Miten CPU-nestejäähdytin toimii? Aloittelijan opas
Ymmärtääksesi, miten nestejäähdytys toimii suorittimessa, tarkastellaan, miten moottori jäähdytetään autossa. Nesteillä on korkeampi ominaislämpöarvo, mikä tarkoittaa, että ne pystyvät poistamaan lämpöä paremmin kuin ilma. Auto käyttää vettä ottaakseen lämpöä moottorista ja vapauttaakseen sen ilmaan jäähdyttimen avulla. Suorittimen nestejäähdyttimet toimivat samalla tavalla.
Jokainen suoritin tuottaa lämpöä elektronisena komponenttina, ja tämä lämpö imeytyy vesilohkoon, jossa nestemäinen jäähdytysneste kiertää. Tämä neste pumpataan vesilohkosta jäähdyttimeen, samalla tavalla kuin autoissa. Jäähdyttimen tehtävänä on poistaa lämpöä sisällä virtaavasta nesteestä ja siirtää se jäähdyttimen rivoille. Tuuletin liikuttaa sitten viileää ilmaa ripojen yli. Tämä kuvassa näkyvä kokoonpano on erityisen huomionarvoinen, koska nestejäähdytys on tehostanut lämmön poistamista nykyaikaisista, korkean TDP:n omaavista suorittimista, jotka ovat ylikellotettuja ja tuottavat merkittävästi lämpöä.
Suorittimen lämmön ymmärtäminen : Miksi jäähdytys on tärkeää
Sähkö on elektronien virtausta johtimen läpi. Kun sähkö kulkee minkä tahansa johtimen läpi, se tuottaa lämpöä elektronien virtauksen vastuksen vuoksi. Samoin kun sähkö kulkee suorittimen läpi, se tuottaa myös lämpöä.
Mikroprosessori eli CPU koostuu miljardeista transistoreista. Aina kun käytämme CPU:ta, se käyttää näitä transistoreita laskennallisessa logiikassa. Nämä transistorit latautuvat ja purkautuvat, mikä tuottaa sähköisen vastuksen, joka vaikuttaa elektronien virtaukseen ja tuottaa lämpöä. CPU:n intensiivisemmät toiminnot, kuten pelaaminen tai videoiden renderöinti, tuottavat enemmän lämpöä ja vaativat jäähdytysjärjestelmän tällaisia vaativia työkuormia varten.
Tällaisissa tapauksissa suorittimen suljetun kierron nestejärjestelmä on parempi lämpötilan pitämiseksi rajoissa. Muuten suoritin alkaa rajoittaa jäähdytystä, mikä vaikuttaa sen suorituskykyyn. Joissakin tapauksissa, jos jäähdytys on erittäin huono, se voi jopa vahingoittaa suoritinta tai muita sisäisiä komponentteja, kuten RAM-muistia ja näytönohjainta.
Nestemäisen jäähdytysjärjestelmän keskeiset komponentit
Nestemäisten komponenttien peruskomponentteihin kuuluvat
- Vesiblokki
- Pumppu
- Jäähdytin
- Letkut, säiliö ja jäähdytysneste
Vesiblokki
Se on nestejäähdytysjärjestelmän sydän, joka poistaa lämpöä suorittimesta. Ensiluokkaisimmat vesiblokit on valmistettu hapettomasta kuparista, jolla on korkea lämmönjohtavuus. Jos vesiblokkia käytetään alumiiniosien kanssa, nämä vesiblokit on valmistettu nikkelöity (useimmiten vesiblokin pohja on nikkelöity hapettumisen estämiseksi).
Näissä lohkoissa on pohjassa 0,5–1 mm:n mikrokanavat, jotka mahdollistavat nesteen virtauksen ja prosessorin tuottaman lämmön absorboinnin. Lohkon ja prosessorin välisen ilmaraon minimoimiseksi käytetään lämpötahnaa, jonka lämmönjohtavuus on yli 8–12 W/mK. Johtavuuden lisäämiseksi vesilohkon ja prosessorin välinen rako on minimoitu 0,1 mm:iin, mikä on mahdollista vesilohkon tukevan kiinnitysmekanismin avulla. Jäähdytysjärjestelmän terminen hyötysuhde riippuu pitkälti virtauksesta ja ripojen rakenteesta. Kun neste pääsee lohkoon, se aloittaa konvektiivisen jäähdytyksen lämmönsiirtokertoimella 500–5000 W/m2.
Pumppu
Jäähdytysjärjestelmän pumppu saa jäähdytysnesteen virtaamaan vesilohkon ja jäähdyttimen läpi ja tuottaa nesteelle paineen putkiston vastuksen voittamiseksi. Ilman sopivaa virtausta edes tehokkain järjestelmä ei toimisi oikein. Useimmissa jäähdytysjärjestelmissä nämä pumput toimivat 12 voltin jännitteellä nopeudella 2000–4000 rpm, jolloin ne tuottavat riittävästi 0,5–1 l/min virtausta ja painetta jäähdytyksen suorittamiseen . Nykyaikaisissa suorittimien jäähdytysjärjestelmissä nämä pumput on valmistettu tarkasti melu- ja tärinäalhaisiksi, ja niissä on keraamiset laakerit kitkattoman toiminnan takaamiseksi. Nämä pumput voivat muuttaa nopeuttaan lämpökuorman mukaan.
Jäähdytin
CPU:sta nesteen ottama lämpö johdetaan ilmakehään jäähdyttimen ja siihen asennetun tuulettimen avulla. Jäähdyttimet on valmistettu alumiinisydämestä, jossa on kuparirivat ja jäähdytyskanavat. Ripojen lämmönjohtavuus on parempi ja hyötysuhde 0,8–0,9. Ripojen välinen etäisyys on erittäin tärkeä tekijä. Jos ripojen tiheys (FPI) on korkea, efektiivinen pinta-ala kasvaa. Suurempi ilmavirtaus kuitenkin tarvitaan lisääntyneen ilmavirtausvastuksen vuoksi.
Alhaisempi FPI vähentää ilmanvastusta, mutta myös pienentää tehollista pinta-alaa. Tyypillisesti suorittimesta tulevan nesteen lämpötila on 10–20 °C korkeampi kuin ympäröivän ilman. Se tulee jäähdyttimeen, jossa se siirtää lämpöä rivoille. Tuuletin (1000–2000 rpm) tuottaa sitten ilmavirtauksen lämmön poistamiseksi rivoista.
Letkut, säiliö ja jäähdytysneste
Nestejärjestelmän letkut tarjoavat nesteen siirtymisreitin komponentista toiseen. Ne on valmistettu PVC:stä, jonka sisähalkaisija on 10 mm ja ulkohalkaisija 13 mm. Letkuissa on myös punottu tuki muodonmuutoksen ja halkeamisen estämiseksi äärimmäisissä käyttöolosuhteissa. Letkuissa ei saa olla jyrkkiä mutkia, koska ne lisäävät virtausvastusta ja heikentävät kokonaissuorituskykyä.
Säiliö hallitsee ilman ja nesteen määrää. Se on valmistettu PVC:stä ja tarjoaa mekanismin nesteellä täyttämiseen ja ilmakuplien poistamiseen ilmakehään . Joissakin tapauksissa säiliö on olennainen osa pumppua, erityisesti AIO (All-in-One) -järjestelmässä. Useimmissa tapauksissa sisällä oleva neste on tislattua vettä ja 30 % glykolia. Myös joitakin biosidejä lisätään bakteerien kasvun estämiseksi, ja glykolia lisätään jäätymispisteen alentamiseksi jopa -10 °C:seen. Jäähdytysnesteen tarkoituksena on ottaa lämpöä suorittimesta ja vapauttaa se jäähdyttimeen.
Jäähdytyskierto
Lämmöntuotanto
Käytön aikana, erityisesti suoritettaessa intensiivisiä tehtäviä, kuten pelaamista, videoiden renderöintiä tai mitä tahansa graafista tai laskennallista työtä, suoritin tuottaa yli 300 watin lämpöä. Tämä lämmöntuotto alkaa suorittimen sisällä olevasta transistorista ja siirtyy lopulta integroituun lämmönlevittimeen, johon on asennettu vesiblokki, joka johtaa lämmön suorittimesta sen sisällä virtaavan nesteen avulla. Johtumisprosessi poistaa tämän lämmön, koska vesiblokin lämpötila on korkeampi kuin nesteen.
Imeytyminen
Vesiblokin sisällä oleva neste imee CPU:n tuottaman lämmön sen virratessa vesiblokin sisällä olevien kanavien läpi. Blokin läpi virratessaan neste varmistaa, että turbulenssi ja lämmönjohtavuus on suunniteltu mahdollisimman tehokkaaksi lämmönjohtavuuden kannalta. Kun neste virtaa ulos vesiblokista, sen lämpötila on noussut.
Verenkierto
Nestejäähdytysjärjestelmään asennetaan pumppu, jonka avulla CPU siirtää lämmitettyä nestettä varmistaen, ettei lämpötila ylitä tiettyä rajaa. Pumppu tarjoaa jatkuvan nestevirtauksen vesilohkosta jäähdyttimeen pitäen CPU:n viileänä ja suorittaen tehtävänsä tehokkaasti. Nykyaikaisissa järjestelmissä pumput valitaan niiden erittäin alhaisen melutason ja komponenttien minimaalisen kulumisen vuoksi, mikä johtuu niiden suuresta virtausnopeudesta.
Häviö
Lämmitetty neste saapuu lopulta jäähdyttimeen, jossa se jäähdytetään jäähdyttimeen asennetun puhaltimen ilmalla. Jäähdyttimet on valmistettu alumiinista ja niissä on kuparirivat. Nämä rivat lisäävät pinta-alaa puhaltimen puhaltaessa ilmaa, mikä jäähdyttää niitä samalla. Kun nämä rivat jäähdytetään, putkien läpi kulkeva jäähdytysneste jäähtyy.
Palata
Jäähdytettyään nesteen jäähdyttimellä se palaa vesilohkoon. Jäähdytysjärjestelmään on asennettu toinen laite, säiliö. Se mahdollistaa veden palaamisen, jos sitä on liikaa, ja auttaa järjestelmää täyttymään uudelleen, kun nesteen taso laskee.
Tekniset innovaatiot, jotka tekevät nestejäähdytyksestä kiehtovaa
Teknologian kehittyessä meillä on 7 nm:n nopeita suorittimia, jotka tuottavat enemmän lämpöä. Tämän ratkaisemiseksi käytämme nestejäähdytysjärjestelmää, koska ilmajäähdytys ei riitä paljon lämpöä tuottaville suorittimille. Suunnittelu kehittää nyt nestejäähdytysjärjestelmää ja sen valmistusprosessia.
Nykyään vesiblokkeissa on kapea, 0,2 mm:n kanava nesteen virtausta varten, mikä luo turbulenssia ja lisää lämmönsiirtoa jopa 50 %. Nykyaikaisissa nesteblokeissa on myös PID-säädin, joka valvoo ja säätää lämpötilaa 2 °C:n sisällä asetusarvosta vaihtelevalla puhaltimen ja pumpun nopeudella ja tarjoaa reaaliaikaisen lämpötilan seurannan. Lisäksi kuparioksidilla ruiskutettuja nesteitä testataan lämmönjohtavuuden parantamiseksi, mikä osoittaa 20 % parempaa suorituskykyä.
Odota, lisää on luvassa! Nestejäähdytys kehittyy jatkuvasti CFD-simulaatioiden avulla, joilla optimoidaan lamellirakenne, virtausnopeus, turbulenssi, jäähdytys ja lämpösuunnittelu. Jos tämä teknologiapäivitys jatkuu, meillä voisi olla jäähdytysjärjestelmä, joka hyödyntää nesteen faasimuutosta kuumassa rajapinnassa prosessorin jäähdyttämiseen, jolloin neste tiivistyy jäähdyttimeen.
Asennus- ja huoltovinkkejä
Nesteen asennus vaatii asiantuntijan taitoja, koska se käsittelee erittäin herkkiä komponentteja, kuten vettä, joka voi vuotaessaan vahingoittaa suoritinta. Ennen asennuksen aloittamista puhdista kaikki elementit ja levitä suorittimeen lämpötahnaa. Asenna vesiblokki ja kiristä ruuvit tasaisella momentilla, joka voi vaihdella välillä 0,6–1 Nm, ja huomaa, että ruuvit on kiristettävä ristikkäin. Putkisto, jonka läpi neste virtaa, on myös tärkeä osa. Asennettaessa varmista, että letkut on reititetty käyttöohjeen mukaisesti ja että jokainen letku on kiinnitetty kiristimellä. Ennen aloittamista varmista, että järjestelmä on riittävästi pohjustettu eikä siinä ole ilmaa.
Huollon osalta harkitse joko asiantuntijan apua tai työn teettämistä asiantuntijalla. Joitakin vinkkejä, joita voimme jakaa, ovat UV-reaktiivisen, UV-valossa hehkuvan sirun käyttö vuotojen havaitsemiseksi, puhdistusjaksojen suorittaminen vuosittain tai tarpeen mukaan, jolloin 95 % ilmasta poistuu ja tehokkuus paranee. Muista myös huuhdella järjestelmä vuosittain etikkaliuoksella. Kierrätä liuosta 30 minuuttia putkien ja komponenttien sisällä olevan kalkin liuottamiseksi ja huuhtele järjestelmä sitten.
Edut perinteiseen ilmajäähdytykseen verrattuna
Veden ominaislämpökapasiteetti on paljon parempi kuin ilman, ja se antaa luonnollisesti etulyöntiaseman nestettä käyttävälle jäähdytysjärjestelmälle. Jos suorittimeen kohdistetaan jatkuva kuormitus, nestejäähdytys pitää lämpötilan 40 % alhaisempana kuin jos sama suoritin jäähdytettäisiin ilmajäähdytteisellä järjestelmällä. Nestejäähdytysjärjestelmät tarjoavat paremman jäähdytyksen ja ovat hiljaisempia, koska pumput tuottavat vähemmän melua, vesi toimii luonnollisena melunvaimentimena ja pattereiden tuulettimet ovat hiljaisempia. Nestejäähdytysjärjestelmät ovat kooltaan pienempiä ja niitä on helppo säätää kompaktissa ITX-tietokoneessa, mikä tekee tietokoneesta näyttävän ja esteettisesti paremman.
Johtopäätös
Termodynamiikka ja tekniikka ovat mullistaneet nestejäähdytyksen, mikä tarjoaa paremman suorittimen suorituskyvyn tarkasti koneistetuilla virtausreiteillä. Tasaiset virtauskuviot pumppujen ja tehokkaiden pattereiden avulla, joita kauppiaat käyttävät ympäristön lämmittämiseen, tekevät siitä luotettavan jäähdytysratkaisun nykyaikaisille suurtehotietokoneille. Ne tarjoavat paremman lämmönjohtavuuden, tyylikkäämmän muotoilun, parannetun estetiikan ja hiljaisemman toiminnan, mikä tekee niistä ylivoimaisen vaihtoehdon ilmajäähdytysratkaisuihin verrattuna ja tekee lämmönhallintaa taiteenlajiksi.
Jos haluat käytännön esimakua CPU-nestejäähdyttimistä , harkitse ESGAMING-nestejäähdyttimien sivun käymistä. Löydät erilaisia malleja ja kapasiteettia näille jäähdyttimille, jotka on valmistettu korkealaatuisista materiaaleista.