Цельсия. Тепловая мощность процессора составляет 15ват, что соответствует параметрам моделируемого процессора. Коэффициент конвективной теплопередачи равен 25 Вт/м2 К, а объемная (окружающей среды) температура равна 20 градусов Цельсия.

Рисунок 2. Термическая модель исследуемого процессора

На термической (рисунок 1) модели видно, как распределяется температура по объекту с течением времени в переходном процессе, так же можно вывести список температур на конкретном местоположении модели. Сначала термическое исследование было проведено без охлаждения, процессор нагревался до 120 градусов при его максимальной рабочей температуре в 90 градусов происходил перегрев. Второе термическое исследование с учетом охлаждения показало, температуру процессора 79.2 градусов, что вполне приемлемо для работы процессора.

Также нами была собрана лабораторная установка, которая состоит: из системного блока с данным процессором, платы Arduino с подключенных к ней четырех цифровых температурных датчиков ds18s20 установленных на процессоре.

Рисунок 3. Блок схема подключения  Arduino - температурный 1-Wire датчик DS18S2

Arduino считывает информацию с датчиков, компьютер считывает информацию с Arduino. С датчиков была получена температура 40 градусов.

Рисунок 4. Графики изменения показателей датчиков температур во времени

На лабораторной установке были получены более точные результаты в отличие от термического исследования в Solidworks simulation. Так как эксперимент был проведен в реальных условиях, а Solidworks не может учесть все внешние факторы.

Данный аппаратно-программный комплекс позволяет проводить анализ перегревов оборудования в зависимости от загрузки процессора, обрабатывать полученные данные и выводить графики изменения температур в зависимости от сложности выполнения задач.

Список литературы:

1. http://robocraft.ru/blog/438.html [электронный ресурс] – информация о датчике DS18S20
2. http://www.compel.ru/2012/07/17/max31826-vyisokotochnyiy-1-wire-datchiktemperaturyi-s-eeprom/ [электронный ресурс] - MAX31826 – высокоточный 1-Wire датчик температуры