AW: WaKü***Quatsch***Thread
@VJoe2Max:
Stimmt so aber nicht, wir reden bei einer CPU von Halbleitern und da ist es doch nun mal Temperatur abhängig wie gut sie leiten. Deshalb arbeitet eine CPU bei 0K nicht. Die Elektromigration hängt nicht von der Spannung sondern von der Wärme ab. Dürfte ja nun heißen, dass du bei weniger Temperatur höhere Spannung anlegen kannst, weil der Strom dann im Vergleich zu höhere Temperatur geringer ist. Sprich EM kommt durch Wärme.
Bei 0K wäre es egal, ob es sich um Halbleiter oder andere Stoffe handelt. 0K sind ein nicht erreichbarer Grenzwert, bei dem jegliche Bewegung zum Stillstand kommen würde. Weder eine CPU noch sonst irgendetwas würde bei 0K funktionieren - schon weil es eben nicht möglich ist. Die Funktionsfähigkeit einer CPU hört wie gesagt bereits bei deutlich höheren Temperaturen auf. Da ist ist in der Tat die temperaturabhängie Leitfähigkeit von Silizium maßgeblich für die Limitiereung - trotzdem kann man ganz schön weit runter.
Mir ging es aber darum, dass weder eine CPU noch sonst irgendwas am absoluten Nullpunkt funktioniert, weil dieser nicht erreichbar ist, und bei weil eben bereits bei höheren Temperaturen die Funktionsfähigkeit aufhört.
Was die Elektromigration angeht, hängt diese nicht wesentlich von der makroskopischen Temperatur der CPU ab. Man kann auch eine extrem gut gekühlte CPU durch Elektromigration aufgrund zu hoher Spannung zerstören (passiert beim Extrem-OC auch nicht allzu selten
). Elektromigration wird eben gerade nicht durch Wärme voran getrieben, sondern durch hohe Stromdichte in geringen Leiterquerschnitten, und diese wird nun mal durch erhöhte Spannung als Triebfeder für den Strom erzeugt - unabhängig von der Temperatur (daher btw auch der Name Elektromigration). Hier geht es darum, dass sich die Struktur auflöst weil die Transportvorgänge in den Kristallgittern an Störstellen (z.B. Korngrenzen oder scharfe Querschnittsverjüngungen etc.) verstärkt werden, bis der Leitungsquerschnitt nicht mehr ausreicht und die Verbindung zerstört wird.
Warum man EM aber zumindest an der Stelle des Geschehens, nämlich direkt an der Störstelle nicht ganz von Temperatureffekten trennen kann, ist darauf zurückzuführen, dass die Temperatur eines Festkörpers nichts anderes als Gitterschwinungen darstellt, sprich Bewegungsenergie im Atomgitter. Wird diese zu hoch können Atome aus dem Verband gelöst werden und sich umlagern (Diffusion) - im Extremfall sogar austreten (Sublimation). Das gilt sowohl makroskopisch als auch im Nanometerbereich. Makroskopisch betrachtet wäre das der Grund warum eine CPU bei Übertemperaur zerstört wird - das bedeutet aber alle Strukturen darin.
Beim Auftreten von EM kommt es hingegen nur lokal im Nanometerbereich an den Schwachstellen zu erhöhten Temperaturen, weil eben dort eine hohe Umlagerungrate aufgrund der hohen Stromdichte vorhanden ist - das nennt man joul´sche Eigenheizung. Diese beschleunigt die Schädigung der Stelle, insbesondere wenn der Querschnitt schon nur noch minimal ist, durch erhöhte die Temperatur in diesem winzigen Bereich. Ausschlaggebend ist jedoch bei EM die hohe Stromdichte - die joul´sche Eigenheizung gibt der Schwachstelle dann nur den Rest. Nichts desto trotz ist es nicht ganz einfach auf dieser Betrachtungsebene temperaturbedingte und durch den hohen Elektronen- oder Löscherstrom bedingte Umlagerungen, sprich Diffusionsprozesse, voneinander zu trennen. Die beiden Effekte geben sich an der Schwachstelle sozusagen die Klinke in die Hand bis die Struktur zerstört ist. Diese sehr lokalen Temperaturanstiege durch joul´sche Eignehizung an den späteren Schadstellen, haben aber keinen (messbaren) Einfluss auf die gesamte Struktur der CPU - die kann dabei sehr kalt bleiben, denn der Energieumsatz in den einzelnen Leiterbahnen und Strukturen ist recht gering. Deshalb lassen sich eben auch tiefgekühlte CPUs durch EM aufgrund zu hoher Spannung zerstören.
Dass man hingegen bei geringeren makroskopischen CPU Temperaturen (also das was man als CPU-Temp theoretisch messen kann - die Praxis lässt das ja nur Näherungsweise zu)
etwas mehr Spannung anlegen kann, ohne die CPU zu zerstören, weil der elektrische Widerstand geringer und somit die Stromdichteerhöhung geringer wird, stimmt natürlich, aber das hat eben nichts mit Elektromigration, sondern mit der temperaturabhängigen Leitfähigkeit des Halbleitermaterials zu tun. Von daher hast du das nicht ganz falsch aufgefasst, nur hat das eben nichts mit EM zu tun, noch ist es der Grund dafür
. Die Temperatur der gesamten CPU spielt für EM wie gesagt keine Rolle. Lediglich die kleinräumigen Temperaturerhöhungen an den Schwachstellen spielen da eine Rolle (wobei die tatsächlich durch EM verstärkt werden, bis die Schwachstelle zu dünn ist). Die makroskopische Temperatur ist da höchstens als kleiner Offset relevant, der den Vorgang vllt. noch ein Quäntchen beschleunigt oder verzögert - verhindern kann man es bei zu hoher Spannung aber auch mit extrem niedrigen makroskopischen Temperaturen nicht. Die Frage bei EM durch erhöhte Spannung ist vielmehr, wie lange es dauert bis die ersten lebenswichtigen Verbindung so weit geschwächt sind, dass sie getrennt werden. Bei normaler Spannung dauert das in Normalfall viele Jahre bis Jahrzehnte im Dauerbetrieb. Mit erhöhter Spannung sinkt die Lebensdauer deutlich je mehr man drauf gibt, da der Strom bei einer Erhöhung der Spannung im Verhältnis quadratisch ansteigt. Wenn man ans absolute Limit oder darüber hinaus geht, kann es auch bei der bestgekühlten CPU bereits nach Minuten, Sekunden oder sogar instantan zum Versagen kommen (man stelle sich vor, jemand legt 3,3V oder noch höhere Spannungen an eine heutige CPU an
)
Klar machen hohe Spannungen höhere Temperaturen, aber wenn du diese Abwärme wegschaffen kannst, dann hast du auch keine höhere Temperatur
Hilft in Punkto EM aber wie oben erklärt nicht weiter
. Eine EM-anfällige Chipstruktur hält nur begrenzten Spannungen und damit Stromdichten stand - egal bei welcher Temperatur.
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Yeay und es gibt leckere Smurfs 
