We hebben de neiging om solid-state apparaten zoals CPU’s en SSD’s als onveranderlijk te beschouwen alsof ze voor altijd zullen blijven werken. De waarheid is dat CPU’s onderhevig zijn aan slijtage dankzij iets dat elektromigratie op atomair niveau wordt genoemd.
Elektromigratie: het is Atomic!
Een CPU werkt dankzij de stroom van elektriciteit door microscopisch kleine elektronische componenten gemaakt van halfgeleidermaterialen. Terwijl elektriciteit door de circuits van de CPU beweegt, wordt warmte gegenereerd. Als de stroom voldoende warmte genereert, zal dit de atomen van het metaal daadwerkelijk van het ene deel van het circuit naar een ander deel van het circuit verderop in de lijn verplaatsen.
Als dit lang genoeg gebeurt, kan dat circuit defect raken. Huidige CPU’s zijn niet zo fouttolerant, dus zelfs één defecte transistor op de miljarden binnen de CPU kan de CPU mogelijk onbruikbaar maken als het een kritieke transistor zonder redundantie is. Elektromigratie gebeurt ook parallel over de CPU, dus vroeg of laat kan de prognose verslechteren als er ongecontroleerde elektromigratie plaatsvindt.
De twee soorten mislukte elektromigratie
Elektromigratie kan een circuit op twee manieren onderbreken. De eerste is door een leegte in de circuitlijn te creëren. Als metaalatomen van de ene plek in het circuit worden verplaatst en vervolgens ergens anders langs de lijn worden gedeponeerd, kan het proces een punt bereiken waar er een gat of “leegte” is waar elektronen niet langer doorheen kunnen. Dit is het equivalent van het doorknippen van het snoer van een lamp: de lichten gaan uit!
Het tweede type storing veroorzaakt door elektromigratie is kortsluiting. Dit gebeurt wanneer er zoveel draadmateriaal is vastgezet dat het een naburige draad binnendringt. Elektronen stromen nu waar ze niet zouden moeten zijn, wat het tegenovergestelde probleem is van een stroomonderbreker, maar nu zijn twee draden kapot.
Elektromigratie is niet altijd een probleem
Het probleem met elektromigratie in CPU’s is niet echt dat het gebeurt, aangezien het tot op zekere hoogte altijd gebeurt als een normaal onderdeel van de stroom die door een circuit stroomt. Als elektromigratie zo wordt verspreid dat materiaal wordt afgezet waar een ander materiaal is weggenomen, is het proces duurzaam en vertegenwoordigt het de normale levensduur van de geïntegreerde schakeling.
Als je discussies hoort over hoe elektromigratie een CPU kan vernietigen, is het een soort elektromigratie die wordt veroorzaakt door grote schommelingen in stroom en temperatuur, niet een stabiel lopend circuit.
Moet u zich zorgen maken over elektromigratie?
Er is een lange geschiedenis van overklokkers of degenen die van stille computers houden, die zich zorgen maken over hoe de hogere temperaturen waarop ze hun CPU’s gebruiken, tot voortijdige dood zullen leiden. Hoewel het waar is dat het overklokken van een CPU buiten de fabrieksspecificaties de levensduur verkort, is de context van belang. In beide gevallen kan de gemiddelde levensduur van de CPU zo lang zijn dat het praktisch geen verschil maakt.
CPU-fabrikanten houden rekening met elektromigratie bij het ontwerpen van hun producten. Als een CPU wordt gebruikt onder de maximale nominale temperatuur en binnen het goedgekeurde spanningsbereik, moet deze voldoen aan de verwachte ontwerplevensduur.
Moderne CPU’s zijn ook zeer geavanceerd in het regelen van hun temperaturen en prestaties. Ze kunnen zichzelf beschermen tegen door hitte veroorzaakte degradatie, zelfs als de operator van de computer niet bijzonder voorzichtig is. Over het algemeen ervaar je gewoon thermische beperking of in het slechtste geval een systeemuitschakeling om de CPU te beschermen.
Het komt erop neer dat hoewel elektromigratie echt iets is dat een CPU kapot kan maken, het niet iets is waar je je zorgen over hoeft te maken, tenzij je een CPU boven zijn nominale limiet laat draaien, 24/7, zonder ooit je voet van het gas te halen.
