5.5 Thermische Modelle
297
Die Leistungsaufnahme und das Wärmeleitvermögen liefern Anhaltspunkte für die
Berechnung der sogenannten Thermal Design Power (TDP).
Definition 5.26 ([584]): Die Thermal Design Power (TDP) ist die maximale thermische Leistung einer Rechnerkomponente, für die das Kühlsystem entworfen wurde.
Die TDP dient anstelle der echten Leistungsaufnahme als nominelle Referenz für
den Entwurf des Kühlsystems.
Wir könnten versuchen, die TDP aus der WCPC und daraus folgend den maximalen Temperaturen sowie dem thermischen Widerstand zu berechnen. Häufig
entsprechen die publizierten TDP-Werte aber nicht der WCPC, sondern sind niedriger angesetzt. Aus diesem Grund werden Temperatursensoren benötigt, um einen
sicheren Betrieb zu gewährleisten. Notfalls müssen funktionelle Bereiche abgeschaltet werden, wodurch Teile von Chips zu dark silicon werden können.
5.5.2 Transientes Verhalten
Bislang haben wir immer nur den eingeschwungenen Zustand betrachtet. Im Allgemeinen muss man zeitlich veränderliche Systeme und die Speicherung mit Wärmekapazitäten betrachten.
Definition 5.27: Die Wärmekapazität eines Objekts ist definiert als die Menge
thermischer Energie E th , die je Differenz ∆θ der Temperaturen gespeichert werden
kann:
C th =
E th
∆θ
(5.52)
Primär hängt C th von der Menge und des Art des Materials im Objekt ab:
C th = c p ∗ m
(5.53)
wobei c p die spezifische Wärmekapazität ist und m die Masse. Wir können Gleichung
(5.53) als Definition der spezifischen Wärme betrachten:
Definition 5.28: Die spezifische Wärmekapazität c p eines Objekts der Masse m
ist definiert als
c p =
C th
m
(5.54)
c p hängt vom Material ab und ist temperaturabhängig, kann aber für kleine Temperaturdifferenzen als konstant angenommen werden.
In unserem Kontext ist es häufig sinnvoller, statt der Wärmekapazität pro Masseneinheit die Wärmekapazität pro Volumeneinheit zu betrachten. So ist primär i.d.R.
das Volumen einer Schicht eines Materials bekannt und nur in abgeleiteter Form
dessen Masse.
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Die Leistungsaufnahme und das Wärmeleitvermögen liefern Anhaltspunkte für die
Berechnung der sogenannten Thermal Design Power (TDP).
Definition 5.26 ([584]): Die Thermal Design Power (TDP) ist die maximale thermische Leistung einer Rechnerkomponente, für die das Kühlsystem entworfen wurde.
Die TDP dient anstelle der echten Leistungsaufnahme als nominelle Referenz für
den Entwurf des Kühlsystems.
Wir könnten versuchen, die TDP aus der WCPC und daraus folgend den maximalen Temperaturen sowie dem thermischen Widerstand zu berechnen. Häufig
entsprechen die publizierten TDP-Werte aber nicht der WCPC, sondern sind niedriger angesetzt. Aus diesem Grund werden Temperatursensoren benötigt, um einen
sicheren Betrieb zu gewährleisten. Notfalls müssen funktionelle Bereiche abgeschaltet werden, wodurch Teile von Chips zu dark silicon werden können.
5.5.2 Transientes Verhalten
Bislang haben wir immer nur den eingeschwungenen Zustand betrachtet. Im Allgemeinen muss man zeitlich veränderliche Systeme und die Speicherung mit Wärmekapazitäten betrachten.
Definition 5.27: Die Wärmekapazität eines Objekts ist definiert als die Menge
thermischer Energie E th , die je Differenz ∆θ der Temperaturen gespeichert werden
kann:
C th =
E th
∆θ
(5.52)
Primär hängt C th von der Menge und des Art des Materials im Objekt ab:
C th = c p ∗ m
(5.53)
wobei c p die spezifische Wärmekapazität ist und m die Masse. Wir können Gleichung
(5.53) als Definition der spezifischen Wärme betrachten:
Definition 5.28: Die spezifische Wärmekapazität c p eines Objekts der Masse m
ist definiert als
c p =
C th
m
(5.54)
c p hängt vom Material ab und ist temperaturabhängig, kann aber für kleine Temperaturdifferenzen als konstant angenommen werden.
In unserem Kontext ist es häufig sinnvoller, statt der Wärmekapazität pro Masseneinheit die Wärmekapazität pro Volumeneinheit zu betrachten. So ist primär i.d.R.
das Volumen einer Schicht eines Materials bekannt und nur in abgeleiteter Form
dessen Masse.