AMD ADA3500DAA4BW - Athlon 64 2.2 GHz Processor Manuel d'utilisateur

UNIVERSIT´E DE MONTR´EALSYST`EME DE MESURE DE LA TEMP´ERATURE D’UN PROCESSEUR EN TEMPSR´EEL PAR THERMOGRAPHIE INFRAROUGESAMI RIAHID´EPARTEMENT DE G´EN

xLISTE DES FIGURESFigure 2.1´Evolution de la fr´equence d’horloge des microprocesseurs Intel au coursdu temps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

xiFigure 4.5 Maillage t´etra´edrique de Comsol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37Figure 4.6 Valeurs de la temp´erature relev´ees par les c

1CHAPITRE 1INTRODUCTIONLa puissance consomm´ee par les processeurs multicœurs, due `a l’augmentation des nombresde cœurs et de la fr´equence de chaque

2`a l’air constitu´e principalement d’un dissipateur en m´etal qui masque le processeur, nous de-vons enlever le syst`eme de refroidissement utilis´e

31.3 Hypoth`esesL’hypoth`ese principale de notre recherche est la suivante : il y a un lien direct entre latemp´erature, la puissance dissip´ee et l’a

41.5.2 Impacts de la rechercheLe projet d´ecrit dans ce document pr´esente des avanc´ees majeures dans le domaine de lafabrication des composants ´ele

5CHAPITRE 2REVUE DE LITT´ERATUREDurant son fonctionnement, un microprocesseur consomme de la puissance ´electrique.Elle sera dissip´ee sous forme de c

6Figure 2.1:´Evolution de la fr´equence d’horloge des microprocesseurs Intelau cours du tempsPuisque la longueur de la grille a ´et´e r´eduite et que

7Les circuits int´egr´es modernes comportent des centaines de millions de transistors sur unesurface r´eduite et qui dissipent une grande chaleur d’o`

8circuits de capteur ont ´et´e utilis´es auparavant. Certains mod`eles ont utilis´e une diff´erenceentre les tensions (base / ´emetteur) d’un transisto

UNIVERSIT´E DE MONTR´EAL´ECOLE POLYTECHNIQUE DE MONTR´EALCe m´emoire intitul´e :SYST`EME DE MESURE DE LA TEMP´ERATURE D’UN PROCESSEUR EN TEMPSR´EEL PA

9magn´etique N’est pas utile dans la thermographie infrarouge parce qu’elle est bloqu´eepar l’atmosph`ere. Les parties suivantes d´efinissent la r´egio

10Dans les bandes « MWIR » et « LWIR », cette absorption est faible, ce qui permet`a une plus grande quantit´e de rayonnement d’atteindre le capteur d

112.3 Syst`emes de refroidissement2.3.1`A l’huileCertains travaux [1], [13] proposent l’utilisation d’un syst`eme de refroidissement avecl’huile min´e

122.3.2 Par effet de PeltierL’un des syst`emes de refroidissement ´etudi´es dans notre projet est le module de Peltier,appel´e encore refroidissement p

13portement thermique d’un 3D-IC ainsi que celui d’un circuit int´egr´e traditionnel int´egr´e en3D. Pour pouvoir d´eterminer la temp´erature en tout

14CHAPITRE 3PLATE-FORME DE MESURE PROPOS´EEL’objectif de ce chapitre est d’expliquer la m´ethodologie adopt´ee pour la r´ealisation denotre plate-form

15Figure 3.2: cam´era infrarougeFLIR A40— Une carte m`ere Tyan Tomcat K8E Socket 939 qui contient tous les composants ´elec-troniques (carte graphique

16La carte m`ere Tyan Tomcat K8E avec ses p´eriph´eriques d’entr´ee / sortie nous a serviscomme un support id´eal `a notre microprocesseur AMD Athlon

173.2.1 Refroidissement `a l’huileLe choix du refroidissement `a l’huile est dˆu au fait que le dissipateur m´etallique du pro-cesseur ne laisse pas p

18O`u,h : coefficient d’´echange convectif (W.m−2.K)A : surface de la plaque (m2)Tp: temp´erature de la plaque (K)Tf: temp´erature du fluide (K)— Express

iiiA mes tr`es chers parentsJe vous dois ce que je suis aujourd’hui grˆace `a votre amour, `a votre patience et `a vosinnombrables sacrifices.Que ce mo

19O`u,S :pi∗d24d : diam`etre des tubes (m)Tableau 3.2: Donn´ees num´eriques pour le syst`eme de mesureµ ρ d CpL TpTfk D(N·sm−2) (Kgm−3) (m) (kJkg·K) (

20— La pompe : c’est une micro pompe (12V – 1A), elle peut refouler 500 L/h. Cedispositif qui va aspirer l’huile chaude du r´ecipient et le conduire v

213.2.2 les installations qui ont ´echou´ePour bien concevoir le syst`eme, nous avons utilis´e les th´eor`emes de la m´ecanique desfluides et de transf

22Figure 3.9: Syst`eme de mesure avec le dispositif de refroidissement `a l’huileNotre deuxi`eme r´ealisation avec la nouvelle carte m`ere a ´echou´e

23deuxi`eme solution agissant sur le fait que le d´ebit de la pompe ´etait insuffisant pour circulerl’huile min´erale, nous avons donc d´ecid´e de chang

24chaude. L’objet `a refroidir doit se mettre sur la face froide, avec la n´ecessit´e d’avoir un m´e-canisme d’´evacuation de la chaleur de l’autre cˆ

25espace entre elle et la carte m`ere. Choisie pour sa bonne conductivit´e thermique de 1.6 (Wm·K),l’interface thermique des mat´eriaux de 3M offre un

26le contrˆoler en tension afin d’avoir une temp´erature stable. La figure 3.13 nous montrele graphe de puissance / tension du module de Peltier utilis´

27Figure 3.14: Refroidisseur3.3 Composition du syst`eme de mesure retenuLa plate-forme de mesure retenue est compos´ee des composants suivants :— La c

28Tableau 3.6: Caract´eristiques du processeur Atomparam`etre valeur param`etre valeurCPU Intel Atom D2700 Vdd 0.91V / 1.21VTechnologie 32 nm TDP 10 W

ivREMERCIEMENTSJe tiens tout d’abord `a remercier mon directeur de recherche, Giovanni Beltrame, pourson support, ses directives et pour m’avoir initi

29Figure 3.17: Logiciel ThermaCam Reasercher pour acquerir les donn´eesLa figure 3.18 montre la r´egion de transparence de silicium comprise entre 2 −

303.4 Extraction les donn´ees thermiquesPour extraire les valeurs de la temp´erature inscrites sur un fichier image Flir, nous avonsutilis´e un outil d

31Ensuite, nous devons calculer la valeur de la radiance des objets refl´et´es. Pour cela, nousdevons passer par deux autres op´erations de calcul :Sre

32 Script de Calcul Convertir les données brutes en des valeurs de la température Fichier de sortie « *.txt » Extraire les données brutes du fichier (

33CHAPITRE 4R´ESULTATS EXP´ERIMENTAUXDans ce chapitre, nous allons pr´esenter les r´esultats exp´erimentaux de nos mesures parthermographie infrarouge

34La cr´eation d’un mod`ele du syst`eme ´etudi´e doit tenir compte de sa composition ainsique les diff´erents mat´eriaux avec lesquels sont r´ealis´es

35 Substrat Q = QPeltier Carte mère P âte thermique Diffuseur de chaleur Die Q = h (Tsys – Tair) Tl Tl Figure 4.2: Mod`ele thermique du syst`eme p

36tions en entr´ee qui sont la structure physique du composant ainsi sa puissance dissip´ee. Pourd´ecrire la structure du composant, il faut sp´ecifier

37Figure 4.5: Maillage t´etra´edrique de Comsol4.2 Validation du mod`ele thermique au r´egime permanentPour valider notre syst`eme ´etudi´e, nous avon

38D’autre part, un fichier de configuration tenant compte du floorplan et de la puissanceconsomm´ee a ´et´e introduit dans chacun des deux mod`eles pour

vR´ESUM´EL’analyse thermique de tout composant ´electronique est souvent limit´ee par l’incapacit´ed’obtention de donn´ees de temp´erature pr´ecises e

394.2.1 Comparaison `a 100% de la charge du processeurPour avoir des donn´ees plus fiables qui nous permettent de comparer les r´esultats, nousavons ch

40source de puissance. De mˆeme, nous remarquons que la propagation de la chaleur sur la facesup´erieure du syst`eme est semblable pour les deux image

41constatons qu’il a presque gard´e la mˆeme position. La distance dans ce cas aussi ne d´epassepas 0.1mm, ce qui est au-dessous de l’erreur de discr´

42Figure 4.12: Image prise par lacam´era infrarougeFigure 4.13: Simulation du mod`eleavec ComsolLa comparaison des deux images en figure 4.13 et 4.12 m

43autour d’un pixel et donc dans la marge d’erreur de la cam´era. Pour comparer nos mesuresr´eelles avec celles des deux simulateurs, nous avons dress

44CHAPITRE 5CONCLUSION5.1 Synth`ese des travauxEn conclusion, la r´ealisation d’un syst`eme de mesure de la temp´erature par thermographieinfrarouge n

45entre les points mesur´es dans les zones de changement de mat´eriaux qui est la distance entreles diff´erents pixels de l’image thermique. Alors que

46les performances de notre syst`eme de refroidissement `a des valeurs de puissance d’unprocesseur `a haute fr´equence.5.2.2 Limitation logicielleLe m

47R´EF´ERENCES[1] Ehsan K Ardestani, F-J Mesa-Martinez, and Jose Renau. Cooling solutions for proces-sor infrared thermography. In Semiconductor Therm

48[14] Francisco Javier Mesa-Martinez, Joseph Nayfach-Battilana, and Jose Renau. Power mo-del validation through thermal measurements. ACM SIGARCH Com

viABSTRACTThe thermal analysis of any electronic component is often limited by the inability toobtain detailed and accurate temperature data. To valid

49[26] Michael Vollmer and Klaus-Peter M¨ollmann. Infrared thermal imaging : fundamentals,research and applications. John Wiley & Sons, 2010.[27]

viiTABLE DES MATI`ERESD´EDICACE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iiiREMERCIEMENTS . . . . . . . . .

viii3.2 Syst`emes de refroidissement test´es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.2.1 Refroidissement `a l’huile . . . . . . . . . .

ixLISTE DES TABLEAUXTableau 3.1 Caract´eristiques du processeur Athlon . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Tableau 3.2 Donn´ees num´eriques pour le