Számítógép hűtése - Computer cooling

Bordázott, léghűtéses hűtőborda ventilátorral a CPU -ra csavarva , egy kisebb passzív hűtőborda ventilátor nélkül a háttérben
Három ventilátoros hűtőborda, amely videokártyára van szerelve, hogy maximalizálja a GPU és a környező alkatrészek hűtési hatékonyságát
A Commodore 128DCR számítógép kapcsolóüzemű tápegysége , a felhasználó által telepített 40 mm-es hűtőventilátorral. Függőleges alumínium profilokat használnak hűtőbordákként.

A számítógép -hűtés szükséges a számítógép -alkatrészek által termelt hulladékhő eltávolításához , hogy az alkatrészek a megengedett üzemi hőmérsékleti határokon belül maradjanak. A túlmelegedés esetén átmeneti meghibásodásra vagy tartós meghibásodásra hajlamos alkatrészek közé tartoznak az integrált áramkörök, például a központi processzorok (CPU -k), lapkakészletek , grafikus kártyák és merevlemez -meghajtók .

Az alkatrészeket gyakran úgy tervezik, hogy a lehető legkevesebb hőt termeljék, és a számítógépeket és az operációs rendszereket úgy tervezték, hogy csökkentsék az energiafogyasztást és az ebből következő fűtést a munkaterhelésnek megfelelően, de még mindig több hő termelődhet, mint amennyit el lehet távolítani a hűtés nélkül. A légárammal hűtött hűtőbordák használata csökkenti a meghatározott hőmennyiség által előidézett hőmérséklet -emelkedést. A légáramlási mintákra való odafigyelés megakadályozhatja a hotspotok kialakulását. A számítógépes ventilátorokat a hűtőbordákkal együtt széles körben használják a hőmérséklet csökkentésére a forró levegő aktív elvezetésével. Vannak egzotikusabb hűtési technikák is, például folyadékhűtés . Minden modern processzort úgy terveztek, hogy lekapcsolják vagy lecsökkentsék feszültségüket vagy órajeleiket, ha a processzor belső hőmérséklete meghalad egy meghatározott határértéket. Ezt általában úgy hívják, hogy termikus fojtószelep, az órajelek csökkentése vagy a termikus leállítás esetén, ha az eszköz vagy a rendszer teljesen leáll.

A hűtést úgy lehet kialakítani, hogy csökkentse a számítógép környezetében a környezeti hőmérsékletet, például a forró levegő kivezetésével, vagy egyetlen alkatrész vagy kis terület hűtésére (ponthűtés). Az általában egyedileg lehűtött alkatrészek közé tartozik a CPU, a grafikus feldolgozó egység (GPU) és az északi híd .

A nem kívánt hő generátorai

Az integrált áramkörök (pl. CPU és GPU) a fő hőtermelők a modern számítógépekben. A hőtermelést csökkenteni lehet a hatékony tervezéssel és az olyan működési paraméterek kiválasztásával, mint a feszültség és a frekvencia, de végső soron az elfogadható teljesítmény gyakran csak jelentős hőtermelés kezelésével érhető el.

Ennek a laptop CPU hűtőbordának három év használat után felhalmozódott pora használhatatlanná tette a laptopot a gyakori termikus leállások miatt.

Működés közben a számítógép alkatrészeinek hőmérséklete addig emelkedik, amíg a környezetbe átadott hő nem egyenlő az alkatrész által termelt hővel, vagyis amikor eléri a termikus egyensúlyt . A megbízható működés érdekében a hőmérséklet soha nem haladhatja meg az egyes alkatrészek egyedi maximális megengedett értékét. A félvezetők esetében kritikus a pillanatnyi csomópont -hőmérséklet , nem pedig az alkatrészház, a hűtőborda vagy a környezeti hőmérséklet.

A hűtést a következők akadályozhatják:

  • A por hőszigetelőként működik és gátolja a légáramlást, ezáltal csökkenti a hűtőborda és a ventilátor teljesítményét.
  • A rossz légáramlás, beleértve a turbulenciát az akadályozó alkatrészek, például szalagkábelek elleni súrlódás miatt , vagy a ventilátorok rossz iránya csökkentheti a házon átáramló levegő mennyiségét, és akár lokalizált forró levegő örvényeit is létrehozhatja. A rossz termikus kialakítású berendezések bizonyos esetekben a hűtőlevegő könnyen kifolyhat a "hűtő" lyukakon keresztül, mielőtt átmegy a forró alkatrészeken; A hűtés ilyen esetekben gyakran javítható a kiválasztott lyukak elzárásával.
  • Gyenge hőátadás a hűtendő alkatrészek és a hűtőberendezések közötti gyenge hőkontaktus miatt. Ez javítható termikus vegyületek használatával a felületi hiányosságok kiegyenlítésére, vagy akár lefűzéssel .

Kármegelőzés

Mivel a magas hőmérséklet jelentősen lerövidítheti az élettartamot vagy maradandó károsodást okozhat az alkatrészekben, és az alkatrészek hőteljesítménye néha meghaladhatja a számítógép hűtőteljesítményét, a gyártók gyakran további óvintézkedéseket tesznek annak biztosítására, hogy a hőmérséklet a biztonságos határokon belül maradjon. A CPU-ba, alaplapba, lapkakészletbe vagy GPU-ba integrált hőérzékelőkkel ellátott számítógép leállhat magas hőmérséklet észlelésekor, hogy elkerülje a maradandó károsodást, bár ez nem garantálja teljesen a hosszú távú biztonságos működést. Mielőtt a túlmelegedő komponens eléri ezt a pontot, addig lehet "fojtani", amíg a hőmérséklet a biztonságos pont alá nem csökken dinamikus frekvenciaskálázási technológiával. A fojtószelep csökkenti az integrált áramkör működési frekvenciáját és feszültségét, vagy letiltja a chip nem alapvető tulajdonságait a hőteljesítmény csökkentése érdekében, gyakran csak kismértékben vagy jelentősen csökkenő teljesítmény árán. Asztali és notebook számítógépeknél a fojtást gyakran BIOS szinten vezérlik . A fojtást általában az okostelefonok és táblagépek hőmérsékletének kezelésére is használják, ahol az alkatrészek szorosan össze vannak csomagolva, kevés hűtéssel vagy egyáltalán nem, és a felhasználó kezéből további hőt adnak át.

Nagygépek és szuperszámítógépek

Ahogy az elektronikus számítógépek egyre nagyobbak és összetettebbek lettek, az aktív alkatrészek hűtése kritikus tényezővé vált a megbízható működéshez. A korai vákuumcsöves számítógépek, viszonylag nagy szekrényekkel, természetes vagy kényszerített légáramlásra támaszkodhattak a hűtéshez. A szilárdtest-eszközök azonban sokkal sűrűbben voltak csomagolva, és alacsonyabb megengedett üzemi hőmérsékletűek voltak.

1965 -től az IBM és más nagyszámítógép -gyártók intenzív kutatásokat támogattak a sűrűn csomagolt integrált áramkörök hűtésének fizikájával kapcsolatban. Számos levegő- és folyadékhűtő rendszert fejlesztettek ki és vizsgáltak, olyan módszerek alkalmazásával, mint a természetes és kényszerített konvekció, a közvetlen levegőbefúvás, a közvetlen folyadékmerítés és a kényszerkonvekció, a medenceforrás, az esőfóliák, az áramlásforrás és a folyékony sugárzás. Matematikai elemzést alkalmaztak az alkatrészek hőmérséklet -emelkedésének előrejelzésére minden lehetséges hűtőrendszer geometriához.

Az IBM kifejlesztette a TCM (Thermal Conduction Module, TCM) három generációját, amelyek vízhűtéses hideglemezt használtak közvetlen hőérintkezésben az integrált áramköri csomagokkal. Minden csomaghoz hővezető csapot nyomtak, és héliumgázzal vették körül a forgácsokat és a hővezető csapokat. A kialakítás akár 27 wattot is eltávolíthat egy chipről, és modulonként akár 2000 wattot is, miközben a chipcsomag hőmérséklete 50 ° C (122 ° F) körül marad. A TCM -eket használó rendszerek a 3081 család (1980), az ES/3090 (1984) és az ES/9000 (1990) néhány modellje . Az IBM 3081 processzorban a TCM -ek akár 2700 wattot is megengedtek egyetlen nyomtatott áramköri kártyán, miközben a chip hőmérsékletét 69 ° C -on (156 ° F) tartották. A vízhűtéses hővezető modulokat más vállalatok, köztük a Mitsubishi és a Fujitsu által gyártott nagygépes rendszerekben is használták.

Az 1976-ban tervezett Cray-1 szuperszámítógép jellegzetes hűtőrendszerrel rendelkezett. A gép mindössze 77 hüvelyk (2000 mm) magas és 56 volt+1 / 2 inch (1,440 mm) átmérőjű, és a fogyasztott akár 115 kilowattot; ez összehasonlítható néhány tucat nyugati otthon vagy egy közepes méretű autó átlagos energiafogyasztásával. A gépben használt integrált áramkörök voltak a leggyorsabban elérhetők abban az időben, emitter-csatolt logikával ; a sebességet azonban a későbbi CMOS -eszközökhözképest nagy energiafogyasztás kísérte.

A hő eltávolítása kritikus fontosságú volt. A hűtőközeget a gép tizenkét oszlopos szakaszában függőleges hűtőrúdba ágyazott csöveken keresztül keringtették. A gép 1662 nyomtatott áramköri modulja mindegyikének rézmagja volt, és a hűtőrúdhoz volt rögzítve. A rendszert úgy tervezték, hogy az integrált áramkörök esetét legfeljebb 54 ° C -on tartsa, a hűtőközeg pedig 21 ° C -on (70 ° F) kering. A végső hőelvezetés vízhűtéses kondenzátoron keresztül történt. A hűtőrendszer csöveit, hőcserélőit és szivattyúit egy kárpitozott padülésben helyezték el a számítógép alja körül. A gép tömegének körülbelül 20 százaléka üzemi állapotban volt hűtőközeg.

A későbbi Cray-2-ben, sűrűbben csomagolt moduljaival, Seymour Cray-nek gondjai voltak a gép hatékony hűtésével a fémvezetési technikával, mechanikus hűtéssel, ezért áttért a „folyadék-merítéses” hűtésre. Ez a módszer magában foglalta a Cray-2 alvázának feltöltését Fluorinert nevű folyadékkal . A Fluorinert, ahogy a neve is sugallja, inert folyadék, amely nem zavarja az elektronikus alkatrészek működését. Amint az alkatrészek üzemi hőmérsékletre kerültek, a hő eloszlik a Fluorinertbe, amelyet a gépből egy hűtöttvizes hőcserélőbe szivattyúznak.

A modern rendszerek teljesítménye wattonként jelentősen javult; egy adott energiafogyasztással sokkal több számítást lehet elvégezni, mint az 1980 -as és 1990 -es évek integrált áramköreivel. A legújabb szuperszámítógép -projektek, mint például a Blue Gene , a léghűtésre támaszkodnak, ami csökkenti a rendszerek költségeit, összetettségét és méretét a folyadékhűtéshez képest.

Léghűtés

Rajongók

A ventilátorokat akkor használják, ha a természetes konvekció nem elegendő a hő eltávolításához. A ventilátorok felszerelhetők a számítógépházba, vagy CPU -khoz, GPU -khoz, lapkakészletekhez, tápegységekhez (PSU -k), merevlemezekhez vagy bővítőhelyhez csatlakoztatott kártyákhoz. A leggyakoribb ventilátor méretek 40, 60, 80, 92, 120 és 140 mm. A nagy teljesítményű személyi számítógépekben néha 200, 230, 250 és 300 mm-es ventilátorokat használnak.

A ventilátorok teljesítménye az alvázban

Tipikus ventilátor görbék és alváz impedancia görbék

A számítógép bizonyos ellenállással rendelkezik az alvázon és az alkatrészeken átáramló levegővel szemben. Ez a levegőáramlás minden kisebb akadályának az összege, például a be- és kimeneti nyílások, a légszűrők, a belső alváz és az elektronikus alkatrészek. A ventilátorok egyszerű légszivattyúk, amelyek nyomást gyakorolnak a bemeneti oldal levegőjére a kimeneti oldalhoz képest. Ez a nyomáskülönbség mozgatja a levegőt az alvázon, és a levegő az alacsonyabb nyomású területekre áramlik.

A ventilátoroknak általában két közzétett specifikációjuk van: szabad légáram és maximális nyomáskülönbség. A szabad légáram az a levegőmennyiség, amelyet a ventilátor nulla ellennyomás mellett mozgat. A maximális nyomáskülönbség az a nyomás, amelyet a ventilátor teljesen blokkolva képes generálni. E két véglet között az áramlás és a nyomás megfelelő méréseinek sora található, amelyet általában grafikonként mutatnak be. Minden ventilátormodellnek egyedi görbéje lesz, mint a szomszédos ábrán a szaggatott görbék.

Párhuzamos a sorozat telepítésével

A ventilátorok egymással párhuzamosan, sorban vagy a kettő kombinációjával szerelhetők. A párhuzamos telepítés ventilátorok lennének egymás mellé szerelve. A sorozat telepítése egy második ventilátor lenne egy másik ventilátorral, például egy bemeneti ventilátorral és egy elszívó ventilátorral. A vita egyszerűsítése érdekében feltételezzük, hogy a rajongók ugyanazok a modellek.

A párhuzamos ventilátorok dupla szabad légáramot biztosítanak, de további menetnyomást nem. A sorozat telepítése viszont megduplázza a rendelkezésre álló statikus nyomást, de nem növeli a szabad levegőáramlást. A mellékelt ábra egyetlen ventilátort mutat két ventilátorral párhuzamosan, 3,8 mm (0,15 hüvelyk) víznyomással és kétszeres, körülbelül 2,0 m 3 /perc átfolyási sebességgel .

Vegye figyelembe, hogy a légáramlás változik a nyomás négyzetgyökeként. Így a nyomás megduplázása csak 1,41 ( 2 ) -szeresére növeli az áramlást , nem kétszer, mint feltételezhető. Ennek másik módja az, hogy a nyomásnak négyszeresére kell emelkednie, hogy megduplázza az áramlási sebességet.

Az alvázon keresztüli áramlási sebesség meghatározásához az alváz impedancia görbéjét úgy lehet mérni, hogy tetszőleges nyomást gyakorolnak az alváz bemenetére, és megmérik az alvázon keresztüli áramlást. Ehhez meglehetősen kifinomult berendezésekre van szükség. A futómű impedancia görbéjének meghatározásával (amelyet a szomszédos görbén látható piros és fekete vonalak jelölnek), az adott ventilátorkonfiguráció által generált tényleges áramlást az alvázon grafikusan ábrázoljuk, ahol az alvázimpedancia görbe keresztezi a ventilátor görbét. Az alváz impedancia görbéjének meredeksége négyzetgyök függvény, ahol az áramlási sebesség megkétszerezése szükséges a nyomáskülönbség négyszereséhez.

Ebben a konkrét példában egy második ventilátor hozzáadása csekély javulást eredményezett, mivel mindkét konfiguráció áramlása körülbelül 27–28 köbméter /perc (0,76–0,79 m 3 /perc). Bár a rajzon nincs feltüntetve, egy soros második ventilátor valamivel jobb teljesítményt nyújtana, mint a párhuzamos telepítés.

Hőmérséklet az áramlási sebességhez képest

Az alvázon keresztül szükséges légáramlás egyenlete az

ahol

CFM = Cubic Feet per Minute (0.028 m3/min)
Q = Heat Transferred (kW)
Cp = Specific Heat of Air
r = Density
DT = Change in Temperature (in °F)

Egy egyszerű, konzervatív hüvelykujjszabály a hűtési áramlási követelményekre vonatkozóan, leszámítva az olyan hatásokat, mint a hőveszteség az alváz falain keresztül, valamint a lamináris és a turbulens áramlás, valamint figyelembe véve a tengerszintű hő és sűrűség állandóit:

Például egy tipikus alváz 500 watt terheléssel, 54 ° C maximális belső hőmérséklettel 38 ° C -os környezetben, azaz 17 ° C -os különbséggel:

Ez a tényleges áramlás lenne az alvázon, és nem a ventilátor szabad levegője. Azt is meg kell jegyezni, hogy a "Q", az átadott hő a CPU vagy a GPU hűtő légáramba történő hőátadási hatékonyságának függvénye.

Piezoelektromos szivattyú

A GE által szabadalmaztatott "kettős piezo hűtő sugár" rezgések segítségével szivattyúzza a levegőt a készüléken. A kezdeti eszköz három milliméter vastag, és két nikkelkorongból áll , amelyek mindkét oldalon egy piezoelektromos kerámiaszálhoz vannak csatlakoztatva. A kerámiaelemen áthaladó váltakozó áram hatására másodpercenként akár 150 -szer is tágul és összehúzódik, így a nikkelkorongok fújtatóként működnek. Összehúzódva a tárcsák szélei összenyomódnak, és beszívják a forró levegőt. A tágítás összehozza a nikkelkorongokat, és nagy sebességgel kiszorítja a levegőt.

A készüléknek nincs csapágya, és nem igényel motort. Vékonyabb és kevesebb energiát fogyaszt, mint a tipikus ventilátorok. A fúvóka ugyanannyi levegőt képes mozgatni, mint a kétszer akkora hűtőventilátor, miközben fele annyi áramot fogyaszt és alacsonyabb költségek mellett.

Passzív hűtés

Alaplap egy NeXTcube számítógép (1990) 32 bites Microprozessor Motorola 68040 működtetett 25 MHz . A kép alsó szélén és középen balra a közvetlenül a CPU -ra szerelt hűtőborda látható. Nem volt dedikált ventilátor a CPU számára. Az egyetlen másik hűtőbordával rendelkező IC a RAMDAC (közvetlenül a CPU -ból).

A passzív hűtőborda hűtés magában foglalja a megmunkált vagy extrudált fém tömb rögzítését a hűtést igénylő részen. Termikus ragasztó használható. A személyi számítógép CPU -jában gyakrabban egy bilincs tartja a hűtőbordát közvetlenül a chip fölött, hőzsír vagy hőpárna között. Ennek a blokknak bordái és gerincei vannak a felületének növeléséhez. A fém hővezető képessége sokkal jobb, mint a levegőé, és jobban sugároz hőt, mint az alkatrész, amelyet véd (általában integrált áramkör vagy CPU). A ventilátorral hűtött alumínium hűtőbordák eredetileg az asztali számítógépek normái voltak, de manapság sok hűtőborda réz alappal rendelkezik, vagy teljesen rézből készül.

A por felhalmozódása a hűtőborda fém bordái között fokozatosan csökkenti a hatékonyságot, de egy gázporlasztóval ellensúlyozható, ha a port minden más nemkívánatos anyaggal együtt elfújja.

A passzív hűtőbordák általában a régebbi processzorokon, nem túl forró részeken (például a lapkakészleten) és az alacsony fogyasztású számítógépeken találhatók.

Általában egy hűtőbordát csatlakoztatnak az integrált hőelosztóhoz (IHS), lényegében egy nagy, lapos lemezt, amely a CPU -hoz van rögzítve, és a vezetőképes réteg között. Ez elvezeti vagy elterjeszti a hőt helyben. A hűtőbordával ellentétben a szórógép célja a hő újraelosztása, nem pedig eltávolítása. Ezenkívül az IHS védi a törékeny CPU -t.

A passzív hűtés nem jár ventilátorzajjal, mivel a konvekciós erők mozgatják a levegőt a hűtőborda felett.

Más technikák

Folyadékkal merített hűtés

Ásványolajba merített számítógép.

A számítógépek, a GPU -k, az FPGA -k és az ASIC -k növekvő hősűrűsége miatt egy másik növekvő tendencia, hogy a teljes számítógépet vagy egyes alkatrészeket egy hővezető, de nem elektromos vezetőképes folyadékba merítik . Bár ritkán használják személyi számítógépek hűtésére, a folyadékmerítés rutin módszer a nagy teljesítményelosztó alkatrészek, például transzformátorok hűtésére . Egyre népszerűbb az adatközpontok körében is. Az ilyen módon lehűtött személyi számítógépek nem igényelnek ventilátorokat vagy szivattyúkat, és kizárólag a számítógép hardvere és a burkolat közötti passzív hőcserével hűthetők . Hőcserélőre (pl. Fűtőmagra vagy radiátorra) szükség lehet , és a csöveket is helyesen kell elhelyezni.

Az alkalmazott hűtőfolyadéknak kellően alacsony elektromos vezetőképességűnek kell lennie, hogy ne zavarja a számítógép normál működését. Ha a folyadék némileg elektromos vezetőképességű, elektromos zárlatot okozhat az alkatrészek vagy nyomok között, és véglegesen károsíthatja azokat. Ezen okok miatt előnyös, ha a folyadék szigetelő ( dielektromos ) és nem vezet áramot.

Sokféle folyadék létezik erre a célra, beleértve a transzformátorolajokat , a szintetikus egyfázisú és kétfázisú dielektromos hűtőfolyadékokat, mint például a 3M Fluorinert vagy a 3M Novec. A személyi számítógépek hűtésére sikeresen használtak nem rendeltetésszerű olajokat, beleértve a főző-, motor- és szilikonolajokat .

Néhány merülőhűtésben használt folyadék, különösen a szénhidrogén alapú anyagok, például ásványi olajok, étolajok és szerves észterek, ronthatják a számítógépekben használt általános anyagokat, például gumikat, polivinil -kloridot (PVC) és hőzsírokat . Ezért kritikus fontosságú az ilyen folyadékok anyagkompatibilitásának felülvizsgálata használat előtt. Különösen azt találták, hogy az ásványolaj negatív hatással van a PVC és gumi alapú huzalszigetelésre. A termikus paszták, amelyeket a processzorok és a grafikus kártyák hűtőbordáira továbbítanak, egyes folyadékokban feloldódnak, azonban elhanyagolható hatással vannak a hűtésre, kivéve, ha az alkatrészeket eltávolították és levegőben működtették.

A párolgás, különösen a kétfázisú hűtőfolyadékoknál, problémát okozhat, és a folyadékot rendszeresen újratölteni vagy lezárni kell a számítógép burkolatában. A merülőhűtés rendkívül alacsony PUE értékeket (1,05) tesz lehetővé, szemben a léghűtés 1,35-tel, és akár 100 KW számítási teljesítményt (hőelvezetés, TDP) is lehetővé tesz 19 hüvelykes rackenként , szemben a léghűtéssel, amely általában akár 23 KW.

A hulladékhő csökkentése

Ahol nincs szükség sok funkcióval rendelkező erős számítógépre, ott kevésbé hatékony vagy kevesebb funkcióval rendelkező számítógépek használhatók. 2011 -től a CPU -val ellátott VIA EPIA alaplap jellemzően körülbelül 25 watt hőt bocsát ki, míg egy hatékonyabb Pentium 4 alaplap és processzor általában körülbelül 140 wattot. A számítógépek egyenárammal táplálhatók egy külső tápegységről, amely nem termel hőt a számítógép házában. A katódsugárcsöves (CRT) kijelzők hatékonyabb, vékonyképernyős folyadékkristályos (LCD ) kijelzővel történő cseréje a huszonegyedik század elején jelentősen csökkentette az energiafogyasztást.

Hűtőbordák

Passzív hűtőborda a lapkakészleten
Aktív hűtőborda ventilátorral és hőcsövekkel

Az alkatrészek jó hőérintkezésben szerelhetők fel hűtőbordával, passzív eszközzel, nagy hőkapacitással és nagy felülettel a térfogatához képest. A hűtőbordák általában nagy hővezető képességű fémből , például alumíniumból vagy rézből készülnek, és bordákat tartalmaznak a felület növelése érdekében. A viszonylag kis alkatrészből származó hő átkerül a nagyobb hűtőbordába; a komponens és a hűtőborda egyensúlyi hőmérséklete sokkal alacsonyabb, mint önmagában az alkatrészé. A hőt konvekciós vagy ventilátoros légáramlás vezeti el a hűtőbordából. A ventilátorhűtést gyakran olyan processzorok és grafikus kártyák hűtésére használják, amelyek jelentős mennyiségű elektromos energiát fogyasztanak. Számítógépben egy tipikus hőtermelő alkatrészt sík felülettel lehet előállítani. Egy fémtömb megfelelő sík felülettel és bordázott konstrukcióval, esetenként ventilátorral van felszerelve az alkatrészhez. A tökéletlenül lapos és sima felületek miatti rosszul vezető légrések kitöltéséhez vékony réteg hőzsírt , hőpárnát vagy hőragasztót helyezhet az alkatrész és a hűtőborda közé.

A hőt a hűtőbordából konvekció útján távolítják el , bizonyos mértékig sugárzással , esetleg vezetéssel, ha a hűtőborda termikus érintkezésben van mondjuk a fém burkolattal. A hagyományos asztali számítógépeken gyakran használnak olcsó ventilátorral hűtött alumínium hűtőbordákat. A réz alaplappal ellátott, vagy rézből készült hűtőbordák jobb hőmérsékleti tulajdonságokkal rendelkeznek, mint az alumíniumból készült hűtőbordák . A réz hűtőborda hatékonyabb, mint az azonos méretű alumínium egység, ami releváns a nagy teljesítményű számítógépekben használt nagy fogyasztású alkatrészek tekintetében.

A passzív hűtőbordák általában megtalálhatók: régebbi CPU-k, alkatrészek, amelyek nem sok energiát vesznek el, mint például a lapkakészlet, kis teljesítményű processzorral rendelkező számítógépek és olyan berendezések, ahol a csendes működés kritikus, és a ventilátorzaj elfogadhatatlan.

Általában egy hűtőbordát rögzítenek az integrált hőelosztóhoz (IHS), egy lapos fémlemezhez, amely megegyezik a CPU -csomag méretével, amely része a CPU -szerelvénynek, és helyben elosztja a hőt. Vékony réteg termikus vegyületet helyeznek közéjük, hogy kompenzálják a felületi hibákat. A szórógép elsődleges célja a hő újraelosztása. A hűtőbordák javítják a hatékonyságát.

A DDR2, DDR3, DDR4 és a hamarosan megjelenő DDR5 DRAM memóriamodulok több márkája bordázott hűtőbordával van felszerelve, amely a modul felső szélére van rögzítve. Ugyanezt a technikát használják olyan videokártyák esetében is, amelyek bordázott passzív hűtőbordát használnak a GPU -n.

A por hajlamos a bordázott hűtőbordák réseibe, különösen a ventilátorok nagy légáramlása miatt. Ez távol tartja a levegőt a forró alkatrészektől, csökkentve a hűtés hatékonyságát; a por eltávolítása azonban visszaállítja a hatékonyságot.

Peltier (termoelektromos) hűtés

Rendszeres Peltier hűtési beállítás PC -khez

A Peltier csomópontok általában csak körülbelül 10-15% -kal olyan hatékonyak, mint az ideális hűtőszekrény ( Carnot-ciklus ), szemben a hagyományos kompressziós ciklusos rendszerekkel ( kompressziót/tágulást alkalmazó fordított Rankine rendszerek) elért 40–60% -kal . Ennek az alacsonyabb hatékonyságnak köszönhetően a termoelektromos hűtést általában csak olyan környezetben használják, ahol a szilárdtest -jelleg ( mozgó alkatrészek hiánya , alacsony karbantartás, kompakt méret és orientációs érzéketlenség) meghaladja a tiszta hatékonyságot.

A modern TEC -ek több egymásra helyezett egységet használnak, amelyek mindegyike több tucat vagy száz egymás mellett elhelyezett hőelemből áll, ami jelentős mennyiségű hőátadást tesz lehetővé . A hőelemeknél leggyakrabban bizmut és tellúr kombinációját használják.

Energiát fogyasztó aktív hőszivattyúként a TEC-ek környezeti hőmérséklet alatti hőmérsékletet tudnak előállítani, ami lehetetlen passzív hűtőbordákkal, radiátorral hűtött folyadékhűtéssel és hőcsöves HSF-ekkel. Azonban a hőszivattyúzás során a Peltier modul általában több elektromos energiát fogyaszt, mint a szivattyúzott hőmennyiség.

A CPU hűtésére Peltier elem és nagynyomású hűtőközeg (kétfázisú hűtés) is használható.

Folyadékhűtés

A Deepcool Captain 360 egy all-in-one hűtőegység, tokba szerelve
DIY vízhűtés beállítás, amely 12 V-os szivattyút, CPU-vizes blokkot és a T-Line tipikus alkalmazását mutatja
A számítógépek rendszeres folyadékhűtési beállításának vázlata

A folyadékhűtés rendkívül hatékony módszer a felesleges hő eltávolítására, az asztali számítógépek leggyakoribb hőátadó folyadéka (desztillált) víz. Az előnyök a víz hűtő alatt léghűtés közé tartoznak víz nagyobb fajlagos hőkapacitása és hővezető képessége .

A számítógépek tipikus (aktív) folyadékhűtő rendszerében alkalmazott elv megegyezik az autó belsőégésű motorjában alkalmazott elvvel , a vizet a vízszivattyú keringteti a CPU -ra szerelt vízblokkon keresztül (és néha további alkatrészeket, például GPU -t és északhíd) és egy hőcserélőhöz , tipikusan radiátorhoz . A radiátort rendszerint ventilátorral hűtik . A ventilátoron kívül más módon is hűthető, például Peltier -hűtővel (bár a Peltier -elemeket leggyakrabban közvetlenül a hűtendő hardver tetejére helyezik, és a hűtőfolyadékot a hő elvezetésére használják a forró a Peltier elem oldala). A rendszerhez gyakran hűtőfolyadék -tartály is csatlakozik.

Az aktív folyadékhűtő rendszerek mellett néha passzív folyadékhűtő rendszereket is használnak. Ezek a rendszerek gyakran eldobják a ventilátort vagy a vízszivattyút, így elméletileg növelik a rendszer megbízhatóságát, és/vagy csendesebbé teszik, mint az aktív rendszerek. E rendszerek hátrányai azonban az, hogy sokkal kevésbé hatékonyak a hő elvezetésében, és ezért sokkal több hűtőfolyadékra van szükségük - és így sokkal nagyobb hűtőfolyadék -tartályra -, ami több időt biztosít a hűtőfolyadék lehűlésére.

A folyadékok több hőt engednek át a hűtendő alkatrészekből, mint a levegő, így a folyadékhűtés alkalmas túlhajtásra és nagy teljesítményű számítógépes alkalmazásokra. A léghűtéshez képest a folyadékhűtést is kevésbé befolyásolja a környezeti hőmérséklet. A folyékony hűtés viszonylag alacsony zajszintje kedvezően viszonyul a levegőhűtéshez, amely meglehetősen zajos lehet.

A folyadékhűtés hátrányai közé tartozik a bonyolultság és a hűtőfolyadék -szivárgás lehetősége. A szivárgó víz (vagy ami még fontosabb, a vízben található bármilyen adalékanyag) károsíthatja az elektronikus alkatrészeket, amelyekkel érintkezésbe kerül, és a szivárgások vizsgálatának és javításának szükségessége összetettebb és kevésbé megbízható telepítéseket eredményez. (Figyelemre méltó, hogy az első nagyobb behatolás területén vízhűtéses személyi számítógépek általános használatra, a high-end változatának Apple „s Power Mac G5 , végül kudarcot egy hajlam, nem szivárog.) Egy léghűtéses hűtőborda általában sokkal egyszerűbb építeni, telepíteni és karbantartani, mint egy vízhűtéses megoldás, bár CPU-specifikus vízhűtő készletek is megtalálhatók, amelyek ugyanolyan könnyen telepíthetők, mint egy léghűtő. Ezek azonban nem korlátozódnak a CPU -kra, és a GPU -kártyák folyadékhűtése is lehetséges.

Bár eredetileg a nagyszámítógépekre korlátozódott , a folyadékhűtés gyakorlattá vált, amely nagyrészt a gyártott készletek, vagy az egyedileg összegyűjtött alkatrészekből összeállított „csináld magad” beállítások formájában kapcsolódik a túlhajtáshoz . Az elmúlt években megnőtt a folyadékhűtés népszerűsége az előre összeszerelt, közepes vagy nagy teljesítményű asztali számítógépekben. A lezárt ("zárt hurkú") rendszerek, amelyek kis előretöltött radiátort, ventilátort és vízblokkot tartalmaznak, egyszerűbbé teszik a vízhűtés telepítését és karbantartását, kis költséggel a hűtés hatékonyságában, összehasonlítva a nagyobb és összetettebb beállításokkal. A folyadékhűtést általában léghűtéssel kombinálják, folyadékhűtéssel a legmelegebb alkatrészek, például a CPU vagy a GPU számára, miközben megtartják az egyszerűbb és olcsóbb léghűtést a kevésbé igényes alkatrészek számára.

Az IBM Aquasar rendszer melegvizes hűtést használ az energiahatékonyság eléréséhez, a vizet az épületek fűtésére is használják.

2011 óta a vízhűtés hatékonysága egy all-in-one (AIO) vízhűtési megoldások sorozatát indította el. Az AIO megoldások sokkal egyszerűbben telepíthetők, és a legtöbb egységet pozitívan értékelték a felülvizsgálati oldalak.

Hőcsövek és gőzkamrák

Grafikus kártya ventilátor nélküli hűtőcső -hűtővel

A hőcső egy üreges cső, amely hőátadó folyadékot tartalmaz. A folyadék elnyeli a hőt és elpárolog a cső egyik végén. A gőz a cső másik (hűvösebb) végébe jut, ahol lecsapódik, feladva látens hőségét . A folyadék gravitáció vagy kapilláris hatására visszatér a cső forró végébe, és megismétli a ciklust. A hőcsövek sokkal hatékonyabb hővezető képességgel rendelkeznek, mint a szilárd anyagok. Számítógépekben való használatra a CPU hűtőbordája egy nagyobb radiátoros hűtőbordához van csatlakoztatva. Mindkét hűtőborda üreges, csakúgy, mint a közöttük lévő rögzítés, és egy nagy hőcsövet hoz létre, amely a hőt a CPU -ból a radiátorba továbbítja, amelyet aztán valamilyen hagyományos módszerrel lehűt. Ez a módszer drága, és általában akkor használják, ha szűkös a hely, például kis méretű PC-kben és laptopokban, vagy ahol a ventilátorzaj nem tolerálható, például az audiogyártásban. E hűtési módszer hatékonysága miatt sok asztali CPU és GPU, valamint a csúcskategóriás lapkakészletek hőcsöveket és gőzkamrákat használnak az aktív ventilátoros hűtés és a passzív hűtőbordák mellett, hogy biztonságos üzemi hőmérsékleten maradjanak. A gőzkamra ugyanazokkal az elvekkel működik, mint a hőcső, de cső helyett födém vagy lemez formát ölt. A hőcsövek függőlegesen elhelyezhetők a tetején, és a gőzkamrák részét képezhetik. A gőzkamrák kiváló minőségű okostelefonokon is használhatók .

Elektrosztatikus légmozgás és koronakibocsátó hatású hűtés

A Kronos és a Thorn Micro Technologies által kifejlesztett hűtési technológia egy ionos szélszivattyút (más néven elektrosztatikus folyadékgyorsítót) alkalmaz. Az ionos szélszivattyú alapvető működési elve a koronakisülés , a feltöltött vezető közelében lévő elektromos kisülés, amelyet a környező levegő ionizációja okoz.

A Kronos által kifejlesztett koronakisülési hűtő a következőképpen működik: Magas elektromos mező jön létre a katód hegyén, amelyet a CPU egyik oldalán helyeznek el. A nagy energiapotenciál hatására a levegőben lévő oxigén- és nitrogénmolekulák ionizálódnak (pozitív töltésűek), és koronát hoznak létre (töltött részecskék glóriája). Egy földelt anód elhelyezése a CPU ellentétes végén azt eredményezi, hogy a koronában töltött ionok felgyorsulnak az anód felé, és útközben ütköznek semleges levegő molekulákkal. Ezen ütközések során a lendület az ionizált gázból a semleges levegő molekulákba kerül, ami a gáz mozgását eredményezi az anód felé.

A koronaalapú hűtő előnyei a mozgó alkatrészek hiánya, ezáltal kiküszöbölve bizonyos megbízhatósági problémákat, és nulla közeli zajszinttel és mérsékelt energiafogyasztással működik.

Lágy hűtés

A lágy hűtés az a gyakorlat, amikor szoftvert használnak a CPU energiatakarékos technológiáinak előnyeinek minimalizálására. Ezt használja megállt utasítások kikapcsolásához vagy tegye készenléti állapotban CPU alrészekre hogy nem használják, vagy underclocking a CPU. Ez alacsonyabb összes sebességet eredményez, de ez nagyon hasznos lehet, ha a CPU túlhajtásával javítja a felhasználói élményt ahelyett, hogy növelné a nyers feldolgozási teljesítményt, mivel megakadályozhatja a zajosabb hűtés szükségességét. A kifejezéssel ellentétben ez nem a hűtés egyik formája, hanem a hőtermelés csökkentése.

Alacsony feszültségű

Az alulfeszítés a CPU vagy bármely más alkatrész működésének gyakorlata, amelynek feszültsége az eszköz specifikációi alatt van. Egy alulfeszített alkatrész kevesebb energiát fogyaszt, és így kevesebb hőt termel. Ennek képessége gyártónként, termékcsaládonként, sőt ugyanazon termék (akárcsak a rendszer más alkotóelemeinek) különböző gyártási szakaszai szerint változik, de a processzorokat gyakran úgy határozzák meg, hogy a feltétlenül szükségesnél nagyobb feszültséget használják. Ez a tűrés biztosítja, hogy a processzor nagyobb eséllyel teljesíthet megfelelően a nem optimális körülmények között, például gyengébb minőségű alaplap vagy alacsony tápfeszültség esetén. Egy bizonyos határérték alatt a processzor nem fog megfelelően működni, bár a túlfeszültség túlzottan általában nem vezet tartós hardverkárosodáshoz (ellentétben a túlfeszültséggel).

Csendes rendszereknél az alulfeszítést használják , mivel a hőtermelés csökkenése miatt kevesebb hűtésre van szükség, ami lehetővé teszi a zajos ventilátorok kihagyását. Akkor is használják, ha az akkumulátor töltési idejét maximalizálni kell.

Chipbe integrált

A hagyományos hűtési technikák mindegyike a "hűtő" alkatrészét a számítógépes chipcsomag külső részéhez rögzíti. Ez a "rögzítési" technika mindig mutat némi hőállóságot, csökkentve annak hatékonyságát. A hő hatékonyabban és gyorsabban eltávolítható a chip helyi forró pontjainak közvetlen hűtésével, a csomagoláson belül. Ezeken a helyeken több mint 300 W/cm 2 teljesítményveszteség fordulhat elő (a tipikus CPU kevesebb, mint 100 W/cm 2 ), bár a jövőbeli rendszerek várhatóan meghaladják az 1000 W/cm 2 értéket . Ez a helyi hűtési forma elengedhetetlen a nagy teljesítményű sűrűségű chipek kifejlesztéséhez. Ez az ideológia vezetett a hűtőelemek számítógépes chipbe történő integrálásának vizsgálatához. Jelenleg két technika létezik: mikrocsatornás hűtőbordák és sugárhajtású hűtés.

A mikrocsatornás hűtőbordákban a csatornákat a szilícium chipbe (CPU) gyártják, és a hűtőfolyadékot szivattyúzzák rajtuk. A csatornák nagyon nagy felülettel rendelkeznek, ami nagy hőátadást eredményez. Ezzel a technikával 3000 W/cm 2 hőleadást jelentettek. A hőelvezetés tovább növelhető, ha kétfázisú hűtőfolyadékot alkalmaznak. Sajnos a rendszer nagy nyomásesést igényel, a kis csatornák miatt, és a hőáram alacsonyabb az elektronikus hűtésben használt dielektromos hűtőfolyadékokkal.

Egy másik helyi forgácshűtési technika a sugárütközéses hűtés. Ennél a technikánál a hűtőfolyadékot egy kis nyíláson átáramolják, és sugár keletkezik. A sugár a CPU chip felülete felé irányul, és hatékonyan képes eltávolítani a nagy hőáramokat. 1000 W/cm 2 feletti hőleadást jelentettek. A rendszer a mikrocsatornás módszerhez képest alacsonyabb nyomáson is működtethető. A hőátadás tovább növelhető kétfázisú áramláshűtéssel és visszatérő csatornák integrálásával (hibrid a mikrocsatornás hűtőbordák és a sugárütközéses hűtés között).

Fázisváltó hűtés

A fázisváltásos hűtés rendkívül hatékony módja a processzor hűtésének. A gőztömörítő fázisváltó hűtő egy olyan egység, amely általában a számítógép alatt helyezkedik el, és a cső a processzorhoz vezet. A készülék belsejében ugyanolyan típusú kompresszor található, mint a légkondicionálóban . A kompresszor egy gázt (vagy gázkeveréket) présel, amely az elpárologtatóból (CPU hűtő alább tárgyalva) származik. Ezután a nagyon forró nagynyomású gőzt a kondenzátorba (hőelvezető eszköz) tolják, ahol forró gázból folyadékká kondenzálódik, amely általában a kondenzátor kimeneténél lehűl, majd a folyadékot egy tágulási eszközbe táplálják (korlátozás a rendszer) nyomáscsökkenést okozva a folyadékot elpárologtatja (eléri azt a nyomást, ahol a kívánt hőmérsékleten felforrhat); az alkalmazott tágulási eszköz lehet egy egyszerű kapilláris cső egy bonyolultabb hőtágulási szelephez. A folyadék elpárolog (változó fázis), elnyeli a hőt a processzortól, miközben extra energiát merít környezetéből, hogy alkalmazkodjon ehhez a változáshoz (lásd a látens hőt ). A párolgás -15 és -150 ° C (5 és -238 ° F) közötti hőmérsékletet eredményezhet. A folyadék beáramlik az elpárologtatóba, hűtve a CPU -t, és alacsony nyomáson gőzzé alakul. Az elpárologtató végén ez a gáz lefolyik a kompresszorba, és a ciklus újra kezdődik. Így a processzor −15 és –150 ° C közötti hőmérsékletre hűthető, a terheléstől, a processzor teljesítményétől, a hűtőrendszertől (lásd a hűtést ) és a használt gázkeveréktől függően . Az ilyen típusú rendszereknek számos problémája van (költség, súly, méret, rezgés, karbantartás, villamos energia költsége, zaj, speciális számítógépes torony szükségessége), de elsősorban a harmatpontra és a megfelelő szigetelésre kell figyelni minden környezeti felületi felületet, amelyet meg kell tenni (a csövek megizzadnak, víz csöpög az érzékeny elektronikára).

Alternatívaként a hűtőrendszer új fajtáját fejlesztik ki, amely szivattyút helyez a termoszifon hurokba. Ez újabb fokú rugalmasságot biztosít a tervezőmérnök számára, mivel a hő most hatékonyan szállítható el a hőforrástól, és vagy visszanyerhető, vagy elvezethető a környezetbe. A csomópont hőmérsékletét a rendszer nyomásának beállításával lehet beállítani; a magasabb nyomás magasabb folyadék telítési hőmérsékletet jelent. Ez kisebb kondenzátorokat, kisebb ventilátorokat és/vagy hatékony hőelvezetést tesz lehetővé magas környezeti hőmérsékletű környezetben. Ezek a rendszerek lényegében a következő generációs folyadékhűtési paradigmák, mivel körülbelül tízszer hatékonyabbak, mint az egyfázisú víz. Mivel a rendszer dielektrikumot használ hőszállító közegként, a szivárgások nem okoznak katasztrofális meghibásodást az elektromos rendszerben.

Ezt a hűtési módot az extrém módszereknek tekintik az alkatrészek hűtésére, mivel az egységek viszonylag drágák az átlagos asztali számítógépekhez képest. Jelentős zajt is keltenek, mivel lényegében hűtőszekrények; mindazonáltal a kompresszorválasztás és a léghűtőrendszer ennek a meghatározó tényezője, amely rugalmasságot tesz lehetővé a zajcsökkentéshez a választott alkatrészek alapján.

A "termoszifon" hagyományosan egy zárt rendszert jelent, amely több csőből és/vagy kamrából áll, és egy nagyobb kamrában van egy kis folyadéktartály (gyakran forráspontja éppen a környezeti hőmérséklet felett van, de nem feltétlenül). A nagyobb kamra olyan közel van a hőforráshoz, és úgy van kialakítva, hogy a lehető legtöbb hőt vezesse belőle a folyadékba, például egy CPU hűtőlemez, amelynek belsejében lévő kamra folyadékkal van feltöltve. Egy vagy több cső felfelé húzódik valamilyen radiátorba vagy hasonló hőelvezetési területbe, és mindez úgy van beállítva, hogy a CPU felmelegíti a benne lévő tartályt és folyadékot, amely forrni kezd, és a gőz felmegy a cső (k) be a radiátor/hőelvezetési területet, majd a kondenzáció után visszacsöpög a tartályba, vagy lefolyik a cső oldalán. Ez nem igényel mozgó alkatrészeket, és némileg hasonlít a hőszivattyúhoz, azzal a különbséggel, hogy a kapilláris hatást nem használják, így bizonyos értelemben potenciálisan jobb (talán a legfontosabb, jobb, mivel sokkal könnyebb felépíteni és sokkal személyre szabhatóbb a speciális felhasználási esetek és a hűtőfolyadék/gőz áramlása sokféle helyzetben és távolságban elrendezhető, és sokkal nagyobb termikus tömeggel és maximális kapacitással rendelkeznek, mint a hőcsövek, amelyeket a jelen lévő hűtőfolyadék mennyisége, valamint a sebesség és az áramlás korlátoz a hűtőfolyadék sebessége, amelyet a kapilláris működés elér a használt szívó résszel, gyakran szinterezett rézporral a cső falán, amelyek áramlási sebessége és kapacitása korlátozott.)

Folyékony nitrogén

Folyékony nitrogén használható a túlhajtott alkatrészek hűtésére

Mivel a folyékony nitrogén −196 ° C -on (−320,8 ° F) forral, jóval a víz fagypontja alatt, ezért extrém hűtőfolyadékként értékes a rövid túlhúzáshoz.

A folyékony nitrogénhűtés tipikus telepítésekor réz- vagy alumíniumcsövet szerelnek a processzor vagy a grafikus kártya tetejére. Miután a rendszert erősen szigetelték a páralecsapódás ellen, a folyékony nitrogént a csőbe öntik, ami jóval -100 ° C (-148 ° F) alatti hőmérsékletet eredményez.

A nitrogén visszatartására, valamint a nagy hőmérsékletváltozások megakadályozására párologtató eszközöket használnak a kivágott hűtőbordáktól kezdve az egyedi őrölt réztartályokhoz csatlakoztatott csövekig. A nitrogén elpárolgása után azonban újra kell tölteni. A személyi számítógépek területén ezt a hűtési módszert ritkán alkalmazzák a próbafutások és a rekordbeállítások túlhúzásának kivételével , mivel a CPU rendszerint viszonylag rövid időn belül lejár a belső változások okozta hőmérsékleti stressz miatt hőfok.

Bár a folyékony nitrogén nem gyúlékony, képes oxigént kondenzálni közvetlenül a levegőből. A folyékony oxigén és gyúlékony anyagok keverékei veszélyesen robbanásveszélyesek lehetnek .

A folyékony nitrogén hűtést általában csak a processzorok benchmarkingjához használják, mivel a folyamatos használat maradandó károsodást okozhat a számítógép egy vagy több részében, és ha gondatlanul kezelik, akár kárt is okozhat a felhasználónak, fagyást okozva .

Folyékony hélium

Hűtésre folyékony héliumot is használtak, amely hidegebb, mint a folyékony nitrogén. A folyékony hélium −269 ° C -on forr (−452,20 ° F), és a hűtőbordából −230–240 ° C (–382,0–400,0 ° F) hőmérsékletet mértek. A folyékony hélium azonban drágább és nehezebben tárolható és használható, mint a folyékony nitrogén. Ezenkívül a rendkívül alacsony hőmérséklet az integrált áramkörök működésének leállását okozhatja. A szilícium-alapú félvezetők például -233 ° C (-387,4 ° F) körül lefagynak.

Optimalizálás

A hűtés számos technikával javítható, amelyek további költségeket vagy erőfeszítéseket igényelhetnek. Ezeket a technikákat gyakran használják különösen azok, akik számítógépük egyes részeit (például a CPU -t és a GPU -t) a gyártó által előírtnál magasabb feszültségen és frekvencián működtetik ( túlhajtás ), ami növeli a hőtermelést.

A nagyobb teljesítményű, nem raktári hűtés telepítése szintén moddálásnak tekinthető . Sok túlhajtó egyszerűen hatékonyabb és gyakran drágább ventilátor- és hűtőborda -kombinációt vásárol, míg mások egzotikusabb számítógépes hűtési módszerekhez folyamodnak, például folyadékhűtéshez, Peltier -hatású hőszivattyúkhoz, hőcső- vagy fázisváltó hűtéshez.

Van néhány kapcsolódó gyakorlat is, amelyek pozitív hatással vannak a rendszer hőmérsékletének csökkentésére:

Hővezető vegyületek

Gyakran Thermal Interface Material (TIM) (pl. Intel).

A hővegyületet általában a CPU, a GPU vagy bármely hőtermelő komponens hővezető képességének növelésére használják a hűtőborda hűtőjéhez. (Az óramutató járásával ellentétes irányban bal felső sarokban: Arctic MX-2, Arctic MX-4, Tuniq TX-4, Antec Formula 7, Noctua NT-H1)

A tökéletesen lapos felületek érintkezéskor optimális hűtést biztosítanak, de a tökéletes síkosság és a mikroszkopikus légrések hiánya gyakorlatilag nem lehetséges, különösen tömegesen gyártott berendezésekben. Egy rendkívül vékony, sovány a termikus vegyület , ami sokkal hővezető, mint a levegő, bár sokkal kevésbé, mint a fém, javíthatja a termikus kapcsolatot és hűtés kitöltésével a légrések. Ha csak kis mennyiségű vegyületet használnak, amely elegendő a rések kitöltéséhez, akkor a legjobb hőmérsékletcsökkenés érhető el.

Sok vita folyik a vegyületek érdemeiről, és a túlórázók gyakran egyes vegyületeket magasabb rendűnek tartanak másoknál. A fő szempont az, hogy a felületek kiegyenlítéséhez szükséges minimális mennyiségű hővegyületet használjuk fel, mivel a vegyület hővezető képessége jellemzően 1/3 és 1/400 közötti, mint a fémé, bár sokkal jobb, mint a levegő. A hűtőborda vegyület vezetőképessége körülbelül 0,5-80 W/mK (lásd cikkeket); az alumíniumé körülbelül 200, a levegőé körülbelül 0,02. Hővezető párnákat is használnak, amelyeket a gyártók gyakran hűtőbordákhoz szerelnek. Ezek kevésbé hatékonyak, mint a megfelelően felhordott termikus vegyület, de egyszerűbben alkalmazhatók, és ha a hűtőbordához vannak rögzítve, akkor nem hagyhatják ki azokat a felhasználók, akik nem ismerik a jó hőkontaktus fontosságát, vagy helyettesíthetik egy vastag és nem hatékony vegyületréteggel.

Ellentétben néhány itt tárgyalt technikával, a hővegyület vagy a párnázás használata szinte egyetemes, ha jelentős mennyiségű hőt oszlatnak el.

Hűtőborda csapkodás

A sorozatgyártású CPU-hőelosztók és hűtőborda-alapok soha nem tökéletesen laposak vagy simaak; ha ezeket a felületeket a lehető legjobb érintkezésbe helyezzük, légrések keletkeznek, amelyek csökkentik a hővezetést. Ez könnyen csökkenthető hőkeverék használatával, de a lehető legjobb eredmény érdekében a felületeknek a lehető leglaposabbnak kell lenniük. Ez egy fáradságos eljárással érhető el , amelyet lappolásnak neveznek , amely jellemzően 2 ° C -kal (4 ° F) csökkentheti a CPU hőmérsékletét.

Lekerekített kábelek

A legtöbb régebbi számítógép lapos szalagkábelt használ a tárolómeghajtók ( IDE vagy SCSI ) csatlakoztatásához. Ezek a nagy lapos kábelek nagymértékben akadályozzák a légáramlást, mivel ellenállást és turbulenciát okoznak. A túlhajtók és a módosítók ezeket gyakran lekerekített kábelekre cserélik, a vezetőképes vezetékek szorosan össze vannak csomózva a felület csökkentése érdekében. Elméletileg a szalagkábelben lévő vezetők párhuzamos szálai csökkentik az áthallást (a jelvezető vezetők jeleket indukálnak a közeli vezetőkben), de nincs empirikus bizonyíték arra, hogy a kábelek lekerekítése csökkenti a teljesítményt. Ennek az lehet az oka, hogy a kábel hossza elég rövid ahhoz, hogy az áthallás hatása elhanyagolható legyen. A problémák általában akkor merülnek fel, ha a kábel nincs elektromágneses védelemmel ellátva, és a hossza jelentős, ami gyakrabban fordul elő a régebbi hálózati kábeleknél.

Ezeket a számítógépes kábeleket kábellel lehet az alvázhoz vagy más kábelekhez kötni a légáramlás további növelése érdekében.

Ez kevésbé jelent problémát az új számítógépeknél, amelyek soros ATA -t használnak, és sokkal keskenyebb kábellel rendelkeznek.

Légáramlat

Minél hidegebb a hűtőközeg (a levegő), annál hatékonyabb a hűtés . A hűtőlevegő hőmérsékletét az alábbi irányelvekkel lehet javítani:

  • Hűvös levegőt juttasson a forró alkatrészekhez a lehető legközvetlenebbül. Ilyenek például a légzőcsövek és alagutak, amelyek a külső levegőt közvetlenül és kizárólag a CPU vagy a GPU hűtőjéhez táplálják. Például a BTX tok kialakítása CPU légcsatornát ír elő.
  • A meleg levegőt a lehető legközvetlenebbül távolítsa el. Példák: A hagyományos PC ( ATX ) tápegységek kifújják a meleg levegőt a tok hátuljából. Számos kétnyílású grafikus kártya- konstrukció fújja át a meleg levegőt a szomszédos nyílás fedelén. Vannak utángyártott hűtők is, amelyek ezt teszik. Néhány CPU hűtési konstrukció közvetlenül a ház hátsó része felé fújja a meleg levegőt, ahol a tok ventilátora ki tudja dobni.
  • A levegőt, amelyet már használtak egy alkatrész spot-hűtésére, nem szabad újra felhasználni egy másik komponens spot-hűtésére (ez az előző tételekből következik). A BTX tok kialakítása megsérti ezt a szabályt, mivel a CPU hűtő kipufogóját használja a lapkakészlet és gyakran a grafikus kártya hűtésére. Régi vagy rendkívül alacsony költségvetésű ATX tokokkal találkozhatunk, amelyek tetején tápegység van. A legtöbb modern ATX tokban azonban van egy tápegység -tartó a ház alján, egy szűrt szellőzőnyílással közvetlenül a tápegység alatt.
  • Előnyben részesítse a hideg beszívott levegőt, kerülje a kipufogó levegő belélegzését (külső levegő a kipufogógáz felett vagy közelében). Például egy toronyház hátulján lévő CPU hűtő légcsatorna meleg levegőt lélegezne be a grafikus kártya kipufogójából. Ha a kipufogógázokat áthelyezi a tok egyik oldalára, hagyományosan a hátlapra/tetejére, ez segít a beszívott levegő hűvös tartásában.
  • Rejtse el a kábeleket az alaplap tálcája mögé, vagy egyszerűen helyezze el a zipzárat és a huzalt, hogy akadálytalan légáramlást biztosítson.

Kevesebb, de stratégiailag elhelyezett ventilátor javítja a légáramlást a számítógép belsejében, és ezáltal csökkenti a ház belső hőmérsékletét a környezeti feltételekhez képest. A nagyobb ventilátorok használata szintén javítja a hatékonyságot és csökkenti a hulladékhő mennyiségét, valamint a ventilátorok működése közben keletkező zaj mennyiségét.

Kevés egyetértés van a különböző ventilátor -elhelyezési konfigurációk hatékonyságában, és kevés a módszeres tesztelés. Egy téglalap alakú PC (ATX) tok esetében az elülső ventilátor, a hátsó és a felül lévő ventilátor megfelelő konfigurációnak bizonyult. Az AMD (kissé elavult) rendszerhűtési irányelvei azonban megjegyzik, hogy "Az első hűtőventilátor nem tűnik elengedhetetlennek. Valójában néhány extrém helyzetben a tesztelés azt mutatta, hogy ezek a ventilátorok visszaforgatják a forró levegőt, nem pedig hideg levegőt." Előfordulhat, hogy az oldalsó panelek ventilátorai hasonló káros hatást gyakorolhatnak - esetleg a házon keresztül történő normál légáramlás megzavarásával. Ez azonban nem megerősített, és valószínűleg a konfigurációtól függően változik.

Levegő nyomás

1) Negatív nyomás 2) Pozitív nyomás

Lazán szólva a pozitív nyomás azt jelenti, hogy a tokba történő beszívás erősebb, mint a házból kipufogó. Ez a konfiguráció azt eredményezi, hogy a ház belsejében nagyobb a nyomás, mint a környezetében. A negatív nyomás azt jelenti, hogy a kipufogógáz erősebb, mint a szívás. Ennek eredményeként a belső légnyomás alacsonyabb, mint a környezetben. Mindkét konfigurációnak vannak előnyei és hátrányai, a pozitív nyomás a két konfiguráció közül a népszerűbb. A negatív nyomás azt eredményezi, hogy a tok a levegőt a ventilátoroktól elválasztott lyukakon és szellőzőnyílásokon keresztül húzza, mivel a belső gázok megpróbálnak egyensúlyt elérni a környezettel. Ennek következtében por kerül a számítógépbe minden helyen. A pozitív nyomás a szűrt szívónyílással kombinálva megoldja ezt a problémát, mivel a levegő csak hajlik arra, hogy kivegye ezeket a lyukakat és szellőzőnyílásokat, hogy egyensúlyt érjen el a környezetével. A por ekkor nem tud bejutni a tokba, csak a szívóventilátorokon keresztül, amelyeknek porszűrőkkel kell rendelkezniük.

Számítógép típusok

Asztali számítógépek

A hűtőlevegő légáramának illusztrációja számítógépházban a számítógép hűtése során

Az asztali számítógépek általában egy vagy több ventilátort használnak a hűtéshez. Bár szinte minden asztali tápegység rendelkezik legalább egy beépített ventilátorral, a tápegységek soha ne szívják fel a ház belsejéből a fűtött levegőt, mivel ez magasabb PSU üzemi hőmérsékletet eredményez, ami csökkenti a tápegység energiahatékonyságát, megbízhatóságát és általános stabilitási képességét. tápellátás a számítógép belső alkatrészeire. Emiatt minden modern ATX tokban (néhány kivételtől eltekintve az ultra-alacsony költségvetésű tokokban) tápegység-tartó található az alján, és a szerelés helyén egy dedikált tápegység-levegőbeszívó nyílás található (gyakran saját szűrővel). PSU, hogy hűvös levegőt szívjon a ház aljáról.

A legtöbb gyártó azt javasolja, hogy hűvös, friss levegőt vezessenek be a ház alsó részébe, és kimerítsék a meleg levegőt a hátsó felső részből. Ha a ventilátorokat úgy szerelik fel, hogy hatékonyabban kényszerítsék a levegőt a burkolatba, mint amennyit eltávolítanak, akkor a belső nyomás magasabb lesz, mint a külső, ezt "pozitív" légáramnak nevezik (az ellenkező esetet "negatív" légáramnak nevezik). Érdemes megjegyezni, hogy a pozitív belső nyomás csak abban az esetben akadályozza meg a por felhalmozódását a tokban, ha a légbeszívó nyílások porszűrővel vannak felszerelve. A negatív belső nyomású tokban nagyobb lesz a por felhalmozódása, még akkor is, ha a beömlőnyílásokat szűrik, mivel a negatív nyomás a port a ház bármely szabad nyílásán keresztül beszívja

A légáramlás a tipikus asztali házban általában nem elég erős egy passzív CPU hűtőborda számára. A legtöbb asztali hűtőborda aktív, beleértve egy vagy akár több közvetlenül csatlakoztatott ventilátort vagy fúvót.

Kiszolgálók

Egy szerver hét ventilátorral az alváz közepén, a jobb oldali meghajtók és a bal oldali alaplap között
A szerverhűtők közeli nézete

Szerverhűtők

Minden szerver rendelkezhet független belső hűtőrendszerrel; A szerver hűtőventilátorok (1 U ) házakban általában a ház közepén helyezkednek el, az elülső merevlemezek és a passzív CPU hűtőbordák között. A nagyobb (magasabb) szekrényekben is vannak ventilátorok, és körülbelül 4U -tól aktív hűtőbordákkal rendelkezhetnek. A tápegységek általában saját, hátrafelé néző kipufogó ventilátorokkal rendelkeznek.

Rackre szerelt hűtők

A rack szekrény egy tipikus ház a vízszintesen szerelt szerverekhez. A levegő jellemzően az állvány elején szívódik be, és hátulról elszívódik. Minden szekrény további hűtési lehetőségekkel rendelkezik; például lehet hozzájuk csatlakoztatott, lezárt hűtésű modul vagy szekrényelemekkel integrálva (például hűtőajtók az iDataPlex szerverállványban ).

A nagyszámú rendszer kis helyen történő elhelyezésének másik módja a penge alváz használata , amely nem vízszintesen, hanem függőlegesen irányul a konvekció megkönnyítése érdekében . A forró alkatrészek által felmelegített levegő hajlamos emelkedni, természetes légáramlást létrehozva a táblák mentén ( veremhatás ), lehűtve őket. Egyes gyártók kihasználják ezt a hatást.

Az adatközpont hűtése

Mivel az adatközpontok jellemzően nagyszámú számítógépet és más áramelosztó eszközt tartalmaznak, veszélyeztetik a berendezések túlmelegedését; ennek megakadályozására kiterjedt HVAC rendszereket alkalmaznak. Gyakran emelt padlót használnak, így a padló alatti terület nagy csatlakozóként használható a hűtött levegő és a tápkábelek számára.

A közvetlen érintkezésű folyadékhűtés hatékonyabb lett, mint a léghűtés, ami kisebb légnyomást, alacsonyabb tőkeigényt és alacsonyabb üzemeltetési költségeket eredményezett, mint a léghűtés. Levegő helyett meleg folyadékot használ a hő eltávolítására a legforróbb alkatrészektől. A folyadékhűtésből származó energiahatékonysági előnyök szintén elősegítik annak bevezetését.

Laptopok

Egy laptop számítógép CPU -ja és GPU -je hűtőbordák, valamint réz hőcsövek, amelyek hőt továbbítanak a kipufogó ventilátorhoz, amely elvezeti a forró levegőt
A hőt egy kipufogó centrifugális ventilátor távolítja el a laptopból.

A laptopok nehéz mechanikus légáramlást, teljesítményelvezetést és hűtési kihívást jelentenek. A laptopokra vonatkozó korlátozások a következők: a készülék egészének a lehető legkönnyebbnek kell lennie; az alaktényezőt a szabványos billentyűzet -elrendezés köré kell építeni; a felhasználók nagyon közel vannak, ezért a zajt a minimálisra kell csökkenteni, és a tok külső hőmérsékletét kellően alacsonyan kell tartani ahhoz, hogy egy körben lehessen használni. A hűtés általában kényszerlevegő -hűtést alkalmaz, de a hőcsövek és a fém alváz vagy ház passzív hűtőbordaként való használata is gyakori. A hőt csökkentő megoldások közé tartozik az alacsonyabb energiafogyasztású ARM vagy Intel Atom processzorok használata.

Mobil eszközök

A mobil eszközök általában nem rendelkeznek különálló hűtőrendszerekkel, mivel a mobil CPU és GPU lapkákat a maximális energiahatékonyság érdekében tervezték az eszköz akkumulátorának korlátai miatt. Néhány nagyobb teljesítményű eszköz tartalmazhat hőelosztót, amely elősegíti a hő átadását a telefon vagy táblagép külső tokjába.

Lásd még

Hivatkozások

Külső linkek