SoC(System-on-Chip) 성능 강제 제한 방지/지연

모바일 전자 기기 내부에 존재하는 SoC는 여러 개의 프로세서가 하나의 칩에 집적되어 마이크로컨트롤러의 기능을 하는 부품입니다. 데이터 및 그래픽 처리에서부터 메모리, 2차 스토리지, 기타 회로 등 시스템 운영에 필요한 모든 부품을 통합하고 있습니다.

이와 같이 SoC는 기기의 수많은 기능을 제어하기 때문에 가장 많은 열을 발생시키는 부품이기도 하며, 모바일 전자 기기에서 표면의 핫스팟을 유발하는 주된 원인입니다. 보통 핫스팟이 45°C 이하인 경우에만 안전한 표면 온도라고 할 수 있는데, 이 온도를 초과하지 않기 위해서는 SoC 성능이 스로틀링되어(throttled) 출력이 감소되어야 합니다.

이러한 이유로 SoC의 발열 관리는 스마트폰, 랩탑, 스마트워치, AR/VR 기기 및 기타 모바일 기기의 열 공학자들에게 매우 중요한 문제입니다. 효과적으로 열을 관리하기 위해서는 SoC에서 발산되는 열에 대한 분석이 먼저 이루어져야 합니다.

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SoC의 열 분석은 그리 간단한 문제가 아닙니다. 사용되는 방식에 따라 칩의 발열량이 달라질 수 있습니다. 대량의 데이터 처리 시 필요한 전력량과 고품질 그래픽을 처리할 때 필요한 전력량은 다를 수 있으며, 전력 소모량이 높을수록 발열량 또한 증가합니다.

SoC의 발열을 측정하기 위해서는 우선 적외선 카메라로 대략적인 분석을 진행하고, 이후 열전대(thermocouple)로 SoC 발열 온도를 정확히 측정할 수 있습니다.

SoC의 발열 분석이 끝나면 열 공학자들이 SoC의 열기를 낮추는 것을 촉진할 방법을 고안하여, SoC가 보다 오랜 시간 동안 고전력으로 가동되며 성능 강제 제한(throttle) 모드에 진입하는 시점을 늦추거나 진입 자체를 방지할 수 있습니다.

• 일반적으로 흑연시트(graphite), 히트 파이프(heat pipe), 베이퍼 챔버(vapor chamber) 등의 열확산시트(spreader)를 SoC와 연결할 때, TIM이나 방열 페이스트(thermal paste) 등의 소재를 사용합니다. 이러한 소재는 SoC의 열을 기기의 보다 차가운 지점으로 이동시킵니다.
• 또한 GORE® Thermal Insulation을 사용함으로써 과열된 SoC로 인해 기기 표면에 핫스팟이 형성되고, 소프트웨어 알고리즘에 따라 SoC의 성능이 강제로 제한되는 상태를 막을 수 있습니다.

GORE Thermal Insulation은 표면 온도를 낮출 수 있습니다. 그리고 흑연시트와 함께 사용될 때, SoC의 최고 성능(peak performance)를 높여주거나, 성능 강제 제한 모드에 진입하기 이전에 특정한 출력 구간에서 머무는 시간을 늘려줄 수 있습니다.

GORE Thermal Insulation을 흑연시트와 결합하면 넓은 공간을 차지하는 공기층을 보다 얇은 단열재(insulation)로 교체하여 남는 공간에 더 많은 흑연시트를 사용할 수 있습니다. 이러한 결합형 솔루션으로 엔드 유저에게 제공되는 성능을 최적화할 수 있고, 표면의 핫스판 온도를 줄이거나, 보다 슬림한 고성능 기기를 개발할 수 있습니다.

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