Cooling

Introducción#

Un procesador de sobremesa puede consumir 250 W en turbo.

Aquella energía no se queda dentro: sale toda, y sale en forma de calor.

250 W en un trozo de silicio de dos centímetros cuadrados es más densidad de potencia que la de una placa vitrocerámica.

Si no te deshaces de ella, en pocos segundos el procesador llega a los 100 °C y empieza a frenarse solo.

Por eso la refrigeración no es un accesorio: es lo que decide a qué velocidad funciona realmente un equipo.

De dónde sale el calor#

Un transistor no se queda quieto.

Cada vez que cambia de estado tiene que cargar y descargar la capacidad eléctrica de lo que tiene conectado, y aquella carga circula por una resistencia.

Siempre que una corriente atraviesa una resistencia, se disipa energía en forma de calor: es la ley de Joule, P = I² · R.

La potencia dinámica de un circuito digital sigue aproximadamente esta relación:

P = C · V² · f

donde C es la capacidad que hay que conmutar, V el voltaje de alimentación y f la frecuencia.

Vale la pena leer bien esta fórmula, porque explica casi todo lo que viene después.

La potencia crece linealmente con la frecuencia y con el cuadrado del voltaje.

Y como hacer funcionar un chip más rápido exige subir también el voltaje, subir la frecuencia un 10 % puede hacer crecer el consumo un 30 %.

Qué hace que un procesador caliente más#

Siete factores, y ninguno es una sorpresa una vez conoces la fórmula:

• El número de transistores. Más transistores, más capacidad a conmutar. Un chip moderno tiene decenas de miles de millones.
• La frecuencia. Linealmente, según f.
• El voltaje. Al cuadrado, según V². Es el factor dominante.
• El número de núcleos activos. Ocho núcleos trabajando calientan mucho más que uno.
• Los gráficos integrados. Si la CPU lleva GPU y la estás usando, esa parte también disipa dentro del mismo encapsulado.
• El turbo y el SMT. Las dos cosas sirven para tener la máquina más tiempo ocupada, y por tanto más tiempo calentando.
• El overclocking. Sube frecuencia y voltaje a la vez, que es lo peor de los dos mundos.

Y una que compensa: la litografía. Cada reducción del proceso de fabricación permite hacer el mismo trabajo con menos voltaje, y es lo que ha permitido que el consumo no se haya disparado todavía más.

TDP#

Los fabricantes declaran el TDP (Thermal Design Power), en watts.

Es fácil leerlo mal, y la definición importa: el TDP es el calor que el sistema de refrigeración debe ser capaz de disipar para que el procesador funcione a su frecuencia base de manera sostenida.

No es el consumo máximo.

Un procesador con 65 W de TDP puede pedir mucho más durante un pico de turbo, y puede consumir mucho menos si está ocioso.

El TDP es una especificación para quien diseña el disipador, no una medida de lo que gastará el equipo.

Temperaturas de trabajo#

Un procesador de sobremesa trabaja cómodamente entre 30 y 50 °C en reposo y entre 60 y 80 °C con carga.

El límite lo marca la temperatura de unión máxima (Tjmax), que suele estar alrededor de los 100 °C.

Cuando se acerca, el procesador no se estropea ni se detiene: se frena.

Baja la frecuencia y el voltaje hasta que la temperatura vuelve a un valor seguro, y esto se llama estrangulamiento térmico (thermal throttling).

Cómo detectar que un equipo se calienta demasiado#

Los síntomas son siempre los mismos y vale la pena reconocerlos:

• El equipo va bien los primeros minutos y después se arrastra.
• Los ventiladores pasan a máxima velocidad y no bajan.
• Se reinicia solo o se apaga de golpe sin mensaje — la última protección, cuando el frenado ya no es suficiente.
• El aire que sale por detrás quema, o no sale aire.
• En un portátil, la zona del teclado se vuelve incómoda de tocar.

Y la comprobación que lo confirma: mide la frecuencia y la temperatura a la vez, con carga. Si la frecuencia cae por debajo de la base mientras la temperatura está cerca del Tjmax, ya tienes el diagnóstico.