Cuando pensamos en la disipación de calor en dispositivos electrónicos, lo primero que nos viene a la mente son las almohadillas térmicas para CPU o GPU . Esto no es extraño, considerando el alto consumo energético y la gran demanda que suelen tener. Sin embargo, el componente electrónico que suele exigir más a las almohadillas térmicas es el chip de memoria.
En este artículo, aprenderá sobre los diferentes tipos de chips de memoria, los desafíos térmicos que enfrentan y cómo abordarlos utilizando los TIM adecuados.
Los principales tipos de chips de memoria
¿Cuáles son los tipos de chips de memoria más utilizados ? Veamos los detalles a continuación.
- DRAM (memoria dinámica de acceso aleatorio)
DRAM significa memoria dinámica de acceso aleatorio. Es el tipo de RAM más común en ordenadores, estaciones de trabajo y servidores modernos. Los chips DRAM se componen de millones de celdas de memoria de un solo transistor. Cada celda utiliza un pequeño condensador para almacenar un bit de datos (un 1 o un 0) en un formato direccionable de filas y columnas.
Sin embargo, los condensadores son como cubos con fugas; no pueden retener una carga eléctrica durante mucho tiempo. Por esta razón, los chips de memoria DRAM requieren un pulso de corriente eléctrica casi constante, un proceso conocido como REFRESH , para conservar la información almacenada. Si un chip de memoria DRAM no se actualiza cientos de veces por segundo, los datos simplemente desaparecen.
- El problema:
A pesar de lo esencial que es la DRAM, se enfrenta a un desafío importante: el calor. La RAM funciona mediante la rápida conmutación de señales electrónicas, moviendo datos a través de sus chips a velocidades increíbles. Esta actividad constante es un proceso que consume mucha energía, y a medida que aumenta la velocidad y la densidad de la memoria, también aumenta el calor producido.
La principal fuente de calor en la DRAM es la corriente eléctrica necesaria para su funcionamiento. Una mayor velocidad de transferencia de datos requiere frecuencias de conmutación más altas en los chips de memoria, lo que se traduce directamente en una mayor corriente eléctrica y, en consecuencia, una mayor generación de calor.
Además, la estética iluminación RGB integrada en tus dispositivos electrónicos tiene un coste térmico. Los deslumbrantes LED, ahora comunes en los módulos de memoria de alto rendimiento, pueden resultar atractivos a simple vista. Sin embargo, cada uno de ellos es un pequeño semiconductor que genera calor, especialmente con niveles altos de brillo.
Con el tiempo, las altas temperaturas pueden distorsionar las delicadas señales electrónicas que representan los datos. Otro efecto del calor en la DRAM es que, al superar el umbral de seguridad, puede reducir automáticamente la frecuencia de funcionamiento (estrangulamiento) bajo estrés térmico severo, ralentizando todo el sistema. Esto puede reducir la vida útil del módulo de memoria.
- La solución:
Aquí es donde los materiales de interfaz térmica (TIM) se vuelven indispensables. La aplicación de un TIM de alto rendimiento, como los producidos por JIUJU, elimina las microcapas aislantes, creando una ruta altamente conductora para la salida del calor. Para aplicaciones de memoria, la pasta térmica y las almohadillas térmicas son las dos soluciones principales, cada una con ventajas específicas.
El método de aplicación y TIM más adecuado depende del diseño de refrigeración y construcción específico del tipo de memoria.
- Memoria Flash NAND
La memoria flash NAND es un tipo de tecnología de almacenamiento no volátil que conserva los datos incluso sin alimentación eléctrica. Este chip de memoria duradero y de alta densidad es la base de una amplia gama de dispositivos modernos, como unidades flash USB, tarjetas de memoria y, sobre todo, unidades de estado sólido (SSD).
En un esfuerzo por minimizar el costo por bit y maximizar la capacidad del chip, la memoria flash NAND se ha convertido rápidamente en la solución de almacenamiento predilecta para computadoras y otros dispositivos electrónicos. La memoria flash NAND destaca especialmente en escenarios donde se guardan, leen y eliminan archivos grandes con frecuencia.
Normalmente, la memoria flash NAND utiliza circuitos eléctricos para almacenar datos en bloques. Utiliza un componente conocido como transistor de puerta flotante (FGT), que funciona como una puerta NAND, permitiendo almacenar y recuperar datos mediante la captura o liberación de electrones.
- El problema:
La mayoría de los productos de memoria flash NAND de consumo están diseñados para funcionar en un rango de temperatura relativamente favorable, normalmente entre 0 °C y 70 °C. Esto suele ser adecuado para dispositivos utilizados en aplicaciones comerciales o de consumo con control de temperatura.
Sin embargo, si necesita memoria flash NAND específicamente para una aplicación industrial o de alto consumo de energía que implique operar en condiciones extremas, prepárese para soportar altas temperaturas. Por ejemplo, la memoria flash integrada en sistemas de aviación o trenes está sujeta tanto a temperaturas extremas como a fluctuaciones rápidas de temperatura.
Es importante tener en cuenta que las fallas en estos dispositivos industriales pueden ser extremadamente costosas y, en algunos casos, peligrosas. Por ejemplo, si un dispositivo médico, como un monitor de pacientes, fallara debido a un problema de temperatura que afectara su memoria integrada, la salud de los pacientes podría verse inmediatamente en riesgo. De igual manera, una falla en un sistema de aviónica o de control ferroviario podría crear condiciones peligrosas para los pasajeros.
- La solución:
La solución para este problema es una almohadilla térmica de alta conductividad para SSD . Estas almohadillas térmicas son la solución universal para todas las unidades SSD. Puede usar una almohadilla térmica para SSD m2 de JIUJU, cortada a medida, para cubrir la distancia entre todos los componentes calientes de la placa de circuito impreso de la SSD (chip NAND, controlador, caché DRAM) y un disipador de calor metálico.
Las almohadillas térmicas JIUJU son lo suficientemente flexibles como para conectarse con componentes de alturas ligeramente diferentes. Absorben el calor de todas las fuentes simultáneamente y lo transfieren al disipador. Gracias a su capacidad para transferir el calor directamente al chasis metálico del dispositivo, también son ideales para unidades SSD sin disipador.
En los SSD, el grosor de la almohadilla térmica es crucial. Debe elegirse con cuidado para cubrir la separación sin someter las juntas de soldadura del chip controlador BGA a una tensión física excesiva.
- HBM (memoria de gran ancho de banda)
Un chip de memoria de alto ancho de banda (HBM) es una DRAM apilada en 3D de alto rendimiento diseñada para resolver el problema de la limitación de memoria que enfrentan los usuarios al realizar computación de alto rendimiento. La estructura de este tipo de chip de memoria se compone de múltiples capas de chips DRAM apiladas verticalmente y conectadas mediante TSV (vías pasantes de silicio).
Estas pilas 3D se colocan sobre un intercalador de silicio, muy cerca del procesador. Esta proximidad ayuda a reducir considerablemente la distancia que recorren los datos. Como resultado, se mejora la velocidad de los datos, se reduce la latencia y se aumenta la eficiencia energética.
Los chips de memoria HBM ofrecen un enorme ancho de banda de datos paralelos, a diferencia de los chips DDR o GDDR convencionales, y consumen mucha menos energía. La construcción de este chip admite un rendimiento de varios terabytes por segundo, lo que lo convierte en una excelente opción para aplicaciones con uso intensivo de datos, como el entrenamiento de IA, el análisis de datos, la computación de alto rendimiento (HPC) y el renderizado gráfico avanzado.
- El problema:
Los desafíos de gestión térmica asociados con HBM se han vuelto cada vez más complejos con cada nueva actualización. La evolución de HBM1 a HBM3E y HBM4 se ha caracterizado por un ancho de banda en constante aumento. Como resultado, se genera más calor dentro del mismo espacio confinado.
A medida que las demandas informáticas de los centros de datos, las aplicaciones de IA y la HPC continúan creciendo, la necesidad de soluciones térmicas eficientes se vuelve inevitable.
- La solución:
Para solucionar el problema de sobrecalentamiento en los chips HBM, necesitará pasta térmica de alta calidad ; es la única solución viable en este caso. La pasta térmica es la mejor opción debido a los espacios de interfaz extremadamente pequeños y críticos entre la parte superior de la pila HBM, el chip del procesador y la parte inferior del IHS.
Para solucionar estos problemas térmicos, aplique una cantidad medida con precisión de la grasa térmica no conductora de alto rendimiento de JIUJU. La capacidad de la grasa para distribuirse en una línea de unión increíblemente fina es esencial para minimizar la resistencia térmica en este entorno de alto riesgo.
- GDDR (memoria gráfica)
GDDR (Graphics Double Data Rate) es un tipo especializado de chip de memoria de alto rendimiento, diseñado específicamente para satisfacer las demandas únicas del procesamiento gráfico. GDDR ofrece un ancho de banda de memoria significativamente mayor. Es crucial para gestionar las enormes cantidades de datos paralelos necesarias para renderizar imágenes de alta calidad, escenas 3D complejas y vídeos de alta resolución.
La GDDR se encuentra principalmente en tarjetas gráficas dedicadas (GPU) y otros dispositivos donde el rendimiento gráfico es esencial, como las consolas de juegos.
- El problema:
GDDR7 es la última versión de GDDR y ofrece velocidades aún mayores, mayor eficiencia y funciones mejoradas. Está diseñada para satisfacer las exigencias extremas de los videojuegos de próxima generación, la inteligencia artificial y la computación de alto rendimiento, garantizando que las GPU puedan gestionar las crecientes cargas de datos y la complejidad gráfica del futuro.
Sin embargo, este salto de rendimiento conlleva un problema térmico más grave: mayores voltajes de funcionamiento. Para alcanzar el máximo rendimiento, la GDDR7 puede requerir voltajes ligeramente superiores a los de sus predecesoras, lo que contribuye directamente al aumento de temperatura.
Los sistemas modernos de HPC e IA también suelen utilizar varios módulos de memoria próximos. Esto agrava los desafíos térmicos ya existentes, ya que el calor de un componente puede afectar a los componentes cercanos.
- La solución:
Utilice almohadillas térmicas de alta calidad para la memoria de la GPU. Para los chips de memoria GDDR, las almohadillas térmicas son el estándar de la industria. Estas almohadillas, cortadas a medida, se colocan con precisión en cada chip GDDR y cubren el espacio entre los chips de memoria y la placa base del disipador.
Las almohadillas térmicas de alta conductividad están diseñadas para gestionar el intenso flujo de calor de la memoria GDDR6 y GDDR7, a la vez que proporcionan un aislamiento eléctrico crucial. Para la matriz central de la GPU, que genera la mayor cantidad de calor, se recomienda usar pasta térmica. Esta proporciona la transferencia de calor más eficiente al disipador.
¿Por qué los chips de memoria necesitan almohadillas térmicas?
Si bien el uso de almohadillas térmicas para aplicaciones de CPU o GPU siempre ha sido habitual, la necesidad de una gestión térmica eficaz en los chips de memoria se ha vuelto aún más acuciante en la era de la inteligencia artificial. Según el profesor SangHoon Shin de la Universidad Hayang ERICA, quien trabajó anteriormente en el empaquetado de los chips M1/M2 de Apple y en los chips de IA para vehículos autónomos de Tesla, la eficiencia con la que se disipa el calor está directamente relacionada con la fiabilidad de los semiconductores.
Shin, cuyo principal campo de investigación es el empaquetado avanzado de semiconductores y la ingeniería de confiabilidad de pila completa, enfatiza una regla general clave: cuando la temperatura de un chip aumenta solo 10 grados Celsius, su vida útil operativa se reduce efectivamente a la mitad.
Es por esto que los chips de memoria se benefician tanto de las almohadillas térmicas, que incluyen:
- Absorbiendo tolerancias mecánicas en múltiples componentes.
- Ofrece presión constante y contacto térmico en múltiples chips.
- El Las mejores almohadillas térmicas para SSD Proporcionar aislamiento eléctrico de chips de memoria, con una conducción de calor eficiente.
¿Qué tipo de W/mK en las almohadillas térmicas para chips de memoria?
Al elegir una almohadilla térmica para aplicaciones de memoria, no siempre se necesita la conductividad térmica más alta (W/m·K) disponible en el mercado. El objetivo es encontrar el equilibrio óptimo entre rendimiento térmico y cumplimiento, teniendo en cuenta la relación costo-beneficio, ya que el precio de la almohadilla térmica para SSD es un factor clave para los fabricantes de alto volumen.
Para chips de memoria como DDR4, DDR5, GDDR y memoria flash NAND, los valores intermedios de W/mK que van de 2.0 a 5.0 W/m son posiblemente los más efectivos para una almohadilla térmica estándar de SSD m2.
No se espera que las almohadillas térmicas de esta categoría sean increíblemente duraderas estructuralmente; se espera que sean suaves y ofrezcan un buen rendimiento térmico a un precio excelente.
JIUJU fabrica una variedad de almohadillas térmicas con un rango de 1 a 15 W/mK , ofreciendo precios altamente competitivos, un excelente rendimiento, una gran adaptabilidad y estando diseñadas específicamente para necesidades de producción en grandes volúmenes.
Conclusión
A medida que observamos aumentos constantes en la velocidad y densidad de la memoria, la integración de una gestión térmica eficaz con almohadillas térmicas y grasa térmica de alta calidad es ahora innegociable. La refrigeración inadecuada del chip de memoria es una amenaza silenciosa; degrada silenciosamente el rendimiento del sistema y reduce la vida útil del hardware, mucho antes de que se produzca un fallo catastrófico.
En definitiva, un diseño térmico de alta calidad no se trata solo de refrigerar el chip más caliente de la placa base, sino de proteger los componentes que no soportan el estrés térmico prolongado. Colabore hoy mismo con JIUJU , un fabricante que comprende estas particularidades, y le ayudaremos a crear productos de gestión térmica fiables y de alto rendimiento, desde almohadillas térmicas para SSD hasta pasta térmica de alto rendimiento para HBM.
¿Por qué confiar en esta guía?
Esta guía ha sido escrita por ingenieros de Jiu Ju Tech , la misma empresa que fabrica materiales de interfaz térmica desde 2002. Producimos 15 productos diferentes cada año y llevamos años probando no menos de 9 soluciones térmicas distintas en nuestro laboratorio. Los consejos y trucos que encontrarás aquí provienen de nuestra experiencia diaria con estos materiales, y no son solo teoría encontrada en otro sitio web.
