Kako radi tekućinski hladnjak za CPU? Vodič za početnike

Da biste razumjeli kako funkcionira tekuće hlađenje u CPU-u, razmislite o tome kako se motor hladi u automobilu. Tekućine imaju veću specifičnu toplinu, što znači da mogu bolje odvoditi toplinu od zraka. Automobil koristi vodu za preuzimanje topline iz motora i njezino oslobađanje u zrak pomoću radijatora. Tekućinski hladnjaci CPU-a rade na isti način.

Svaki CPU generira toplinu jer je elektronička komponenta, a tu toplinu apsorbira vodeni blok gdje cirkulira tekuća rashladna tekućina. Ova tekućina se pumpa iz vodenog bloka do hladnjaka, slično kao što to radi u automobilima. Funkcija hladnjaka je izvući toplinu iz tekućine koja teče unutra i prenijeti je na rebra hladnjaka. Ventilator zatim pomiče hladan zrak preko rebara. Ova postavka, kao što je prikazano na slici, posebno je značajna jer je tekuće hlađenje učinilo učinkovitijim uklanjanje topline iz modernih CPU-a s visokim TDP-om koji su overclockani i generiraju značajnu toplinu.

Razumijevanje zagrijavanja procesora: Zašto je hlađenje važno

Električna energija je protok elektrona kroz vodič. Kada električna energija prolazi kroz bilo koji vodič, ona stvara toplinu zbog otpora protoku elektrona. Slično tome, kada električna energija prolazi kroz CPU, ona će također stvarati toplinu.

Mikroprocesor ili CPU napravljen je od milijardi tranzistora. Kad god koristimo CPU, on će koristiti te tranzistore u računalnoj logici. Ti se tranzistori pune i prazne, stvarajući električni otpor koji utječe na protok elektrona i generira toplinu. Intenzivnije operacije na CPU-u, poput igranja igara ili renderiranja videa, stvorit će više topline i zahtijevat će sustav hlađenja za tako zahtjevna opterećenja.

U takvim slučajevima, poželjniji je sustav tekućine zatvorenog kruga za CPU kako bi se temperatura održala unutar granica. U suprotnom, CPU će započeti termalno gušenje, što će utjecati na njegove performanse. U nekim slučajevima, ako je hlađenje vrlo loše, može čak oštetiti CPU ili druge unutarnje komponente, poput RAM-a i GPU-a.

Ključne komponente sustava tekućeg hlađenja

Osnovne komponente tekućih komponenti uključuju

• Vodeni blok
• Pumpa
• Radijator
• Cijevi, spremnik i rashladna tekućina

Vodeni blok

To je srce sustava tekućeg hlađenja koje odvodi toplinu iz CPU-a. Najkvalitetnija vrsta vodenih blokova izrađena je od bakra bez kisika koji ima visoku toplinsku vodljivost. Ako se vodeni blok koristi s aluminijskim dijelovima, ovi vodeni blokovi izrađeni su s niklom (uglavnom je baza vodenog bloka poniklana kako bi se izbjegla oksidacija).

Ovi blokovi imaju mikrokanale od 0,5 do 1 mm u svojoj bazi, što omogućuje protok tekućine i apsorpciju topline koju generira CPU. Kako bi se smanjio zračni raspor između bloka i CPU-a, koristi se termalna pasta s toplinskom vodljivošću većom od 8-12 W/mK. Za povećanje vodljivosti, raspor između vodenog bloka i CPU-a smanjen je na 0,1 mm, što je omogućeno robusnim mehanizmom za montažu vodenog bloka. Toplinska učinkovitost sustava hlađenja uvelike ovisi o protoku i dizajnu niza rebara. Kada tekućina uđe u blok, započinje konvektivno hlađenje s koeficijentom prijenosa topline od 500-5000 W/m2.

Pumpa

Pumpa u sustavu hlađenja potiče protok rashladne tekućine kroz vodeni blok i radijator, osiguravajući tlak u tekućini kako bi se prevladao otpor cijevi. Bez odgovarajućeg protoka, čak ni najučinkovitiji sustav ne bi ispravno radio. U većini sustava hlađenja ove pumpe rade na 12 volti pri 2000-4000 o/min, osiguravajući dovoljan protok od 0,5-1 l/min i tlak za hlađenje . U modernim sustavima hlađenja za CPU-e, ove pumpe su izrađene s preciznošću kako bi imale nisku buku i vibracije, a povezane su s keramičkim ležajevima kako bi se osigurao rad bez trenja. Ove pumpe mogu mijenjati brzinu prema potrebi toplinskog opterećenja.

Radijator

Toplina koju tekućina uzima iz CPU-a odvodi se u atmosferu uz pomoć uređaja koji se naziva radijator i ventilatora montiranog na njega. Radijatori su izrađeni od aluminijske jezgre s bakrenim rebrima i kanalima za rashladnu tekućinu. Rebra su predviđena za bolji prijenos topline vodljivom strujom s učinkovitošću od 0,8-0,9. Razmak rebara vrlo je važan faktor. Ako je gustoća rebara FPI (rebara po inču) visoka, efektivna površina će se povećati. Međutim, potreban je veći protok zraka zbog povećanog otpora strujanju zraka.

Niži FPI smanjuje otpor protoku zraka, ali i smanjuje efektivnu površinu. Tipično, tekućina iz CPU-a ima temperaturu 10-20 °C višu od okolnog zraka. Ulazi u radijator, gdje prenosi toplinu na rebra. Ventilator (1000-2000 okretaja u minuti) zatim osigurava protok zraka za uklanjanje topline s rebara.

Cijevi, spremnik i rashladna tekućina

Cijevi u sustavu s tekućinom omogućuju put za prijenos tekućine iz jedne komponente u drugu, izrađene od PVC-a s unutarnjim promjerom od 10 mm i vanjskim promjerom od 13 mm. Također su opremljene pletenom potporom kako bi se izbjegla deformacija i pucanje u ekstremnim radnim uvjetima. Cijevi ne smiju imati oštre zavoje, jer će to povećati otpor protoku i smanjiti ukupne performanse.

Spremnik upravlja volumenom zraka i tekućine. Izrađen je od PVC-a i osigurava mehanizam za punjenje tekućinom i ispuštanje mjehurića zraka u atmosferu. U nekim slučajevima, spremnik je sastavni dio pumpe, posebno u AIO (All-in-One) sustavu. U većini slučajeva, tekućina unutra je destilirana voda i 30% glikola. Dodaju se i neki biocidi kako bi se spriječio rast bakterija, a glikol se dodaje kako bi se snizila točka smrzavanja na -10 °C. Svrha rashladne tekućine je odvesti toplinu od CPU-a i osloboditi je u hladnjaku.

Ciklus hlađenja

Stvaranje topline

Tijekom rada, posebno prilikom obavljanja intenzivnih zadataka poput igranja igara ili renderiranja videa, ili bilo kojeg grafičkog ili računalnog rada, CPU generira toplinu veću od 300 W. Ova proizvodnja topline započinje na tranzistoru ugrađenom unutar CPU-a i na kraju se prenosi do integriranog raspršivača topline, gdje je ugrađen vodeni blok koji odvodi toplinu s CPU-a uz pomoć tekućine koja teče unutar njega. Proces provođenja uklanja ovu toplinu jer je vodeni blok na višoj temperaturi od tekućine.

Apsorpcija

Tekućina unutar vodenog bloka apsorbira toplinu koju stvara CPU dok teče kroz kanale napravljene unutar vodenog bloka. Tekućina, dok teče kroz blok, osigurava da su turbulencija i provođenje topline dizajnirani za maksimalnu učinkovitost u smislu toplinske vodljivosti. Kada tekućina istječe iz vodenog bloka, njezina temperatura je porasla.

Tiraž

U sustavu tekućeg hlađenja ugrađena je pumpa koja prenosi zagrijanu tekućinu do CPU-a, osiguravajući da temperatura ne prijeđe određenu granicu. Pumpa osigurava stalan protok tekućine od vodenog bloka do radijatora, održavajući CPU hladnim i učinkovito obavljajući svoje zadatke. U modernom sustavu, pumpe se odabiru zbog vrlo niske buke i minimalnog trošenja komponenti, zahvaljujući visokom protoku.

Rasipanje

Zagrijana tekućina konačno ulazi u radijator, gdje će se hladiti zrakom iz ventilatora ugrađenog u radijator. Radijatori su izrađeni od aluminija s bakrenim rebrima. Ta rebra povećavaju površinu dok ventilator puše zrak, hladeći ih pritom. Kada se ta rebra ohlade, hladi se i rashladna tekućina koja prolazi kroz cijevi.

Povratak

Tekućina se zatim vraća u vodeni blok nakon što se ohladi u hladnjaku. U sustavu tekućinskog hlađenja ugrađen je još jedan dio opreme, poznat kao spremnik. Omogućuje povratak vode ako je ima viška i pomaže sustavu da se ponovno napuni kada se razina tekućine smanji.

Inženjerske inovacije koje čine tekuće hlađenje fascinantnim

S napretkom tehnologije, imamo brze CPU-e od 7nm koji proizvode više topline. Kako bismo to riješili, koristimo sustav tekućeg hlađenja, jer hlađenje zrakom nije dovoljno za CPU-e koji generiraju veliku toplinu. Inženjering sada razvija sustav tekućeg hlađenja i njegov proizvodni proces.

Sada se vodeni blokovi izrađuju s uskim prolazom od 0,2 mm za protok tekućine, što stvara turbulenciju za povećanje prijenosa topline do 50%. Moderne tekućine također dolaze s PID kontrolerom koji prati i kontrolira temperaturu unutar 2 °C od zadane vrijednosti s promjenjivom brzinom ventilatora i pumpe te omogućuje praćenje temperature u stvarnom vremenu. Osim toga, tekućine ubrizgane bakrenim oksidom testiraju se na povećanje toplinske vodljivosti, što pokazuje 20% bolje performanse.

Čekajte, ima još! Tekućinsko hlađenje se kontinuirano razvija uz pomoć inženjerstva koje koristi CFD simulacije za optimizaciju konstrukcije rebara, brzine protoka i turbulencije, hlađenja i toplinskog dizajna. Ako se ova nadogradnja tehnologije nastavi, mogli bismo imati sustav hlađenja koji koristi faznu promjenu tekućine na vrućem sučelju za hlađenje CPU-a, koja bi se zatim kondenzirala na hladnjaku.

Savjeti za instalaciju i održavanje

Ugradnja tekućine zahtijeva stručne vještine jer uključuje vrlo osjetljive komponente, uključujući vodu, koja može oštetiti CPU ako procuri. Prije početka instalacije očistite sve elemente i nanesite termalnu pastu na CPU. Montirajte vodeni blok i zategnite vijke ravnomjernim momentom koji može biti u rasponu od 0,6-1 Nm, te imajte na umu da se vijci trebaju zategnuti u križnom uzorku. Cijev kroz koju će teći tekućina također je važna komponenta. Prilikom ugradnje provjerite je li cijev usmjerena prema priručniku i je li svako crijevo pričvršćeno stezaljkom. Prije početka instalacije provjerite je li sustav adekvatno napunjen i da nema zarobljenog zraka.

Za održavanje, razmislite o traženju savjeta od stručnjaka ili prepuštanju rada stručnjaku. Neki od savjeta koje možemo podijeliti uključuju korištenje UV-reaktivnog kalupa koji svijetli pod UV svjetlom za otkrivanje curenja, provođenje ciklusa pročišćavanja jednom godišnje ili po potrebi, što će ukloniti 95% zraka radi poboljšanja učinkovitosti. Također, obavezno isperite sustav jednom godišnje otopinom octa. Pustite da otopina cirkulira 30 minuta kako bi se otopio kamenac unutar cijevi i komponenti, a zatim je isperite.

Prednosti u odnosu na tradicionalno hlađenje zrakom

Specifična toplina vode je puno bolja od one zraka, što prirodno daje prednost sustavu hlađenja koji koristi tekućinu. Ako se na CPU primjenjuje trajno opterećenje, tekuće hlađenje će održavati temperaturu 40% nižom nego ako se isti CPU hladi sustavom hlađenim zrakom. Tekućinski sustavi pružaju bolje hlađenje i tiši su jer pumpe proizvode manje buke, voda djeluje kao prirodni prigušivač buke, a ventilatori u radijatorima su tiši. Tekućinski sustavi hlađenja su manjih dimenzija i mogu se lako podesiti u kompaktnom ITX računalu, što računalo čini privlačnijim s boljim estetskim izgledom.

Zaključak

Termodinamika i inženjerstvo transformirali su tekuće hlađenje, pružajući bolje performanse CPU-a s precizno obrađenim putovima protoka. Stalan protok pomoću pumpi i učinkovitih radijatora koje trgovci koriste za zagrijavanje okoline čini ga pouzdanim rješenjem za hlađenje modernih visokoučinkovitih računala. Nude bolju toplinsku vodljivost, elegantniji dizajn, poboljšanu estetiku i tiši rad, što ih čini superiornijim izborom u odnosu na rješenja zračnog hlađenja i pretvara upravljanje toplinom u umjetnost.

Za praktičnu primjenu tekućinskih hladnjaka za CPU , razmislite o posjetu ESGAMING stranici o tekućinskim hladnjakima . Naći ćete različite dizajne i kapacitete ovih hladnjaka izrađenih od najkvalitetnijih materijala.