Як працуе вадкасны кулер для працэсара? Кіраўніцтва для пачаткоўцаў

Каб зразумець, як працуе вадкаснае астуджэнне ў працэсары, разгледзім, як астуджаецца рухавік у аўтамабілі. Вадкасці маюць больш высокую ўдзельную цеплаёмістасць, што азначае, што яны могуць адводзіць цяпло лепш, чым паветра. Аўтамабіль выкарыстоўвае ваду, каб адводзіць цяпло ад рухавіка і вылучаць яго ў паветра з дапамогай радыятара. Вадкасныя астуджэнні працэсара працуюць гэтак жа.

Кожны працэсар выпрацоўвае цяпло, бо з'яўляецца электронным кампанентам, і гэта цяпло паглынаецца вадзяным блокам, дзе цыркулюе вадкая астуджальная вадкасць. Гэтая вадкасць перапампоўваецца з вадзянога блока ў радыятар, падобна таму, як гэта працуе ў аўтамабілях. Функцыя радыятара заключаецца ў тым, каб здабываць цяпло з вадкасці, якая цячэ ўнутры, і перадаваць яго рэбрам радыятара. Затым вентылятар перамяшчае халоднае паветра па рэбрах. Гэтая канструкцыя, як паказана на малюнку, асабліва вартая ўвагі, таму што вадкаснае астуджэнне зрабіла больш эфектыўным адвод цяпла ад сучасных працэсараў з высокім TDP, якія разагнаны і выпрацоўваюць значнае цяпло.

Разуменне нагрэву працэсара: чаму важна астуджэнне

Электрычнасць — гэта паток электронаў праз праваднік. Калі электрычнасць праходзіць праз любы праваднік, яна выпрацоўвае цяпло з-за супраціўлення патоку электронаў. Падобным чынам, калі электрычнасць праходзіць праз працэсар, яна таксама выпрацоўвае цяпло.

Мікрапрацэсар або цэнтральны працэсар складаецца з мільярдаў транзістараў. Кожны раз, калі мы карыстаемся цэнтральным працэсарам, ён выкарыстоўвае гэтыя транзістары ў вылічальнай логіцы. Гэтыя транзістары зараджаюцца і разраджаюцца, ствараючы электрычны супраціў, які ўплывае на паток электронаў і выпрацоўвае цяпло. Больш інтэнсіўныя аперацыі на цэнтральным працэсары, такія як гульні або рэндэрынг відэа, будуць ствараць больш цяпла і патрабуюць сістэмы астуджэння для такіх патрабавальных нагрузак.

У такіх выпадках пераважней выкарыстоўваць замкнёную вадкасную сістэму астуджэння працэсара, каб падтрымліваць тэмпературу ў межах нормы. У адваротным выпадку працэсар пачне цеплавое дросельаванне, што паўплывае на яго прадукцыйнасць. У некаторых выпадках, калі астуджэнне вельмі дрэннае, гэта можа нават пашкодзіць працэсар або іншыя ўнутраныя кампаненты, такія як аператыўная памяць і відэакарта.

Асноўныя кампаненты сістэмы вадкаснага астуджэння

Асноўныя кампаненты вадкіх кампанентаў ўключаюць

• Вадзяны блок
• Помпа
• Радыятар
• Трубкі, рэзервуар і астуджальная вадкасць

Вадзяны блок

Гэта сэрца сістэмы вадкаснага астуджэння, якое адводзіць цяпло ад працэсара. Найбольш прэміяльны тып вадзяных блокаў выраблены з бескіслароднай медзі, якая мае высокую цеплаправоднасць. Калі вадзяны блок выкарыстоўваецца з алюмініевымі дэталямі, гэтыя вадзяныя блокі вырабляюцца з нікелевым пакрыццём (у асноўным аснова вадзянога блока нікелюецца, каб пазбегнуць акіслення).

Гэтыя блокі маюць мікраканалы памерам ад 0,5 да 1 мм у сваёй аснове, што дазваляе вадкасці цячы і паглынаць цяпло, якое выпрацоўваецца працэсарам. Каб мінімізаваць паветраны зазор паміж блокам і працэсарам, выкарыстоўваецца цеплапаста з цеплаправоднасцю больш за 8-12 Вт/мК. Для павелічэння цеплаправоднасці зазор паміж вадзяным блокам і працэсарам мінімізаваны да 0,1 мм, чаму спрыяе надзейны механізм мацавання вадзянога блока. Цеплавая эфектыўнасць сістэмы астуджэння ў значнай ступені залежыць ад патоку і канструкцыі рэбраў. Калі вадкасць паступае ў блок, пачынаецца канвектыўнае астуджэнне з каэфіцыентам цеплаперадачы 500-5000 Вт/м2.

Помпа

Помпа ў сістэме астуджэння прымушае астуджальную вадкасць цячы праз вадзяны блок і радыятар, ствараючы ціск, неабходны для пераадолення супраціўлення трубак. Без адпаведнага патоку нават самая эфектыўная сістэма не будзе працаваць належным чынам. У большасці сістэм астуджэння гэтыя помпы працуюць ад 12 вольт пры 2000-4000 абаротаў у хвіліну, забяспечваючы дастатковы паток 0,5-1 л/мін і напор для астуджэння . У сучасных сістэмах астуджэння працэсараў гэтыя помпы вырабляюцца з высокай дакладнасцю, каб мець нізкі ўзровень шуму і вібрацыі, і ў спалучэнні з керамічнымі падшыпнікамі забяспечваюць працу без трэння. Гэтыя помпы могуць змяняць сваю хуткасць у залежнасці ад цеплавой нагрузкі.

Радыятар

Цяпло, якое адводзіцца ад працэсара вадкасцю, адводзіцца ў атмасферу з дапамогай прылады, якая называецца радыятарам, і вентылятара, усталяванага на ім. Радыятары вырабляюцца з алюмініевага стрыжня з меднымі рэбрамі і каналамі для астуджэння. Рэбры прадугледжаны для лепшай цеплаперадачы з эфектыўнасцю 0,8-0,9. Адлегласць паміж рэбрамі з'яўляецца вельмі важным фактарам. Калі шчыльнасць рэбраў FPI (колькасць рэбраў на цалю) высокая, эфектыўная плошча павялічыцца. Аднак патрабуецца большы паток паветра з-за павелічэння супраціву паветранаму патоку.

Ніжэйшы FPI зніжае супраціўленне патоку паветра, але таксама памяншае эфектыўную плошчу паверхні. Як правіла, вадкасць з працэсара мае тэмпературу на 10-20 °C вышэйшую за навакольнае паветра. Яна паступае ў радыятар, дзе перадае цяпло рэбрам. Затым вентылятар (1000-2000 абаротаў у хвіліну) забяспечвае паток паветра для адвядзення цяпла ад рэбраў.

Трубкі, рэзервуар і астуджальная вадкасць

Трубкі ў вадкаснай сістэме забяспечваюць шлях для перадачы вадкасці ад аднаго кампанента да іншага. Яны выраблены з ПВХ з унутраным дыяметрам 10 мм і знешнім дыяметрам 13 мм. Яны таксама абсталяваны аплёткай, каб пазбегнуць дэфармацыі і разрыву ў экстрэмальных умовах працы. Трубкі не павінны мець рэзкіх выгібаў, бо гэта павялічыць супраціў патоку і знізіць агульную прадукцыйнасць.

Рэзервуар рэгулюе аб'ём паветра і вадкасці. Ён выраблены з ПВХ і забяспечвае механізм для напаўнення вадкасцю і выпуску паветраных бурбалак у атмасферу. У некаторых выпадках рэзервуар з'яўляецца неад'емнай часткай помпы, асабліва ў сістэмах AIO (усё ў адным). У большасці выпадкаў вадкасць унутры - гэта дыстыляваная вада і 30% гліколю. Таксама дадаюцца некаторыя біяцыды для прадухілення росту бактэрый, а гліколь дадаецца для зніжэння тэмпературы замярзання да -10 °C. Мэта астуджальнай вадкасці - адводзіць цяпло ад працэсара і вызваляць яго ў радыятары.

Цыкл астуджэння

Выпрацоўка цяпла

Падчас працы, асабліва пры выкананні інтэнсіўных задач, такіх як гульні або рэндэрынг відэа, або любой графічнай або вылічальнай працы, працэсар выпрацоўвае цяпло магутнасцю больш за 300 Вт. Гэта цяпло пачынаецца з транзістара, убудаванага ў працэсар, і ў рэшце рэшт перамяшчаецца да ўбудаванага размеркавальніка цяпла, дзе ўсталяваны вадзяны блок, які адводзіць цяпло ад працэсара з дапамогай вадкасці, якая працякае ўнутры яго. Працэс цеплаправоднасці адводзіць гэта цяпло, таму што вадзяны блок мае больш высокую тэмпературу, чым вадкасць.

Паглынанне

Вадкасць унутры вадзянога блока паглынае цяпло, якое выпрацоўваецца працэсарам, калі яно праходзіць праз каналы ўнутры вадзянога блока. Вадкасць, праходзячы праз блок, забяспечвае турбулентнасць і цеплаправоднасць, прызначаныя для максімальнай эфектыўнасці з пункту гледжання цеплаправоднасці. Калі вадкасць выцякае з вадзянога блока, яе тэмпература павышаецца.

Тыраж

У сістэме вадкаснага астуджэння працэсара ўсталяваны помпа, які перапампоўвае нагрэтую вадкасць, гарантуючы, што тэмпература не перавысіць пэўную мяжу. Помпа забяспечвае пастаянны паток вадкасці ад вадзянога блока да радыятара, падтрымліваючы працэсар у астуджальным стане і эфектыўна выконваючы яго задачы. У сучасных сістэмах помпы выбіраюцца з-за іх вельмі нізкага ўзроўню шуму і мінімальнага зносу кампанентаў дзякуючы высокай хуткасці патоку.

Рассейванне

Нагрэтая вадкасць, нарэшце, трапляе ў радыятар, дзе яна астуджаецца паветрам ад вентылятара, усталяванага ў радыятары. Радыятары вырабляюцца з алюмінію з меднымі рэбрамі. Гэтыя рэбры павялічваюць плошчу паверхні, калі вентылятар дзьме паветрам, астуджаючы іх у працэсе. Пры астуджэнні гэтых рэбраў астуджаецца і цепланосбіт, які праходзіць праз трубкі.

Вяртанне

Затым вадкасць вяртаецца ў вадзяны блок пасля астуджэння радыятарам. У сістэме вадкаснага астуджэння ўсталяваны яшчэ адзін элемент абсталявання, вядомы як рэзервуар. Ён дазваляе вадзе вяртацца, калі яе лішак, і дапамагае сістэме папаўняцца, калі ўзровень вадкасці зніжаецца.

Інжынерныя інавацыі, якія робяць вадкаснае астуджэнне захапляльным

З развіццём тэхналогій у нас ёсць высакахуткасныя працэсары па 7-нм тэхналогіях, якія выпрацоўваюць больш цяпла. Каб вырашыць гэтую праблему, мы выкарыстоўваем сістэму вадкаснага астуджэння, бо паветранага астуджэння недастаткова для працэсараў, якія выпрацоўваюць шмат цяпла. Зараз інжынеры ўдасканальваюць сістэму вадкаснага астуджэння і яе вытворчы працэс.

Зараз вадзяныя блокі вырабляюцца з вузкім праходам 0,2 мм для патоку вадкасці, што стварае турбулентнасць для павелічэння цеплаперадачы да 50%. Сучасныя вадкасныя блокі таксама пастаўляюцца з ПІД-кантролерам, які кантралюе і рэгулюе тэмпературу ў межах 2 °C ад зададзенага значэння з рознай хуткасцю вентылятара і помпы, а таксама забяспечвае маніторынг тэмпературы ў рэжыме рэальнага часу. Акрамя таго, вадкасці, якія ўводзяцца з аксідам медзі, праходзяць выпрабаванні на павышэнне цеплаправоднасці, што паказвае на 20% лепшыя характарыстыкі.

Пачакайце, гэта яшчэ не ўсё! Вадкаснае астуджэнне пастаянна развіваецца з дапамогай інжынерных распрацовак, якія выкарыстоўваюць мадэляванне CFD для аптымізацыі канструкцыі рэбраў, хуткасці патоку і турбулентнасці, астуджэння і цеплавога дызайну. Калі гэтае ўдасканаленне тэхналогій будзе працягвацца, у нас можа быць сістэма астуджэння, якая выкарыстоўвае фазавае змяненне вадкасці на гарачай мяжы для астуджэння працэсара, якая затым будзе кандэнсавацца на радыятары.

Парады па ўсталёўцы і абслугоўванні

Усталёўка вадкасці патрабуе прафесійных навыкаў, бо яна ўключае вельмі адчувальныя кампаненты, у тым ліку ваду, якая можа пашкодзіць працэсар у выпадку ўцечкі. Перад пачаткам усталёўкі ачысціце ўсе элементы і нанясіце цеплапасту на працэсар. Усталюйце вадзяны блок і зацягніце шрубы з раўнамерным момантам зацяжкі, які можа вагацца ў межах ад 0,6 да 1 Нм, і звярніце ўвагу, што шрубы павінны быць зацягнутыя крыжападобна. Трубка, праз якую будзе цячы вадкасць, таксама з'яўляецца важным кампанентам. Пры ўсталёўцы пераканайцеся, што трубка пракладзена ў адпаведнасці з інструкцыяй, і што кожны шланг замацаваны хамутом. Перад пачаткам пераканайцеся, што сістэма належным чынам заліта і не мае затрыманага паветра.

Для тэхнічнага абслугоўвання варта звярнуцца па дапамогу да спецыяліста або даручыць яму выкананне працы. Вось некаторыя парады, якімі мы можам падзяліцца: выкарыстанне УФ-рэактыўнай пласцінкі, якая свеціцца пад УФ-выпраменьваннем для выяўлення ўцечак, штогадовае або па меры неабходнасці прачыстка, якая выдаліць 95% паветра для павышэння эфектыўнасці. Акрамя таго, абавязкова штогод прамывайце сістэму растворам воцату. Прапусціце цыркуляцыю раствора на працягу 30 хвілін, каб растварыць накіп унутры трубак і кампанентаў, а затым прамыйце сістэму.

Перавагі перад традыцыйным паветраным астуджэннем

Удзельная цеплаёмістасць вады значна лепшая, чым у паветра, і гэта, натуральна, дае перавагу сістэме астуджэння, якая выкарыстоўвае вадкасць. Калі на працэсар прыкладаецца працяглая нагрузка, вадкаснае астуджэнне будзе падтрымліваць тэмпературу на 40% ніжэй, чым калі той жа працэсар астуджаецца паветранай сістэмай. Вадкасныя сістэмы забяспечваюць лепшае астуджэнне і цішэйшыя, таму што помпы вырабляюць менш шуму, вада дзейнічае як натуральны дэмпфер шуму, а вентылятары ў радыятарах цішэйшыя. Сістэмы вадкаснага астуджэння маюць меншыя памеры, і іх можна лёгка наладзіць у кампактным камп'ютары зборкі ITX, што робіць камп'ютар прывабным з лепшым эстэтычным выглядам.

Выснова

Тэрмадынаміка і інжынерыя змянілі вадкаснае астуджэнне, забяспечыўшы лепшую прадукцыйнасць працэсара з дакладна апрацаванымі шляхамі патоку. Стабільныя схемы патоку з выкарыстаннем помпаў і эфектыўных радыятараў, якія выкарыстоўваюцца трэйдарамі для нагрэву навакольнага асяроддзя, робяць яго надзейным рашэннем для астуджэння сучасных высокавылічальных кампутараў. Яны прапануюць лепшую цеплаправоднасць, больш элегантны дызайн, палепшаную эстэтыку і больш ціхую працу, што робіць іх лепшым выбарам у параўнанні з паветранымі рашэннямі для астуджэння і ператварае кіраванне цяплом у мастацтва.

Каб азнаёміцца ​​з практычнай рэалізацыяй вадкасных ахаладжальнікаў працэсара , наведайце старонку ESGAMING, прысвечаную вадкасным ахаладжальнікам . Вы знойдзеце розныя канструкцыі і магутнасці гэтых ахаладжальнікаў, вырабленых з матэрыялаў найвышэйшай якасці.