Varför kylflänsar?
Minneskretsarna blir varma. Varför? CMOS drar ju nästan ingen ström. Sant. CMOS drar nästan ingen ström i statiskt tillstånd, alltså när inga omslag mellan etta och nolla sker. Men det tillståndet är tämligen ovanligt. Istället vill man att kretsarna ska slå om så ofta det bara någonsin går. Och omslaget ska vara snabbt.
Man skulle kunna tro att omslaget är i det närmaste omedelbart, som i den övre vågformen, men så är det inte, utan kretsen har alltid en omslagstid. Vid omslaget måste man ladda om kretsens interna strökapacitanser, vilket tar tid och drar ström. Dessutom kan moderna CMOS-kretsar ha betydande läckströmmar, så de kan dra rätt mycket effekt även statiskt. Problemet började bli akut när komponenterna på chipen närmade sig 45 nm och är ett av hindren för att bygga ännu tätare kretsar. I vilket fall som helst leder strömmen genom transistorerna till att det utvecklas värme.
Omslaget ska helst vara så kort som möjligt så värmeutvecklingen blir liten. Då hinner kretsen kallna mellan omslagen. Så var det i persondatorns början, när vågformerna var långsamma och inga kretsar behövde kylflänsar. Idag sker omslagen så tätt efter varandra och läckströmmen är (förhållandevis) stor, så att kretsen inte hinner stråla bort värmen utan temperaturen stiger hela tiden. Till sist leder det till destruktion om man inte kan hjälpa kretsen med kylflänsar, fläkt, kylvatten eller flytande kväve.
Tillverkarna försöker motarbeta den ökande effektförbrukningen på flera sätt. Man försöker sänka matningsspänningen, eftersom energin för att ladda en kondensator är kapacitansen gånger spänningen i kvadrat, och för kretsen runtomkring dessutom multiplicerat med antalet omslag per tidsenhet. DDR-minnen drevs först på 2,5 volt, för DDR2 sjönk det till 1,8 volt och för DDR4 är man nere på 1,2 volt, med 1,05 volt planerat.
Det är av samma anledning som kärnspänningen i processorer sänks hela tiden. Nu ligger Intel nedåt 1,1 volt. I bärbara datorer är det dessutom vanligt att kärnspänningen kan varieras allt efter arbetsbelastningen, för att ytterligare sänka temperaturen och spara energi.
I DDR4-minnen används ytterligare metoder att spara energi. DDR3-minnen matas bara med en spänning som måste omvandlas internt i minnet för olika funktioner. Denna procedur skapar mera värme och är inte så effektiv. DDR4 kräver istället en andra, yttre matningsspänning kallad Vpp för de funktioner som behöver 2,5 volt, som datorns moderkort istället får hålla med.
För DDR4 finns dessutom ett antal nya metoder att göra refresh, avsedda att minska effektförbrukningen. Tidsförhållandena för dessa kan dessutom justeras för att öka verkningsgraden och stabiliteten beroende på kretsarnas temperatur.
