Răcirea computerului - Computer cooling
Răcirea computerului este necesară pentru a elimina căldura uzată produsă de componentele computerului , pentru a menține componentele în limitele de temperatură de funcționare admise. Componentele care sunt susceptibile la defecțiuni temporare sau defecțiuni permanente dacă sunt supraîncălzite includ circuite integrate, cum ar fi unitățile centrale de procesare (procesoare), chipset-uri , plăci grafice și unități de hard disk .
Componentele sunt deseori concepute pentru a genera cât mai puțină căldură posibilă, iar calculatoarele și sistemele de operare pot fi proiectate pentru a reduce consumul de energie și încălzirea în consecință în funcție de volumul de lucru, dar se poate produce încă mai multă căldură decât poate fi îndepărtată fără a fi atentă la răcire. Utilizarea radiatoarelor răcite de fluxul de aer reduce creșterea temperaturii produsă de o anumită cantitate de căldură. Atenția la tiparele de flux de aer poate împiedica dezvoltarea punctelor fierbinți. Ventilatoarele pentru computer sunt utilizate pe scară largă împreună cu ventilatoarele radiatorului pentru a reduce temperatura prin epuizarea activă a aerului cald. Există, de asemenea, tehnici de răcire mai exotice, cum ar fi răcirea cu lichid . Toate procesoarele moderne sunt concepute pentru a tăia sau reduce tensiunea sau viteza ceasului dacă temperatura internă a procesorului depășește o limită specificată. Aceasta este, în general, cunoscută sub numele de limitare termică, în cazul reducerii vitezei ceasului sau oprire termică în cazul unei opriri complete a dispozitivului sau a sistemului.
Răcirea poate fi proiectată pentru a reduce temperatura ambiantă în cazul unui computer, cum ar fi prin epuizarea aerului fierbinte, sau pentru a răci o singură componentă sau o zonă mică (răcire spot). Componentele răcite în mod obișnuit includ CPU, unitatea de procesare grafică (GPU) și Northbridge .
Generatori de căldură nedorită
Circuitele integrate (de exemplu, CPU și GPU) sunt principalii generatori de căldură în computerele moderne. Generarea de căldură poate fi redusă prin proiectarea eficientă și selectarea parametrilor de funcționare, cum ar fi tensiunea și frecvența, dar în cele din urmă, performanța acceptabilă poate fi atinsă adesea numai prin gestionarea unei generări semnificative de căldură.
În funcțiune, temperatura componentelor unui computer va crește până când căldura transferată în împrejurimi este egală cu căldura produsă de componentă, adică atunci când se atinge echilibrul termic . Pentru o funcționare fiabilă, temperatura nu trebuie să depășească niciodată o valoare maximă admisă specificată, unică pentru fiecare componentă. Pentru semiconductori, temperatura joncțiunii instantanee , mai degrabă decât carcasa componentelor, radiatorul sau temperatura ambiantă este critică.
Răcirea poate fi afectată de:
- Praful acționează ca un izolator termic și împiedică fluxul de aer, reducând astfel performanța radiatorului și a ventilatorului.
- Fluxul de aer slab, inclusiv turbulența datorată fricțiunii împotriva componentelor care împiedică, cum ar fi cablurile cu bandă sau orientarea incorectă a ventilatoarelor, poate reduce cantitatea de aer care curge printr-o carcasă și chiar poate crea vârtejuri de aer cald localizate în carcasă. În unele cazuri de echipamente cu un design termic defectuos, aerul de răcire poate curge cu ușurință prin găurile de „răcire” înainte de a trece peste componentele fierbinți; răcirea în astfel de cazuri poate fi adesea îmbunătățită prin blocarea găurilor selectate.
- Transfer slab de căldură datorită contactului termic slab între componentele care trebuie răcite și dispozitivele de răcire. Acest lucru poate fi îmbunătățit prin utilizarea compușilor termici pentru a uniformiza imperfecțiunile suprafeței sau chiar prin lipire .
Prevenirea daunelor
Deoarece temperaturile ridicate pot reduce semnificativ durata de viață sau pot provoca daune permanente componentelor, iar puterea de căldură a componentelor poate depăși uneori capacitatea de răcire a computerului, producătorii iau adesea precauții suplimentare pentru a se asigura că temperaturile rămân în limite de siguranță. Un computer cu senzori termici integrați în CPU, placă de bază, chipset sau GPU se poate închide atunci când sunt detectate temperaturi ridicate pentru a preveni deteriorarea permanentă, deși acest lucru nu poate garanta complet funcționarea sigură pe termen lung. Înainte ca o componentă de supraîncălzire să atingă acest punct, aceasta poate fi „limitată” până când temperaturile scad sub un punct sigur folosind tehnologia de scalare a frecvenței dinamice . Limitarea reduce frecvența de funcționare și tensiunea unui circuit integrat sau dezactivează caracteristicile neesențiale ale cipului pentru a reduce puterea de căldură, adesea cu prețul unei performanțe ușor sau semnificativ reduse. Pentru computerele desktop și notebook-uri, limitarea este adesea controlată la nivel de BIOS . Limitarea este, de asemenea, utilizată în mod obișnuit pentru a gestiona temperaturile smartphone-urilor și tabletelor, unde componentele sunt ambalate strâns împreună cu o răcire activă puțin sau deloc și cu căldură suplimentară transferată din mâna utilizatorului.
Mainframe și supercalculatoare
Pe măsură ce computerele electronice au devenit mai mari și mai complexe, răcirea componentelor active a devenit un factor critic pentru o funcționare fiabilă. Calculatoarele timpurii cu vid, cu dulapuri relativ mari, s-ar putea baza pe circulația naturală sau forțată a aerului pentru răcire. Cu toate acestea, dispozitivele în stare solidă erau ambalate mult mai dens și aveau temperaturi de funcționare mai scăzute.
Începând din 1965, IBM și alți producători de computere mainframe au sponsorizat cercetări intensive în fizica răcirii circuitelor integrate ambalate dens. Multe sisteme de răcire a aerului și a lichidului au fost concepute și investigate, folosind metode precum convecția naturală și forțată, impingerea directă a aerului, imersiunea directă a lichidului și convecția forțată, fierberea în piscină, pelicule în cădere, fierberea în flux și impingerea cu jet de lichid. Analiza matematică a fost utilizată pentru a prezice creșterea temperaturii componentelor pentru fiecare geometrie posibilă a sistemului de răcire.
IBM a dezvoltat trei generații ale modulului de conducție termică (TCM) care a folosit o placă rece răcită cu apă în contact termic direct cu pachete de circuite integrate. Fiecare pachet avea un știft conductiv termic apăsat pe el, iar heliul gazos a înconjurat așchii și știfturi conductoare de căldură. Designul ar putea elimina până la 27 de wați dintr-un cip și până la 2000 de wați pe modul, menținând în același timp temperaturi ale pachetului de cipuri de aproximativ 50 ° C (122 ° F). Sistemele care utilizează TCM au fost familia 3081 (1980), ES / 3090 (1984) și unele modele ale ES / 9000 (1990). În procesorul IBM 3081, TCM-urile au permis până la 2700 de wați pe o singură placă de circuite imprimate menținând în același timp temperatura cipului la 69 ° C (156 ° F). Modulele de conducție termică care utilizează răcirea cu apă au fost, de asemenea, utilizate în sistemele mainframe fabricate de alte companii, inclusiv Mitsubishi și Fujitsu.
Cray-1 supercomputer proiectat în 1976 a avut un sistem de răcire distinct. Mașina avea doar 2.000 mm înălțime și 56+Cu diametrul de 1 ⁄ 2 inci (1.440 mm) și consumat până la 115 kilowați; acest lucru este comparabil cu consumul mediu de energie al câtorva zeci de case occidentale sau al unei mașini de dimensiuni medii. Circuitele integrate utilizate în mașină erau cele mai rapide disponibile la acea vreme, folosind logica cuplată cu emițător ; cu toate acestea, viteza a fost însoțită de un consum mare de energie comparativ cudispozitivele CMOS ulterioare.
Eliminarea căldurii a fost critică. Agentul frigorific a fost circulat prin conducte încorporate în bare de răcire verticale în douăsprezece secțiuni coloane ale mașinii. Fiecare dintre cele 1662 module de circuite imprimate ale mașinii a avut un miez de cupru și a fost prins de bara de răcire. Sistemul a fost conceput pentru a menține cazurile circuitelor integrate la cel mult 54 ° C (129 ° F), cu agent frigorific care circulă la 21 ° C (70 ° F). Respingerea finală a căldurii a fost printr-un condensator răcit cu apă. Conductele, schimbătoarele de căldură și pompele pentru sistemul de răcire au fost aranjate într-un scaun tapițat în jurul exteriorului bazei computerului. Aproximativ 20% din greutatea utilajului în funcțiune era agent frigorific.
În Cray-2 ulterior, cu modulele sale mai dens împachetate, Seymour Cray a avut probleme cu răcirea eficientă a mașinii folosind tehnica de conducere a metalului cu refrigerare mecanică, așa că a trecut la răcirea cu „imersie în lichid”. Această metodă presupunea umplerea șasiului Cray-2 cu un lichid numit Fluorinert . Fluorinert, după cum sugerează și numele său, este un lichid inert care nu interferează cu funcționarea componentelor electronice. Pe măsură ce componentele ajungeau la temperatura de funcționare, căldura se risipea în Fluorinert, care era pompat din mașină către un schimbător de căldură cu apă răcită.
Performanța pe watt a sistemelor moderne s-a îmbunătățit mult; se pot efectua mai multe calcule cu un consum de energie dat decât era posibil cu circuitele integrate din anii 1980 și 1990. Proiecte recente de supercomputer, precum Blue Gene, se bazează pe răcirea cu aer, ceea ce reduce costurile, complexitatea și dimensiunea sistemelor în comparație cu răcirea cu lichid.
Răcirea cu aer
Fanii
Ventilatoarele sunt utilizate atunci când convecția naturală este insuficientă pentru a îndepărta căldura. Ventilatoarele pot fi montate pe carcasa computerului sau pot fi atașate la procesoare, GPU-uri, chipset-uri, unități de alimentare (PSU), hard disk-uri sau ca carduri conectate la un slot de expansiune. Dimensiunile comune ale ventilatoarelor includ 40, 60, 80, 92, 120 și 140 mm. Ventilatoarele de 200, 230, 250 și 300 mm sunt uneori utilizate în computerele personale de înaltă performanță.
Performanța ventilatoarelor în șasiu
Un computer are o anumită rezistență la aerul care curge prin șasiu și componente. Aceasta este suma tuturor impedimentelor mai mici pentru fluxul de aer, cum ar fi deschiderile de intrare și ieșire, filtrele de aer, șasiul intern și componentele electronice. Ventilatoarele sunt simple pompe de aer care furnizează presiune aerului din partea de intrare în raport cu partea de ieșire. Această diferență de presiune mută aerul prin șasiu, aerul curgând în zone cu presiune mai mică.
Ventilatoarele au în general două specificații publicate: debitul de aer liber și presiunea diferențială maximă. Debitul de aer liber este cantitatea de aer pe care un ventilator o va deplasa cu contrapresiune zero. Presiunea diferențială maximă este cantitatea de presiune pe care o poate genera un ventilator atunci când este complet blocată. Între aceste două extreme se află o serie de măsurători corespunzătoare ale debitului versus presiune, care este prezentată de obicei sub formă de grafic. Fiecare model de ventilator va avea o curbă unică, precum curbele întrerupte din ilustrația alăturată.
Instalare paralelă față de serie
Ventilatoarele pot fi instalate paralel între ele, în serie sau într-o combinație a ambelor. Instalarea în paralel ar fi ventilatoare montate una lângă alta. Instalarea în serie ar fi un al doilea ventilator în conformitate cu un alt ventilator, cum ar fi un ventilator de admisie și un ventilator de evacuare. Pentru a simplifica discuția, se presupune că fanii sunt același model.
Ventilatoarele paralele vor oferi dublul fluxului de aer liber, dar nu vor fi supuse presiunii suplimentare. Instalarea în serie, pe de altă parte, va dubla presiunea statică disponibilă, dar nu va crește debitul de aer liber. Ilustrația alăturată arată un ventilator unic față de două ventilatoare în paralel cu o presiune maximă de 0,15 inci (3,8 mm) de apă și un debit dublat de aproximativ 72 de metri cubi pe minut (2,0 m 3 / min).
Rețineți că fluxul de aer se schimbă pe măsură ce rădăcina pătrată a presiunii. Astfel, dublarea presiunii va crește debitul doar de 1,41 ( √ 2 ) ori, nu de două ori mai mult decât s-ar putea presupune. Un alt mod de a privi acest lucru este acela că presiunea trebuie să crească cu un factor de patru pentru a dubla debitul.
Pentru a determina debitul printr-un șasiu, curba de impedanță a șasiului poate fi măsurată prin impunerea unei presiuni arbitrare la intrarea în șasiu și măsurarea debitului prin șasiu. Acest lucru necesită echipamente destul de sofisticate. Cu curba de impedanță a șasiului (reprezentată de liniile roșii și negre solide pe curba adiacentă) determinată, fluxul real prin șasiu generat de o anumită configurație a ventilatorului este prezentat grafic acolo unde curba de impedanță a șasiului traversează curba ventilatorului. Panta curbei de impedanță a șasiului este o funcție de rădăcină pătrată, unde dublarea debitului necesită de patru ori presiunea diferențială.
În acest exemplu particular, adăugarea unui al doilea ventilator a oferit o îmbunătățire marginală, debitul pentru ambele configurații fiind de aproximativ 27-28 de picioare cubi pe minut (0,76-0,79 m 3 / min). Deși nu este prezentat în complot, un al doilea ventilator din serie ar oferi performanțe ușor mai bune decât instalarea paralelă.
Temperatura față de debitul
Ecuația pentru fluxul de aer necesar printr-un șasiu este
Unde
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)
O regulă simplă conservatoare pentru cerințele de răcire a fluxului, reducând astfel de efecte, cum ar fi pierderea de căldură prin pereții șasiului și fluxul laminar versus turbulent, și contabilizarea constantelor pentru căldură și densitate specifice la nivelul mării este:
De exemplu, un șasiu tipic cu o sarcină de 500 wați, o temperatură internă maximă de 130 ° F (54 ° C) într-un mediu de 100 ° F (38 ° C), adică o diferență de 30 ° F (17 ° C):
Acesta ar fi fluxul real prin șasiu și nu clasificarea aerului liber al ventilatorului. De asemenea, trebuie remarcat faptul că „Q”, căldura transferată, este o funcție a eficienței transferului de căldură al unui răcitor de procesor sau GPU către fluxul de aer.
Pompa piezoelectrică
Un „jet dual de răcire piezo”, brevetat de GE , folosește vibrații pentru a pompa aerul prin dispozitiv. Dispozitivul inițial are o grosime de trei milimetri și constă din două discuri de nichel care sunt conectate de fiecare parte la o bucată de ceramică piezoelectrică. Un curent alternativ trecut prin componenta ceramică îl determină să se extindă și să se contracte de până la 150 de ori pe secundă, astfel încât discurile de nichel să acționeze ca o burduf. Contractate, marginile discurilor sunt împinse împreună și aspiră aerul fierbinte. Extinderea aduce împreună discurile de nichel, expulzând aerul cu viteză mare.
Dispozitivul nu are rulmenți și nu necesită un motor. Este mai subțire și consumă mai puțină energie decât ventilatoarele tipice. Jetul poate deplasa aceeași cantitate de aer ca un ventilator de răcire de două ori mai mare decât consumând jumătate din cantitatea de electricitate și la un cost mai mic.
Răcire pasivă
Răcirea pasivă a radiatorului implică atașarea unui bloc de metal prelucrat sau extrudat la piesa care necesită răcire. Se poate utiliza un adeziv termic. Mai frecvent pentru un procesor de computer personal, o clemă ține radiatorul direct peste cip, cu o grăsime termică sau un tampon termic răspândit între ele. Acest bloc are aripioare și creste pentru a-și mări suprafața. Conductivitatea termică a metalului este mult mai bună decât cea a aerului și radiază căldură mai bine decât componenta pe care o protejează (de obicei un circuit integrat sau CPU). Radiatoarele din aluminiu răcite cu ventilator au fost inițial norma pentru computerele desktop, dar în zilele noastre multe radiatoare au plăci de bază din cupru sau sunt realizate în întregime din cupru.
Acumularea de praf între aripioarele metalice ale unui radiator reduce treptat eficiența, dar poate fi contracarată cu un praf de gaz prin suflarea prafului împreună cu orice alt material în exces nedorit.
Radiatoarele pasive se găsesc în mod obișnuit pe procesoarele mai vechi, piesele care nu se încălzesc foarte tare (cum ar fi chipset-ul) și computerele cu putere redusă.
De obicei, un radiator este atașat la distribuitorul de căldură integrat (IHS), în esență o placă mare, plată atașată la CPU, cu pastă de conducere stratificată între ele. Acest lucru disipează sau răspândește căldura local. Spre deosebire de radiator, un împrăștiător are menirea de a redistribui căldura, nu de a o îndepărta. În plus, IHS protejează procesorul fragil.
Răcirea pasivă nu implică zgomot al ventilatorului, deoarece forțele de convecție deplasează aerul peste radiator.
Alte tehnici
Răcire prin imersiune lichidă
.jpg)
O altă tendință de creștere datorată densității de căldură în creștere a computerelor, GPU-urilor, FPGA-urilor și ASIC-urilor este de a scufunda întregul computer sau de a selecta componentele într-un lichid conductiv termic, dar nu electric . Deși rar utilizată pentru răcirea computerelor personale, imersiunea în lichid este o metodă obișnuită de răcire a componentelor mari de distribuție a energiei, cum ar fi transformatoarele . De asemenea, devine popular în rândul centrelor de date. Este posibil ca computerele personale răcite în acest mod să nu necesite nici ventilatoare, nici pompe și pot fi răcite exclusiv prin schimbul de căldură pasiv între hardware-ul computerului și carcasa în care este amplasat. Un schimbător de căldură (adică miez de încălzire sau radiator) ar putea fi totuși necesar , iar conductele trebuie plasate corect.
Lichidul de răcire utilizat trebuie să aibă o conductivitate electrică suficient de scăzută pentru a nu interfera cu funcționarea normală a computerului. Dacă lichidul este oarecum conductiv electric, acesta poate provoca scurtcircuituri electrice între componente sau urme și le poate deteriora permanent. Din aceste motive, este de preferat ca lichidul să fie un izolator ( dielectric ) și să nu conducă electricitatea.
Există o mare varietate de lichide în acest scop, inclusiv uleiuri de transformare , lichide de răcire sintetice monofazate și bifazice dielectrice precum 3M Fluorinert sau 3M Novec. Uleiurile neutilizate , inclusiv uleiurile de gătit, de motor și silicon , au fost folosite cu succes pentru răcirea computerelor personale.
Unele fluide utilizate în răcirea prin imersiune, în special materialele pe bază de hidrocarburi, cum ar fi uleiurile minerale, uleiurile de gătit și esterii organici, pot degrada unele materiale obișnuite utilizate în computere, cum ar fi cauciucurile, clorura de polivinil (PVC) și grăsimile termice . Prin urmare, este esențial să se revizuiască compatibilitatea materialelor acestor fluide înainte de utilizare. S-a constatat că uleiul mineral, în special, are efecte negative asupra izolației din sârmă pe bază de PVC și cauciuc. S-a raportat că pastele termice utilizate pentru a transfera căldura către radiatoare de la procesoare și plăci grafice s-au dizolvat în unele lichide, cu toate acestea cu impact neglijabil la răcire, cu excepția cazului în care componentele au fost îndepărtate și operate în aer.
Evaporarea, în special pentru lichidele de răcire cu 2 faze, poate pune o problemă, iar lichidul poate necesita fie reumplut în mod regulat, fie sigilat în incinta computerului. Răcirea prin imersie poate permite valori PUE extrem de scăzute de 1,05, comparativ cu cea de răcire cu aer de 1,35 și permite până la 100 KW de putere de calcul (disipare de căldură, TDP) per rack de 19 inci , spre deosebire de răcirea cu aer, care de obicei manipulează până la 23 KW.
Reducerea căldurii reziduale
În cazul în care nu sunt necesare computere puternice cu multe caracteristici, pot fi utilizate computere mai puțin puternice sau cele cu mai puține caracteristici. Începând din 2011, o placă de bază VIA EPIA cu CPU disipează de obicei aproximativ 25 de wați de căldură, în timp ce o placă de bază Pentium 4 și un procesor mai capabil disipează de obicei aproximativ 140 de wați. Calculatoarele pot fi alimentate cu curent continuu de la o unitate de alimentare externă care nu generează căldură în interiorul carcasei computerului. Înlocuirea afișajelor cu tuburi catodice (CRT) cu afișaje cu ecran subțire cu cristale lichide (LCD) mai eficiente la începutul secolului al XXI-lea a redus semnificativ consumul de energie.
Radiatoare
O componentă poate fi montată în contact termic bun cu un radiator, un dispozitiv pasiv cu capacitate termică mare și cu o suprafață mare în raport cu volumul său. Radiatoarele sunt fabricate de obicei dintr-un metal cu conductivitate termică ridicată, cum ar fi aluminiu sau cupru, și încorporează aripioare pentru a crește suprafața. Căldura dintr-o componentă relativ mică este transferată la radiatorul mai mare; temperatura de echilibru a componentului plus radiator este mult mai mică decât ar fi componenta singură. Căldura este transportată de la radiator prin fluxul de aer convectiv sau forțat de ventilator. Răcirea ventilatorului este adesea utilizată pentru răcirea procesoarelor și a plăcilor grafice care consumă cantități semnificative de energie electrică. Într-un computer, o componentă tipică generatoare de căldură poate fi fabricată cu o suprafață plană. Un bloc de metal cu o suprafață plană corespunzătoare și o construcție cu aripioare, uneori cu un ventilator atașat, este prins de componentă. Pentru a umple golurile de aer slab conduse din cauza suprafețelor netede plane și netede, între component și radiator se poate amplasa un strat subțire de grăsime termică , un strat termic sau adeziv termic .
Căldura este îndepărtată din radiator prin convecție , într-o oarecare măsură prin radiație și, eventual, prin conducție, dacă radiatorul este în contact termic cu, să zicem, carcasa metalică. Radiatoarele din aluminiu ieftine, răcite cu ventilator, sunt adesea utilizate pe computerele desktop standard. Heatsinks cu cupru bază plăci sau din cupru, au caracteristici termice mai bune decât cele realizate din aluminiu. Un radiator de cupru este mai eficient decât o unitate de aluminiu de aceeași dimensiune, ceea ce este relevant în ceea ce privește componentele cu consum ridicat de energie utilizate în computerele de înaltă performanță.
Radiatoarele pasive se găsesc frecvent pe: procesoare mai vechi, piese care nu disipă multă putere, cum ar fi chipset-ul, calculatoare cu procesoare de putere redusă și echipamente în care funcționarea silențioasă este critică și zgomotul ventilatorului inacceptabil.
De obicei, un radiator este prins de distribuitorul de căldură integrat (IHS), o placă metalică plană de dimensiunea pachetului CPU care face parte din ansamblul CPU și răspândește căldura local. Un strat subțire de compus termic este plasat între ele pentru a compensa imperfecțiunile suprafeței. Scopul principal al distribuitorului este redistribuirea căldurii. Aripile radiatorului își îmbunătățesc eficiența.
Mai multe mărci de DDR2, DDR3, DDR4 și viitoarele module de memorie DRAM DDR5 sunt echipate cu un radiator cu aripioare fixat pe marginea superioară a modulului. Aceeași tehnică este utilizată și pentru plăcile video care utilizează un radiator pasiv cu aripioare pe GPU.
Praful tinde să se acumuleze în crăpăturile radiatoarelor cu aripioare, în special cu fluxul mare de aer produs de ventilatoare. Acest lucru menține aerul departe de componenta fierbinte, reducând eficiența răcirii; cu toate acestea, îndepărtarea prafului restabilește eficiența.
Răcire Peltier (termoelectrică)
Joncțiunile Peltier sunt, în general, doar în jur de 10-15% la fel de eficiente ca frigiderul ideal ( ciclul Carnot ), în comparație cu 40-60% realizate de sistemele convenționale de cicluri de compresie ( sisteme Rankine inverse care utilizează compresie / expansiune). Datorită acestei eficiențe mai scăzute, răcirea termoelectrică este în general utilizată numai în medii în care natura în stare solidă (fără piese în mișcare , întreținere redusă, dimensiuni compacte și insensibilitate de orientare) depășește eficiența pură.
TEC-urile moderne folosesc mai multe unități stivuite, fiecare compusă din zeci sau sute de termocupluri dispuse una lângă alta, ceea ce permite o cantitate substanțială de transfer de căldură . O combinație de bismut și telur este cea mai frecvent utilizată pentru termocupluri.
Ca pompe de căldură active care consumă energie, TEC-urile pot produce temperaturi sub mediul ambiant, imposibile cu radiatoarele pasive, răcirea lichidului răcită de radiator și tuburile termice HSF. Cu toate acestea, în timp ce pompează căldura, un modul Peltier va consuma de obicei mai multă energie electrică decât cantitatea de căldură pompată.
De asemenea, este posibil să utilizați un element Peltier împreună cu un agent frigorific de înaltă presiune (răcire în două faze) pentru a răci CPU-ul.
Răcire lichidă
Răcirea cu lichid este o metodă extrem de eficientă de eliminare a excesului de căldură, cel mai frecvent fluid de transfer de căldură din computerele desktop fiind apă (distilată). Avantajele răcirii cu apă față de răcirea cu aer includ capacitatea termică specifică și conductivitatea termică a apei .
Principiul utilizat într-un sistem tipic (activ) de răcire a lichidului pentru computere este identic cu cel utilizat în motorul cu ardere internă al unui automobil , apa circulând de o pompă de apă printr-un bloc de apă montat pe CPU (și uneori componente suplimentare ca GPU și Northbridge) și către un schimbător de căldură , de obicei un radiator . Radiatorul este el însuși răcit de obicei suplimentar cu ajutorul unui ventilator . În afară de un ventilator, acesta ar putea fi, de asemenea, răcit prin alte mijloace, cum ar fi un răcitor Peltier (deși elementele Peltier sunt cel mai frecvent plasate direct pe partea superioară a hardware-ului pentru a fi răcit, iar lichidul de răcire este utilizat pentru a conduce căldura departe de cald partea elementului Peltier). Un rezervor de lichid de răcire este adesea conectat la sistem.
În afară de sistemele active de răcire cu lichid, sunt folosite uneori și sistemele pasive de răcire cu lichid. Aceste sisteme aruncă adesea un ventilator sau o pompă de apă, crescând astfel teoretic fiabilitatea sistemului și / sau făcându-l mai silențios decât sistemele active. Dezavantajele acestor sisteme sunt însă că sunt mult mai puțin eficiente în eliminarea căldurii și, prin urmare, trebuie să aibă și mai mult lichid de răcire - și, astfel, un rezervor de lichid de răcire mult mai mare - oferind lichidului de răcire mai mult timp pentru a se răci.
Lichidele permit transferul mai multor călduri de la piesele răcite decât aerul, ceea ce face ca răcirea lichidă să fie potrivită pentru overclocking și aplicații de calculator de înaltă performanță. În comparație cu răcirea cu aer, răcirea cu lichid este, de asemenea, influențată mai puțin de temperatura ambiantă. Nivelul de zgomot relativ scăzut al răcirii lichide se compară favorabil cu cel al răcirii cu aer, care poate deveni destul de zgomotos.
Dezavantajele răcirii cu lichid includ complexitatea și potențialul unei scurgeri de lichid de răcire. Apa scursă (sau, mai important, orice aditiv din apă) poate deteriora componentele electronice cu care intră în contact, iar necesitatea testării și reparării scurgerilor face ca instalațiile să fie mai complexe și mai puțin fiabile. ( În special, prima incursiune majoră în domeniul calculatoarelor personale lichid răcit din nou pentru uz general, versiunile high-end de la Apple „s Power Mac G5 , a fost în cele din urmă condamnat printr - o predilecție pentru scurgeri de lichid de răcire.) Un radiator răcit cu aer este în general, mult mai simplu de construit, instalat și întreținut decât o soluție de răcire cu apă, deși pot fi găsite și kituri de răcire cu apă specifice CPU, care pot fi la fel de ușor de instalat ca un răcitor de aer. Acestea nu se limitează însă la procesoare, însă este posibilă și răcirea lichidă a cardurilor GPU.
În timp ce inițial se limita la computerele mainframe , răcirea cu lichid a devenit o practică în mare parte asociată cu overclocking- ul sub formă de kituri fabricate sau sub formă de seturi de bricolaj asamblate din piese colectate individual. În ultimii ani s-a înregistrat o creștere a popularității răcirii cu lichid în computerele desktop pre-asamblate, de performanță moderată până la înaltă. Sistemele sigilate („cu buclă închisă”) care încorporează un radiator preumplut mic, un ventilator și un bloc de apă simplifică instalarea și întreținerea răcirii cu apă la un cost ușor în eficiența răcirii în raport cu instalațiile mai mari și mai complexe. Răcirea cu lichid este de obicei combinată cu răcirea cu aer, utilizând răcirea cu lichid pentru cele mai fierbinți componente, cum ar fi procesoarele sau GPU-urile, păstrând în același timp răcirea cu aer mai simplă și mai ieftină pentru componentele mai puțin exigente.
Sistemul IBM Aquasar folosește răcirea cu apă caldă pentru a obține eficiență energetică, apa fiind utilizată și pentru încălzirea clădirilor.
Din 2011, eficacitatea răcirii cu apă a determinat o serie de soluții all-in-one (AIO) de răcire a apei. Soluțiile AIO au ca rezultat o unitate mult mai simplă de instalat, iar majoritatea unităților au fost revizuite pozitiv de către site-urile de revizuire.
Conducte de încălzire și camere de vapori
O conductă de căldură este un tub gol care conține un lichid de transfer de căldură. Lichidul absoarbe căldura și se evaporă la un capăt al conductei. Aburii se deplasează către celălalt capăt (mai rece) al tubului, unde se condensează, renunțând la căldura latentă . Lichidul revine la capătul fierbinte al tubului prin acțiune gravitațională sau capilară și repetă ciclul. Conductele termice au o conductivitate termică eficientă mult mai mare decât materialele solide. Pentru utilizare în computere, radiatorul de pe CPU este atașat la un radiator mai mare. Ambele radiatoare sunt goale, la fel ca și atașamentul dintre ele, creând o conductă mare de căldură care transferă căldura de la CPU la radiator, care este apoi răcită folosind o metodă convențională. Această metodă este costisitoare și se folosește de obicei atunci când spațiul este redus, ca în cazul computerelor și laptopurilor cu factor de formă mici sau în care nu se poate tolera niciun zgomot al ventilatorului, ca în producția audio. Datorită eficienței acestei metode de răcire, multe procesoare și GPU-uri de desktop, precum și chipseturi de ultimă generație, utilizează conducte de căldură și camere de vapori, în plus față de răcirea activă pe bază de ventilator și radiatoarele pasive pentru a rămâne la temperaturi de funcționare sigure. O cameră de vapori funcționează pe aceleași principii ca o conductă de căldură, dar ia forma unei plăci sau foi în loc de conductă. Țevile de căldură pot fi așezate vertical deasupra și pot face parte din camerele de vapori. Camerele de vapori pot fi utilizate și pe smartphone - urile de ultimă generație .
Mișcarea electrostatică a aerului și efectul de descărcare coronală răcesc
Tehnologia de răcire dezvoltată de Kronos și Thorn Micro Technologies folosește un dispozitiv numit pompă de vânt ionică (cunoscută și sub numele de accelerator de fluid electrostatic). Principiul de funcționare de bază al unei pompe ionice de vânt este descărcarea corona , o descărcare electrică lângă un conductor încărcat cauzată de ionizarea aerului înconjurător.
Răcitorul de descărcare corona dezvoltat de Kronos funcționează în modul următor: Un câmp electric ridicat este creat la vârful catodului, care este plasat pe o parte a procesorului. Potențialul energetic ridicat face ca moleculele de oxigen și azot din aer să devină ionizate (încărcate pozitiv) și să creeze o coroană (un halou de particule încărcate). Plasarea unui anod împământat la capătul opus al procesorului determină accelerarea ionilor încărcați în coroană spre anod, ciocnind cu moleculele de aer neutre pe drum. În timpul acestor coliziuni, impulsul este transferat de la gazul ionizat la moleculele de aer neutre, rezultând mișcarea gazului către anod.
Avantajele răcitorului pe bază de coroană sunt lipsa de piese în mișcare, eliminând astfel anumite probleme de fiabilitate și funcționând cu un nivel de zgomot aproape zero și un consum moderat de energie.
Răcire ușoară
Răcirea ușoară este practica utilizării software-ului pentru a profita de tehnologiile de economisire a energiei CPU pentru a minimiza consumul de energie. Acest lucru se face folosind instrucțiunile de oprire pentru a opri sau a pune sub- părțile CPU în stare de așteptare care nu sunt utilizate sau prin underclocking CPU. Deși rezultă viteze totale mai mici, acest lucru poate fi foarte util dacă overclocking-ul unui CPU pentru a îmbunătăți experiența utilizatorului mai degrabă decât pentru a crește puterea de procesare brută, deoarece poate preveni necesitatea unei răciri mai zgomotoase. Contrar a ceea ce sugerează termenul, nu este o formă de răcire, ci de reducere a creării de căldură.
Subvoltare
Undervoltarea este o practică de a rula CPU sau orice altă componentă cu tensiuni sub specificațiile dispozitivului. O componentă subtensionată consumă mai puțină energie și astfel produce mai puțină căldură. Capacitatea de a face acest lucru variază în funcție de producător, linia de produse și chiar diferite runde de producție ale aceluiași produs (precum și ale celorlalte componente din sistem), dar procesoarele sunt deseori specificate pentru a utiliza tensiuni mai mari decât strictul necesar. Această toleranță asigură că procesorul va avea șanse mai mari să funcționeze corect în condiții sub-optime, cum ar fi o placă de bază de calitate inferioară sau tensiuni reduse de alimentare. Sub o anumită limită, procesorul nu va funcționa corect, deși subtensiunea prea mare nu duce de obicei la deteriorarea permanentă a hardware-ului (spre deosebire de supratensiune).
Undervoltarea este utilizată pentru sistemele silențioase , deoarece este necesară o răcire mai mică din cauza reducerii producției de căldură, permițând omiterea ventilatoarelor zgomotoase. Se folosește și atunci când durata de încărcare a bateriei trebuie maximizată.
Integrat cu cip
Tehnicile convenționale de răcire atașează toate componentele lor de „răcire” la exteriorul pachetului de cipuri de computer. Această tehnică de „atașare” va prezenta întotdeauna o anumită rezistență termică, reducându-i eficacitatea. Căldura poate fi îndepărtată mai eficient și mai rapid prin răcirea directă a punctelor fierbinți locale ale cipului, din pachet. În aceste locații, se poate produce o disipare a puterii de peste 300 W / cm 2 (CPU tipic este mai mic de 100 W / cm 2 ), deși se așteaptă ca sistemele viitoare să depășească 1000 W / cm 2 . Această formă de răcire locală este esențială pentru dezvoltarea cipurilor cu densitate mare de putere. Această ideologie a condus la investigarea integrării elementelor de răcire în cipul computerului. În prezent, există două tehnici: radiatoare cu microcanal și răcirea cu impact cu jet.
În radiatoarele cu microcanal, canalele sunt fabricate în cipul de siliciu (CPU), iar lichidul de răcire este pompat prin ele. Canalele sunt proiectate cu o suprafață foarte mare, ceea ce duce la transferuri mari de căldură. Disiparea căldurii de 3000 W / cm 2 a fost raportată cu această tehnică. Disiparea căldurii poate fi crescută și mai mult dacă se aplică răcirea în flux cu două faze. Din păcate, sistemul necesită scăderi mari de presiune, datorită canalelor mici, iar fluxul de căldură este mai mic cu lichidele de răcire dielectrice utilizate în răcirea electronică.
O altă tehnică locală de răcire a cipului este răcirea cu impact cu jet. În această tehnică, un agent de răcire se scurge printr-un orificiu mic pentru a forma un jet. Jetul este direcționat către suprafața cipului CPU și poate elimina în mod eficient fluxurile mari de căldură. Disiparea căldurii de peste 1000 W / cm 2 a fost raportată. Sistemul poate fi operat la o presiune mai mică în comparație cu metoda micro-canal. Transferul de căldură poate fi crescut în continuare utilizând răcirea în flux cu două faze și prin integrarea canalelor de curgere de retur (hibrid între radiatoarele cu microcanal și răcirea cu impact cu jet).
Răcire cu schimbare de fază
Răcirea prin schimbare de fază este un mod extrem de eficient de răcire a procesorului. Un răcitor de schimbare de fază cu compresie de vapori este o unitate care se află de obicei sub computer, cu un tub care duce la procesor. În interiorul unității este un compresor de același tip ca la un aparat de aer condiționat . Compresorul comprimă un gaz (sau un amestec de gaze) care provine de la evaporator (răcitorul CPU discutat mai jos). Apoi, vaporii de înaltă presiune foarte fierbinți sunt împinși în condensator (dispozitiv de disipare a căldurii) unde se condensează dintr-un gaz fierbinte într-un lichid, de obicei subrăcit la ieșirea condensatorului, apoi lichidul este alimentat către un dispozitiv de expansiune (restricție în sistemul) să provoace o scădere a presiunii și să vaporizeze fluidul (să-l determine să ajungă la o presiune unde poate fierbe la temperatura dorită); dispozitivul de expansiune utilizat poate fi un simplu tub capilar către o supapă de expansiune termică mai elaborată. Lichidul se evaporă (schimbând faza), absorbind căldura din procesor, deoarece extrage energie suplimentară din mediul său pentru a adapta această schimbare (vezi căldura latentă ). Evaporarea poate produce temperaturi care ajung la aproximativ -15 până la -150 ° C (5 până la -238 ° F). Lichidul curge în evaporator răcind CPU-ul, transformându-se într-un vapor la presiune scăzută. La sfârșitul evaporatorului, acest gaz curge în jos către compresor și ciclul începe din nou. În acest fel, procesorul poate fi răcit la temperaturi cuprinse între -15 și -150 ° C (5 până la -238 ° F), în funcție de sarcină, puterea procesorului, sistemul de refrigerare (vezi refrigerare ) și amestecul de gaz utilizat . Acest tip de sistem suferă de o serie de probleme (costul, greutatea, dimensiunea, vibrațiile, întreținerea, costul energiei electrice, zgomotul, necesitatea unui turn de computer specializat), dar, în principal, trebuie să vă preocupați de punctul de rouă și de izolarea corespunzătoare a toate suprafețele subambiante care trebuie realizate (conductele vor transpira, picurând apă pe electronice sensibile).
Alternativ, se dezvoltă o nouă rasă a sistemului de răcire, introducând o pompă în bucla de termosifon . Acest lucru adaugă un alt grad de flexibilitate pentru inginerul de proiectare, deoarece căldura poate fi acum transportată eficient departe de sursa de căldură și fie recuperată, fie disipată în mediul ambiant. Temperatura joncțiunii poate fi reglată prin reglarea presiunii sistemului; presiunea mai mare este egală cu temperaturi mai mari de saturație a fluidului. Acest lucru permite condensatoare mai mici, ventilatoare mai mici și / sau disiparea efectivă a căldurii într-un mediu cu temperatură ambientală ridicată. Aceste sisteme sunt, în esență, paradigma de răcire a fluidelor de generația următoare, deoarece sunt de aproximativ 10 ori mai eficiente decât apa monofazată. Deoarece sistemul folosește un dielectric ca mediu de transport al căldurii, scurgerile nu provoacă o defecțiune catastrofală a sistemului electric.
Acest tip de răcire este văzut ca un mod mai extrem de răcire a componentelor, deoarece unitățile sunt relativ scumpe în comparație cu desktopul mediu. De asemenea, generează o cantitate semnificativă de zgomot, deoarece sunt în esență frigidere; cu toate acestea, alegerea compresorului și sistemul de răcire a aerului sunt principalul factor determinant al acestui lucru, permițând flexibilitate pentru reducerea zgomotului pe baza pieselor alese.
Un "termosifon" se referă în mod tradițional la un sistem închis constând din mai multe țevi și / sau camere, cu o cameră mai mare care conține un mic rezervor de lichid (de multe ori având un punct de fierbere chiar peste temperatura ambiantă, dar nu neapărat). Camera mai mare este cât mai aproape de sursa de căldură și este proiectată să conducă cât mai multă căldură din ea în lichid, de exemplu, o placă rece a CPU cu camera înăuntru umplută cu lichid. Una sau mai multe țevi se extind în sus într-un fel de radiator sau o zonă similară de disipare a căldurii și toate acestea sunt configurate astfel încât CPU să încălzească rezervorul și lichidul pe care îl conține, care începe să fiarbă, iar vaporii se deplasează în sus în tub (tuburi) în radiatorul / zona de disipare a căldurii și apoi după condensare, se scurge înapoi în rezervor sau curge pe părțile laterale ale tubului. Acest lucru nu necesită piese în mișcare și este oarecum similar cu o pompă de căldură, cu excepția faptului că acțiunea capilară nu este utilizată, ceea ce îl face potențial mai bun într-un anumit sens (poate cel mai important, mai bun prin faptul că este mult mai ușor de construit și mult mai personalizabil pentru cazuri de utilizare specifice și fluxul de lichid de răcire / vapori pot fi aranjate într-o varietate mult mai largă de poziții și distanțe și au o masă termică și o capacitate maximă mult mai mari în comparație cu conductele de căldură care sunt limitate de cantitatea de lichid de răcire prezentă și de viteza și debitul rata de lichid de răcire pe care acțiunea capilară o poate obține cu absorbția utilizată, de multe ori pulbere de cupru sinterizată pe pereții tubului, care au un debit și o capacitate limitată.)
Nitrogen lichid
Deoarece azotul lichid fierbe la -196 ° C (-320,8 ° F), mult sub punctul de îngheț al apei, este valoros ca agent de răcire extrem pentru sesiunile scurte de overclocking.
Într-o instalație tipică de răcire cu azot lichid, o țeavă de cupru sau aluminiu este montată deasupra procesorului sau a plăcii grafice. După ce sistemul a fost puternic izolat împotriva condensului, azotul lichid este turnat în conductă, rezultând temperaturi mult sub -100 ° C (-148 ° F).
Dispozitivele de evaporare, de la radiatoarele decupate cu țevi atașate la recipiente de cupru măcinate personalizate, sunt utilizate pentru a menține azotul, precum și pentru a preveni schimbări mari de temperatură. Cu toate acestea, după evaporarea azotului, acesta trebuie reumplut. În domeniul computerelor personale, această metodă de răcire este utilizată rar în alte contexte decât testele de overclocking și încercările de setare a înregistrărilor, deoarece CPU va expira de obicei într-o perioadă relativ scurtă de timp din cauza stresului de temperatură cauzat de modificările temperatura.
Deși azotul lichid este neinflamabil, acesta poate condensa oxigenul direct din aer. Amestecurile de oxigen lichid și materiale inflamabile pot fi periculos de explozive .
Răcirea cu azot lichid este, în general, utilizată doar pentru evaluarea comparativă a procesorului, datorită faptului că utilizarea continuă poate provoca daune permanente uneia sau mai multor părți ale computerului și, dacă este manipulată într-un mod neglijent, poate chiar dăuna utilizatorului, provocând degerături .
Heliu lichid
Heliu lichid , mai rece decât azotul lichid, a fost de asemenea folosit pentru răcire. Heliul lichid fierbe la -269 ° C (-452,20 ° F) și temperaturile cuprinse între -230 și -240 ° C (-382,0 până la -400,0 ° F) au fost măsurate de la radiator. Cu toate acestea, heliul lichid este mai scump și mai greu de depozitat și de utilizat decât azotul lichid. De asemenea, temperaturile extrem de scăzute pot cauza oprirea funcționării circuitelor integrate. Semiconductorii pe bază de siliciu, de exemplu, vor îngheța la aproximativ -233 ° C (-387,4 ° F).
Optimizare
Răcirea poate fi îmbunătățită prin mai multe tehnici care pot implica cheltuieli sau eforturi suplimentare. Aceste tehnici sunt adesea folosite, în special, de către cei care rulează părți ale computerului lor (cum ar fi CPU și GPU) la tensiuni și frecvențe mai mari decât cele specificate de producător ( overclocking ), ceea ce crește generarea de căldură.
Instalarea unei performanțe superioare, răcire fără stoc poate fi, de asemenea, considerată modding . Mulți overclockeri cumpără pur și simplu combinații mai eficiente și adesea mai scumpe de ventilator și radiator, în timp ce altele recurg la moduri mai exotice de răcire a computerului, cum ar fi răcirea lichidului, pompele de căldură cu efect Peltier, conductele de încălzire sau răcirea prin schimbare de fază.
Există, de asemenea, câteva practici conexe care au un impact pozitiv în reducerea temperaturilor sistemului:
Compuși termoconductori
Adesea numit Material de interfață termică (TIM) (de exemplu, Intel).
Suprafețele perfect plane în contact oferă o răcire optimă, dar planeitatea perfectă și absența golurilor de aer microscopice nu sunt practic posibile, în special în echipamentele produse în masă . Un strat foarte subțire de compus termic , care este mult mai conductiv termic decât aerul, deși mult mai puțin decât metalul, poate îmbunătăți contactul termic și răcirea prin umplerea golurilor de aer. Dacă se folosește doar o cantitate mică de compus suficientă doar pentru a umple golurile, se va obține cea mai bună reducere a temperaturii.
Există multe dezbateri cu privire la meritele compușilor, iar overclockerii consideră adesea că unii compuși sunt superiori altora. Principala considerație este de a utiliza cantitatea minimă de compus termic necesară pentru uniformizarea suprafețelor, deoarece conductivitatea termică a compusului este de obicei de la 1/3 la 1/400 cea a metalului, deși mult mai bună decât aerul. Conductivitatea compusului radiatorului variază între 0,5 și 80W / mK (vezi articolele); cea a aluminiului este de aproximativ 200, cea a aerului de aproximativ 0,02. De asemenea, sunt utilizate tampoane conductoare de căldură , adesea montate de producători pentru radiatoare. Acestea sunt mai puțin eficiente decât compusul termic aplicat corespunzător, dar mai simplu de aplicat și, dacă sunt fixate pe radiator, nu pot fi omise de utilizatorii care nu știu de importanța unui bun contact termic, sau înlocuite cu un strat gros și ineficient de compus.
Spre deosebire de unele tehnici discutate aici, utilizarea compusului termic sau a căptușelii este aproape universală atunci când se disipă cantități semnificative de căldură.
Încălzirea radiatorului
Distribuitoarele de căldură CPU și bazele radiatorului nu sunt niciodată perfect plane sau netede; dacă aceste suprafețe sunt plasate în cel mai bun contact posibil, vor exista goluri de aer care reduc conducerea căldurii. Acest lucru poate fi ușor atenuat prin utilizarea compusului termic, dar pentru cele mai bune rezultate posibile suprafețele trebuie să fie cât mai plate posibil. Acest lucru poate fi realizat printr-un proces laborios cunoscut sub numele de lapte , care poate reduce temperatura procesorului de obicei cu 2 ° C (4 ° F).
Cabluri rotunjite
Majoritatea computerelor mai vechi folosesc cabluri plate cu bandă pentru a conecta unități de stocare ( IDE sau SCSI ). Aceste cabluri mari și mari împiedică fluxul de aer provocând rezistență și turbulențe. Overclockerele și moderele le înlocuiesc adesea cu cabluri rotunjite, cu firele conductoare strânse împreună pentru a reduce suprafața. Teoretic, firele paralele de conductori dintr-un cablu cu bandă servesc la reducerea diafragmei (conductorii care transportă semnalul induc semnale în conductorii din apropiere), dar nu există dovezi empirice ale rotunjirii cablurilor care să reducă performanța. Acest lucru se poate datora faptului că lungimea cablului este suficient de scurtă, astfel încât efectul diafragmei să fie neglijabil. Problemele apar de obicei atunci când cablul nu este protejat electromagnetic și lungimea este considerabilă, o apariție mai frecventă cu cablurile de rețea mai vechi.
Aceste cabluri de computer pot fi apoi legate prin cablu de șasiu sau alte cabluri pentru a crește și mai mult fluxul de aer.
Aceasta este mai puțin o problemă cu computerele noi care utilizează serial ATA care are un cablu mult mai îngust.
Flux de aer
Este mai rece mediul de răcire (aer), este mai eficient de răcire . Temperatura aerului de răcire poate fi îmbunătățită cu aceste recomandări:
- Furnizați aer rece componentelor fierbinți cât mai direct posibil. Exemple sunt snorkelurile și tunelurile care alimentează aerul exterior direct și exclusiv către răcitorul CPU sau GPU. De exemplu, designul carcasei BTX prescrie un tunel de aer CPU.
- Expulsați aerul cald cât mai direct posibil. Exemple sunt: sursele de alimentare convenționale pentru PC ( ATX ) suflă aerul cald din spatele carcasei. Multe modele de plăci grafice cu două sloturi suflă aerul cald prin capacul slotului adiacent. Există, de asemenea, unele sisteme de răcire care fac acest lucru. Unele modele de răcire a procesorului suflă aerul cald direct spre partea din spate a carcasei, unde poate fi evacuat de un ventilator al carcasei.
- Aerul care a fost deja folosit pentru răcirea la fața locului a unei componente nu ar trebui reutilizat pentru răcirea la fața locului a unei componente diferite (aceasta rezultă din articolele anterioare). Designul carcasei BTX încalcă această regulă, deoarece folosește sistemul de evacuare a răcitorului CPU pentru a răci chipsetul și adesea placa grafică. Se poate întâlni carcase ATX vechi sau cu un buget extrem de redus, cu o montură PSU în partea de sus. Majoritatea carcaselor ATX moderne au totuși o montură PSU în partea inferioară a carcasei, cu o gură de aer filtrată direct sub alimentator.
- Preferați aerul rece de admisie, evitați inhalarea aerului evacuat (aer exterior deasupra sau lângă evacuare). De exemplu, o conductă de aer de răcire a procesorului din partea din spate a carcasei unui turn ar inhala aerul cald din evacuarea plăcii grafice. Mutarea tuturor evacuărilor într-o parte a carcasei, în mod convențional partea din spate / partea de sus, ajută la menținerea aerului rece la admisie.
- Ascundeți cablurile în spatele tăvii plăcii de bază sau pur și simplu aplicați ziptie și ascundeți cablurile pentru a asigura un flux de aer nestingherit.
Mai puține ventilatoare, dar amplasate strategic, vor îmbunătăți fluxul de aer intern în interiorul PC-ului și vor scădea astfel temperatura generală a carcasei interne în raport cu condițiile ambientale. Utilizarea ventilatoarelor mai mari îmbunătățește, de asemenea, eficiența și reduce cantitatea de căldură uzată, împreună cu cantitatea de zgomot generată de ventilatoare în timpul funcționării.
Există puțini acorduri cu privire la eficacitatea diferitelor configurații de plasare a ventilatorului și s-a făcut puțin în ceea ce privește testarea sistematică. Pentru o carcasă dreptunghiulară pentru PC (ATX), un ventilator în față cu un ventilator în spate și unul în partea de sus s-a dovedit a fi o configurație adecvată. Cu toate acestea, liniile directoare de răcire a sistemului (oarecum învechite) ale AMD notează că "un ventilator de răcire frontal nu pare a fi esențial. De fapt, în unele situații extreme, testarea a arătat că aceste ventilatoare recirculează aerul fierbinte, mai degrabă decât introducerea aerului rece". Este posibil ca ventilatoarele din panourile laterale să aibă un efect nociv similar - posibil prin perturbarea fluxului normal de aer prin carcasă. Cu toate acestea, acest lucru este neconfirmat și probabil variază în funcție de configurație.
Presiunea aerului
Vorbind liber, presiunea pozitivă înseamnă că admisia în carcasă este mai puternică decât evacuarea din carcasă. Această configurație are ca rezultat o presiune mai mare în interiorul carcasei decât în mediul său. Presiunea negativă înseamnă că evacuarea este mai puternică decât admisia. Rezultatul este ca presiunea aerului intern să fie mai mică decât în mediul înconjurător. Ambele configurații au avantaje și dezavantaje, presiunea pozitivă fiind cea mai populară dintre cele două configurații. Presiunea negativă are ca rezultat tragerea aerului prin găuri și orificii separate de ventilatoare, deoarece gazele interne vor încerca să atingă o presiune de echilibru cu mediul. În consecință, acest lucru duce la pătrunderea prafului în computer în toate locațiile. Presiunea pozitivă în combinație cu admisia filtrată rezolvă această problemă, deoarece aerul se va înclina doar pentru a fi epuizat prin aceste găuri și orificii de aerisire pentru a ajunge la un echilibru cu mediul său. Apoi, praful nu poate intra în carcasă decât prin ventilatoarele de admisie, care trebuie să aibă filtre de praf.
Tipuri de calculatoare
Desktop-uri
Computerele desktop folosesc de obicei unul sau mai multe ventilatoare pentru răcire. În timp ce aproape toate sursele de alimentare pentru desktop au cel puțin un ventilator încorporat, sursele de alimentare nu ar trebui să extragă niciodată aerul încălzit din interiorul carcasei, deoarece acest lucru are ca rezultat temperaturi de funcționare ale alimentatorului care scad eficiența energetică, fiabilitatea și capacitatea generală a alimentatorului alimentarea cu energie a componentelor interne ale computerului. Din acest motiv, toate carcasele ATX moderne (cu unele excepții găsite în carcasele cu buget foarte redus) au o sursă de alimentare în partea inferioară, cu o priză de aer dedicată a alimentatorului (adesea cu propriul filtru) sub locația de montare, permițând Alimentator pentru a trage aer rece de sub carcasă.
Majoritatea producătorilor recomandă să aducă aer proaspăt și rece în partea de jos a carcasei și să epuizeze aer cald din spatele superior. Dacă ventilatoarele sunt montate pentru a forța aerul în carcasă mai eficient decât este îndepărtat, presiunea din interior devine mai mare decât în exterior, denumită flux de aer „pozitiv” (cazul opus se numește flux de aer „negativ”). Demn de remarcat este faptul că presiunea internă pozitivă previne acumularea prafului doar în cazul în care prizele de aer sunt echipate cu filtre de praf. O carcasă cu presiune internă negativă va suferi o rată mai mare de acumulare a prafului chiar dacă prizele sunt filtrate, deoarece presiunea negativă va atrage praful prin orice deschidere disponibilă în carcasă.
Fluxul de aer din interiorul carcasei tipice pentru desktop nu este de obicei suficient de puternic pentru un radiator de procesor pasiv. Cele mai multe radiatoare de birou sunt active, inclusiv unul sau chiar mai multe ventilatoare sau suflante atașate direct.
Servere
Răcitoare de servere
Fiecare server poate avea un sistem de răcire intern independent; Ventilatoarele de răcire ale serverelor din carcasele (1 U ) sunt situate de obicei în mijlocul carcasei, între hard diskurile din față și radiatoarele pasive ale procesorului din spate. Carcasele mai mari (mai mari) au, de asemenea, ventilatoare de evacuare și de la aproximativ 4U pot avea radiatoare active. Sursele de alimentare au în general propriile ventilatoare de evacuare orientate spre spate.
Racitoare montate pe rack
Rack cabinet este o incintă tipică pentru servere montate orizontal. Aerul aspirat de obicei în partea din față a raftului și epuizat în spate. Fiecare dulap poate avea opțiuni suplimentare de răcire; de exemplu, pot avea un modul atașabil de răcire cuplat sau integrat cu elemente de dulap (cum ar fi ușile de răcire din rack-ul serverului iDataPlex ).
O altă modalitate de a găzdui un număr mare de sisteme într-un spațiu mic este utilizarea șasiului cu lame , mai degrabă orientat pe verticală decât pe orizontală, pentru a facilita convecția . Aerul încălzit de componentele fierbinți tinde să crească, creând un flux natural de aer de-a lungul plăcilor ( efect de stivă ), răcindu-le. Unii producători profită de acest efect.
Răcirea centrului de date
Deoarece centrele de date conțin de obicei un număr mare de computere și alte dispozitive de disipare a puterii, riscă supraîncălzirea echipamentelor; sistemele HVAC extinse sunt utilizate pentru a preveni acest lucru. Adesea se folosește o pardoseală ridicată, astfel încât zona de sub podea poate fi utilizată ca un plen mare pentru aerul răcit și cablurile de alimentare.
Răcirea lichidă cu contact direct a devenit mai eficientă decât opțiunile de răcire cu aer, rezultând o amprentă mai mică, cerințe de capital mai mici și costuri operaționale mai mici decât răcirea cu aer. Folosește lichid cald în loc de aer pentru a îndepărta căldura de cele mai fierbinți componente. Câștigurile din eficiența energetică prin răcirea lichidului determină, de asemenea, adoptarea acestuia.
Laptopuri
Laptopurile prezintă un design dificil al fluxului de aer mecanic, disiparea puterii și provocarea de răcire. Constrângerile specifice laptopurilor includ: dispozitivul în ansamblu trebuie să fie cât mai ușor posibil; factorul de formă trebuie construit în jurul aspectului standard al tastaturii; utilizatorii sunt foarte apropiați, astfel încât zgomotul trebuie să fie redus la un nivel minim, iar temperatura exterioară a carcasei trebuie să fie suficient de scăzută pentru a putea fi utilizată pe un tur. Răcirea folosește, în general, răcirea forțată a aerului, dar conductele de căldură și utilizarea șasiului sau carcasei metalice ca radiator pasiv sunt, de asemenea, obișnuite. Soluțiile pentru reducerea căldurii includ utilizarea procesorelor ARM sau Intel Atom cu consum redus de energie .
Dispozitive mobile
Dispozitivele mobile nu au, de obicei, sisteme de răcire discrete, deoarece procesorul mobil și cipurile GPU sunt proiectate pentru o eficiență maximă a energiei datorită constrângerilor bateriei dispozitivului. Unele dispozitive cu performanțe superioare pot include un distribuitor de căldură care ajută la transferul căldurii în carcasa externă a unui telefon sau tabletă.
Vezi si
- Disiparea puterii CPU
- Puterea designului termic
- Managementul termic al dispozitivelor și sistemelor electronice
Referințe
linkuri externe
- CPU Cooler Rules of Thumb
- Cerere de brevet de răcire prin submersie
- Răcire prin submersie DIY (rezervor de pește + ulei mineral) Forum Gametrailers.com - Videoclipuri [1] . [2] , [3] .
- „Noua modalitate Microsoft de a-și răcori centrele de date: aruncați-le în mare” .