La selección de la pasta térmica para nuestro sistema cobra mayor importancia día a día por la creciente optimización de procesadores y tarjetas gráficas hacia entornos de bajo consumo (portátiles, tablets, smartphones…)
La función de la pasta térmica es rellenar los espacios entre la superficie del chip (sea CPU, GPU, chipset…) y la superficie del radiador. Así se optimiza la transferencia de calor.
Al rellenar estos espacios con la interfaz térmica se optimiza el intercambio térmico entre las dos superficies pues se crean puentes de partículas termo conductoras.
No todas las pastas térmicas son iguales
Encontramos en el mercado numerosas marcas y especificaciones y no todas son adecuadas para cualquier disipador. Sobretodo hay que prestar atención a la rugosidad de la superficie del radiador.
- Un radiador con un pulido ‘espejo’ requiere una pasta con excelente conductividad térmica y que cree una capa muy fina.
- Un radiador más rugoso, con marcas de pulido, requiere una pasta capaz de rellenar esos defectos superficiales creando una capa algo más gruesa.
Hablando de tipos y propiedades de las diferentes pastas térmicas podemos definir varias propiedades que las diferencian:
- Conductividad térmica.
- Viscosidad.
- Capacidad de rellenado de defectos.
- Duración en el tiempo.
- Temperatura óptima de servicio.
- Tiempo de curado.
- Conductividad eléctrica.
La pasta térmica de origen o ‘de fábrica’
La interfaz térmica que viene pre instalada en nuestras máquinas requiere a veces ser sustituida. Muchas veces por su baja calidad y deficientes propiedades termo conductoras.
En este artículo me centraré en equipos de sobremesa y portátiles con procesadores Intel o AMD y tarjetas gráficas nVidia o AMD.
Podemos diferenciar cuatro casos o segmentos singulares.
- Procesadores con conjunto disipador – ventilador original
- Procesadores con conjunto disipador – ventilador no original
- Chips gráficos y procesadores (GPUs) en PCs portátiles
- Chips gráficos en tarjetas gráficas nVidia o AMD
Procesadores con conjunto disipador – ventilador original
La interfaz térmica de origen en procesadores de sobremesa Intel o AMD montados con refrigeradores de la marca suele ser de MUY alta calidad (a veces es un thermal pad de cambio de fase) y con un rendimiento excepcional.
Hay que prestar atención al perfecto montaje y anclado de las sujecciones (paralelismo superficie procesador – radiador).
El 90% de las veces que he tenido que sustituir un thermal pad de origen por pasta térmica de alta gama he conseguido peores resultados en temperatura que los originales.
Múltiples ensayos científicos de laboratorio confirman este hecho, por lo que si es posible no hay que sustituir dicho thermal pad.
Thermal Interface Material Comparison: Thermal Pads vs. Thermal Grease
Procesadores con conjunto disipador – ventilador no original
Puede parecer contradictorio, pero incluso con refrigeraciones de gama alta encontramos:
- Pastas térmicas de mala calidad
- Deficiente aplicación de la interfaz térmica o mal montaje / anclado del radiador – ventilador.
La aplicación de la pasta térmica no es un hecho trivial: Hay que contar con la preparación adecuada y, naturalmente, con una interfaz térmica diseñada para el caso concreto.
Procesadores o chips gráficos (GPUs) en PCs portátiles
Caso a parte merecen estos chips, procesadores y tarjetas gráficas, sometidos a entornos limitados por TDP (con disipación térmica definida).
Son sistemas bajo stress térmico con conjuntos radiador – ventilador de reducido tamaño y peso.
Son refrigeraciones poco eficaces y que premian un funcionamiento silencioso.
En el mundo portátil, reducir la temperatura de un procesador o tarjeta gráfica GPU significa más rendimiento y velocidad y mayor duración de batería.
El aumento de rendimiento viene del hecho siguiente:
Al trabajar a temperaturas más reducidas, nuestro procesador o tarjeta gráfica portátil no entrará en thermal throttling (reducción de frecuencia para no sobrepasar la temperatura máxima de trabajo).
Sustituyendo adecuadamente la pasta térmica aumenta la duración de la batería por dos cuestiones:
- La reducción de temperatura reduce el consumo del procesador o chip gráfico GPU, reducimos el leakage, los semiconductores consumen menos a temperaturas más bajas.
- Reducimos el uso y las rpm de ventilador debido a las menores temperaturas.
Chips gráficos en tarjetas gráficas nVidia o AMD
Si hablamos de tarjetas gráficas de gama alta nos encontramos con que vienen con límites estrictos de TDP y de temperatura de funcionamiento.
Estos límites confinan el rendimiento de estas GPUs en un estrecho margen de consumo y temperatura durante el juego.
Sustituyendo la pasta térmica en tarjetas gráficas de alta gama he conseguido reducir sensiblemente las temperaturas de funcionamiento en reposo, cargas medias y pico.
Se aumenta radicalmente la caída de temperatura en los transitorios de baja carga durante el juego y se reducen los picos de temperatura hasta en 15º C.
En cargas que con la pasta térmica original superan la temperatura máxima del chip gráfico se obtiene un aumento del rendimiento.
Cambio de la pasta térmica. Aspectos importantes
Si queremos mejorar la refrigeración de nuestro procesador / CPU o tarjeta gráfica / GPU hay que prestar atención a dos aspectos clave:
- El perfecto montaje del conjunto radiador – ventilador: presión, centrado y paralelismo.
- La aplicación de la pasta térmica (cantidad, distribución, limpieza de superficies, creación de micro burbujas de aire)
Estas dos áreas requieren de una formación específica con conocimientos del hardware en cuestión:
- TDP (Thernal Design Power, en W)
- Temperatura de Thermal Throttling (bajada de frecuencia)
- Temperatura de Therm Trip (apagado de emergencia)
- Esquema de refrigeración concreto
¿Cómo está mi interfaz térmica?
Vigilar el estado de nuestro sistema de refrigeración y en particular el de la pasta térmica es crítico.
No hacerlo nos puede llevar a graves problemas como:
- Electromigración
- Degradación acelerada de nuestro procesador, memoria RAM, tarjeta gráfica, etc:
Degradación física de la memoria DDR3 en cargas de trabajo de saturación
Temperatura y degradación física en semiconductores
Electromigración en microprocesadores
En el siguiente artículo describiré paso a paso el procedimiento de cambio de la pasta térmica.
Se trata de una CPU Intel y una GPU AMD HD2600M tras dos meses de uso con la interfaz térmica original de fábrica. Ambos chips comparten un único sistema de refrigeración.
A modo de aperitivo echad un vistazo a uno de mis artículos sobre como aplicar la interfaz térmica.
Bibliografía complementaria:
- Thermal Performance Challenges from Silicon to Systems
- Thermal Management Solutions For Electronics
- Comparative Evaluation of Thermal Interface Materials for Improving the Thermal Contact between an Operating Computer Microprocessor and Its Heat Sink
- Artic Silver, Inc. Thermal Compound Application
- Arctic Silver, Inc. Heat-Pipe Heatsink Method
- The Material Optimization and Reliability Characterization of an Indium-Solder Thermal Interface Material for CPU Packaging
- Application of thermal paste for Power Modules without base plate
- Thermal Interface – An Inconvenient Truth
- Application of TIM
- Silicone Grease Solutions For Your Thermal Interface Needs
Hasta aquí, otro de mis artículos en informaticapremium sobre lo último en hardware, sistemas, almacenamiento, redes, programación, diseño web, recuperación de datos y actualidad del mundo de la técnica y la informática. Nos vemos en breve.
Carlos Yus Valero.