Vì sao IHS của Ryzen 7000 giống như “bạch tuộc”, hay lý do cho việc AMD mạ vàng trên Zen 4?

Vì sao thiết kế IHS của CPU Ryzen 7000 Series trông giống như “bạch tuộc”, hay lý do cho việc AMD mạ vàng CCD và mặt dưới IHS trên Zen 4?

AMD chính thức ra mắt Ryzen 7000: Zen4 5nm, DDR5, PCIe 5.0, socket AM5, tăng hiệu năng chơi game

Cuối cùng thì AMD cũng chính thức cho ra mắt Zen4 cùng loạt vi xử lý thế hệ mới nhất Ryzen 7000 Series. Đây là những con CPU mới nhất mà nhiều ngày qua chúng ta đã nghe nhắc tới với mã hiệu Raphael, được phát triển dựa trên tiến trình 5nm, hỗ trợ...

tinhte.vn

Hồi đầu tháng 6/2022, tức chỉ khoảng hơn 2 tuần sau khi Tiến sĩ Lisa Su trình diễn thế hệ Zen 4 ở keynote trước thềm Computex, 1 mẫu Ryzen 7000 Series đã được/bị delid. Giờ thì chúng ta đã biết rằng chỉ có Ryzen 9 7950X và Ryzen 9 7900X gồm 2 CCD (Core Complex Die) mà thôi, các mẫu Zen 4 CPU thấp hơn chỉ có 1 CCD. Thiết lập bên dưới IHS của CPU Ryzen 9 7000 Series gồm 3 die, với 2 CCD và 1 IOD (I/O die), trong đó CCD kiến trúc Zen 4 được sản xuất trên tiến trình 5 nm của TSMC và IOD sử dụng tiến trình 6 nm. Khi đo đạc, diện tích của CCD là 70 mm2, nhỏ hơn so với thế hệ Zen 3 (83 mm2), tuy nhiên mật độ bán dẫn dày đặc nhờ lợi thế từ tiến trình nhỏ hơn, chứa đến 6.57 tỉ transistor, cao hơn 58% so với trước đây (chỉ 4.15 tỉ).



Khi AMD chuyển sang sử dụng kiểu đóng gói LGA (Land Grid Array) tương tự như phía Intel, cách thiết kế mặt dưới CPU của họ cũng khác. Thay vì chừa 1 khoảng giữa mặt dưới đế chip cho các vi linh kiện SMD (Surface Mount Device) phụ trợ như tụ điện, điện trở... thì AMD mang tất cả lên phía trên, cùng bề mặt với CCD và IOD. Lúc này, phía dưới đế chip hoàn toàn trống, toàn bộ diện tích dành cho các pad tiếp xúc của LGA 1718. Điểm khác biệt dễ thấy nhất là nếu đặt CPU lên mặt phẳng, sản phẩm của Intel sẽ dễ nhấc lên hơn (do được đệm bởi độ cao của linh kiện SMD) so với CPU AMD Zen 4 sẽ nằm sát với bề mặt. Ngoài ra, mật độ của các chân tiếp xúc trên AMD Zen 4 không cao như CPU Intel, đồng thời cũng có kích thước lớn hơn.

Chính vì mang linh kiện SMD lên trên đế chip, AMD buộc phải thiết kế IHS dạng “bạch tuộc” với 8 chân. Các chân của IHS không nằm sát với đế chip mà có 1 khoảng hở nhỏ, vừa khớp với độ dày của phần keo cố định, vừa để luồng khí lưu thông, thoát nhiệt cho linh kiện SMD. Anh em có thể thấy lượng linh kiện SMD rất nhiều, dày đặc, bố trí ở gần như mọi khoảng trống có thể, chính vì vậy việc delid Ryzen 7000 Series là khá khó, tỉ lệ “đi” luôn CPU rất cao. Bằng chứng là trong video bên dưới, CPU được delid là Ryzen 9 7950X, và nó đã không thể sống sót sau khi delid.



Tay ép xung chuyên nghiệp der8auer cho biết đang phát triển 1 công cụ đặc biệt dùng để delid các CPU Zen 4 mới, đồng thời cũng giải thích vì sao AMD lại mạ vàng ở mặt dưới IHS và CCD. AMD hàn các die vào IHS để tăng khả năng truyền dẫn nhiệt, và chất liệu TIM (Thermal Interface Material) cao cấp được sử dụng là Indium dạng lá (In, nguyên tố hóa học có số nguyên tử 49 trong bảng tuần hoàn) với hệ số dẫn nhiệt cực cao, đến 81.8 W/mK (so sánh với kim loại lỏng liquid metal cũng chỉ 73 - 79 W/mk). Nguyên nhân của quyết định mạ vàng CCD và mặt dưới IHS là do sử dụng Indium truyền nhiệt, người ta có thể hàn 2 nguyên tố này lại với nhau dễ dàng mà không cần chất trợ hàn (solder flux), hạn chế sử dụng các chất hóa học mạnh lên nhân silicon. Nếu không mạ vàng, về lý thuyết vẫn có thể hàn được silicon vào đồng (Cu), nhưng khó khăn hơn nhiều và cần có chất trợ hàn để phá vỡ các lớp oxi hóa. IHS có chất liệu chính là đồng, mặt dưới mạ vàng trong khi mặt trên mạ nickel.



AMD hoàn toàn có thể thiết kế diện tích tiếp xúc của IHS lớn hơn, nhưng họ chọn làm nhỏ lại để có thể tương thích với các tản nhiệt đang được sử dụng cho socket AM4 hiện tại, thường có đế tròn hoặc vuông. Tản nhiệt với đế vuông sẽ bao phủ mặt trên Zen 4 tốt hơn, nhưng nếu tròn cũng không vấn đề gì. Noctua cũng cung cấp hướng dẫn trét kem tản nhiệt cho các loại CPU khác nhau, chia thành 3 kích cỡ gồm nhỏ (Intel LGA 115x/1200, AMD AM5), vừa (Intel LGA 1700/20xx, AMD AM4) và lớn (Intel LGA 3647, AMD TR4). Theo đó, khi trét kem cho CPU Ryzen 7000 Series, anh em chỉ cần 1 “viên kem” ngay chính giữa IHS, với đường kính khoảng 3 - 4 mm là được. Noctua cũng cảnh báo rằng dùng quá nhiều kem tản nhiệt sẽ tạo ra tác dụng ngược, tăng nhiệt độ CPU thay vì giảm.

https://twitter.com/harukaze5719/status/1564409602933792770

Xét về mật độ transistor trên diện tích đế, CCD của Zen 4 nhỏ hơn 18.6% so với thế hệ Zen 3 nhưng lại chứa nhiều bán dẫn hơn 58%, vì vậy dù ứng dụng tiến trình công nghệ mới nhưng vẫn sẽ nóng hơn, và do đó cần tản nhiệt nhiều hơn. Đây cũng là lý do mà AMD mạ vàng cho CCD cũng như IHS để tăng khả năng truyền nhiệt. TDP của Ryzen 7000 Series dao động trong khoảng 105 W đến 170 W tùy model, và PPT tối đa sẽ lên đến 230 W (boost), trong khi mức 280 W phục vụ cho nhu cầu ép xung, riêng IOD sẽ rơi vào khoảng 20 W đến 25 W, không quá đáng kể. Tỉ lệ giữa công suất nhiệt và diện tích bề mặt (mật độ nhiệt) của AMD Zen 4 CPU về cơ bản đều cao hơn Intel Alder Lake và Raptor Lake.

IHS của AMD Ryzen 7000 đã được “delid”, rất dày, CCD lệch cạnh

Có vẻ như Ryzen 7000 bản thử nghiệm của AMD đã “xui xẻo” rơi vào tay 1 OCer “phá phách”, nhanh chóng bị delid - cạy nắp lưng. Những hình ảnh đầu tiên cho chúng ta cái nhìn về cách sắp xếp CCD (Core Chiplet Die) và IOD (Input/Output Die) trên Zen...

tinhte.vn

Một điểm đáng chú ý khác là vị trí của CCD trên Zen 4 CPU đặt lệch về cạnh, điều này không chỉ gây khó khăn nếu người dùng muốn delid mà phần nào ảnh hưởng đến khả năng tản nhiệt. Hầu hết các loại tản nhiệt khí hay nước trên thị trường đều có khu vực dẫn nhiệt tốt nhất nằm ở giữa đế, và hình ảnh delid cho thấy CCD Zen 4 nằm sát mép phần mạ vàng trên IHS, trong khi khu vực chính giữa gần như chỉ có IOD. Con chip Ryzen 7000 Series cao cấp có thể đạt đến mức xung 5.85 GHz với PPT 230 W trong tình trạng không ép xung thủ công, và ngưỡng tỏa nhiệt này không kém gì so với Core i9-12900K hiện tại (241 W), vì vậy khả năng tản nhiệt của các phương án làm mát khi sử dụng AMD Raphael cũng cần phải lưu ý.