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Direct-Die auf die Spitze getrieben und Silizium-Deckschicht abgeschliffen

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direct-die-frameBei den aktuellen Intel-Prozessoren lohnt es sich den Heatspreader zu entfernen und die von Intel verwendete Wärmeleitpaste gegen Flüssigmetall zu tauschen – zumindest, wenn es auf jedmögliche Reduzierung der Temperatur ankommt. Der Skylake-X Direct Die Frame ermöglicht das einfache Entfernen des Heatspreaders.

Roman Hartung alias der8auer geht nun einen Schritt weiter und entfernt nicht nur den Heatspreader, sondern schleift den Die auch etwas an, um den Wärmeübergang zu verbessern. Motivation hinter der Aktion ist das Verhalten unter extremen Kühlbedingungen. Der flüssige Stickstoff kühlt die Oberfläche samt Kühlpaste auf mehr als -150 °C. Kommt nun Last auf den Prozessor, erwärmt sich das Silizium sehr schnell auf, dehnt sich aber anders aus, als dies die Wärmeleitpaste tut. Dieses Verhalten sorgt dafür, dass der Wärmeübergang nicht mehr ideal ist. Ein Anrauen der Oberfläche kann diesen Effekt nicht verhindern und so stellt sich die Frage was passiert, wenn man die oberste Schicht des Dies entfernt.

Der eigentliche Prozessor sitzt auf einer Platine. Der Die selbst ist nicht gleichmäßig dick. Seine Dicke bewegt sich im Falle des von Roman verwendeten Core i9-7920X zwischen 3,714 und 3,674 mm. Auch diese Unebenheiten gilt es zu beseitigen. Wichtigster Grund für den Versuch aber war es einige der obersten Schichten zu entfernen, um damit auch den Wärmeübergang zu verbessern. Aufgrund des Aufbaues eines solchen Dies stellt dies kein Problem dar, denn weite Teile des eigentlichen Prozessors bestehen aus dem Siliziumkristall und sind nicht als Halbleiter dotiert oder bei der Fertigung belichtet worden – enthalten also keinerlei logische Elemente bzw. Transistoren.

Letztendlich hat Roman etwa 10 % der Dicke des Siliziums abgetragen. Darunter war auch eine Siliziumnitrid-Schicht, die als Diffussionsschutz dient. Nichts soll in das Atomgitter des Siliziums eindringen können, daher tragen die Chiphersteller eine solche Schicht auf. Diese wurde nun entfernt und kann den Die nicht mehr schützen.

Der Prozessor war weiterhin funktionsfähig und die erhobenen Messwerte sind erstaunlich. Im Schnitt kann die Temperatur um fast 5 °C reduziert werden. Der wärmste Kern wurde um 2 °C kühler und der kälteste um 5 °C. Damit hat das Abschleifen einen positiven Effekt auf die Kühlung.

Allerdings sind die Langzeitfolgen des Abschleifens unbekannt. Die fehlende Diffussionsschicht könnte negative Auswirkungen auf die Langlebigkeit haben. In der Zukunft plant Roman den Die noch weiter anzuschleifen, um zu untersuchen, wie weit man dabei gehen kann.

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