Bagaimana Cara Kerja Pendingin Cair CPU? Panduan untuk Pemula

Untuk memahami cara kerja pendingin cair pada CPU, pertimbangkan bagaimana mesin didinginkan di dalam mobil. Cairan memiliki kalor jenis yang lebih tinggi, yang berarti cairan dapat menyerap panas lebih baik daripada udara. Mobil menggunakan air untuk menyerap panas dari mesin dan melepaskannya ke udara melalui radiator. Pendingin cair CPU bekerja dengan cara yang sama.

Setiap CPU menghasilkan panas karena merupakan komponen elektronik, dan panas ini diserap oleh blok air tempat pendingin cair bersirkulasi. Cairan ini dipompa dari blok air ke radiator, mirip dengan cara kerjanya di mobil. Fungsi radiator adalah untuk mengekstrak panas dari cairan yang mengalir di dalamnya dan mentransfernya ke sirip-sirip radiator. Sebuah kipas kemudian menggerakkan udara dingin melalui sirip-sirip tersebut. Pengaturan ini, seperti yang ditunjukkan pada gambar, sangat penting karena pendingin cair telah membuatnya lebih efisien untuk menghilangkan panas dari CPU modern dengan TDP tinggi yang telah di-overclock dan menghasilkan panas yang signifikan.

Memahami Panas CPU: Mengapa Pendinginan Itu Penting

Listrik adalah aliran elektron melalui suatu konduktor. Ketika listrik melewati konduktor apa pun, ia menghasilkan panas karena adanya hambatan terhadap aliran elektron. Demikian pula, ketika listrik melewati CPU, ia juga akan menghasilkan panas.

Mikroprosesor atau CPU dibangun dengan miliaran transistor. Setiap kali kita menggunakan CPU, ia akan menggunakan transistor-transistor ini dalam logika komputasi. Transistor-transistor ini mengisi dan melepaskan muatan, menghasilkan resistansi listrik yang memengaruhi aliran elektron dan menghasilkan panas. Operasi yang lebih intensif pada CPU, seperti bermain game atau merender video, akan menghasilkan lebih banyak panas dan membutuhkan sistem pendingin untuk beban kerja yang berat tersebut.

Dalam kasus seperti ini, sistem cairan loop tertutup CPU lebih disukai untuk menjaga suhu tetap dalam batas yang ditentukan. Jika tidak, CPU akan mengalami pelambatan termal, yang memengaruhi kinerjanya. Dalam beberapa kasus, pendinginan yang sangat buruk bahkan dapat merusak CPU atau komponen internal lainnya, seperti RAM dan GPU.

Komponen Utama Sistem Pendingin Cair

Komponen dasar komponen cair meliputi:

• Blok air
• Pompa
• Radiatornya
• Pipa, Reservoir, dan Pendingin

Blok Air

Ini adalah inti dari sistem pendingin cair yang menyerap panas dari CPU. Jenis blok air paling premium terbuat dari tembaga bebas oksigen yang memiliki konduktivitas termal tinggi. Jika blok air digunakan dengan komponen aluminium, blok air ini dilapisi nikel (sebagian besar bagian dasar blok air dilapisi nikel untuk mencegah oksidasi).

Blok-blok ini memiliki saluran mikro berukuran 0,5 hingga 1 mm di dasarnya, yang memungkinkan cairan mengalir dan menyerap panas yang dihasilkan oleh CPU. Untuk meminimalkan celah udara antara blok dan CPU, digunakan pasta termal dengan konduktivitas termal lebih dari 8-12 W/mK. Untuk meningkatkan konduktivitas, celah antara blok air dan CPU diminimalkan menjadi 0,1 mm, yang difasilitasi oleh mekanisme pemasangan yang kokoh untuk blok air. Efisiensi termal sistem pendingin sangat bergantung pada aliran dan desain susunan sirip. Ketika cairan memasuki blok, pendinginan konvektif dimulai dengan koefisien perpindahan panas 500-5000 W/m².

Pompa

Pompa dalam sistem pendingin mengalirkan cairan pendingin melalui blok air dan radiator, memberikan tekanan pada cairan untuk mengatasi hambatan pipa. Tanpa aliran yang sesuai, sistem yang paling efisien sekalipun tidak akan berfungsi dengan baik. Pada sebagian besar sistem pendingin, pompa ini beroperasi dengan tegangan 12 volt pada 2000-4000 rpm, menyediakan aliran 0,5-1 l/menit dan head yang cukup untuk melakukan pendinginan. Dalam sistem pendingin modern untuk CPU, pompa ini dibuat dengan presisi agar memiliki kebisingan dan getaran yang rendah, dipadukan dengan bantalan keramik untuk memastikan pengoperasian tanpa gesekan. Pompa ini dapat mengubah kecepatannya sesuai kebutuhan beban panas.

Radiator

Panas yang diserap dari CPU oleh cairan dibuang ke atmosfer dengan bantuan perangkat yang disebut radiator dan kipas yang terpasang padanya. Radiator terbuat dari inti aluminium dengan sirip tembaga dan saluran pendingin. Sirip dirancang untuk menghasilkan perpindahan panas konduktif yang lebih baik dengan efisiensi 0,8-0,9. Jarak antar sirip merupakan faktor yang sangat penting. Jika kerapatan sirip (FPI/Sirip per Inci) tinggi, luas efektif akan meningkat. Namun, aliran udara yang lebih tinggi diperlukan karena adanya peningkatan hambatan terhadap aliran udara.

FPI yang lebih rendah mengurangi hambatan aliran udara, tetapi juga mengurangi luas permukaan efektif. Biasanya, cairan dari CPU memiliki suhu 10-20 °C lebih tinggi daripada udara sekitar. Cairan tersebut masuk ke radiator, tempat ia mentransfer panas ke sirip-sirip. Kipas (1000-2000 rpm) kemudian menyediakan aliran udara untuk membuang panas dari sirip-sirip.

Pipa, Reservoir, dan Pendingin

Pipa dalam sistem cairan menyediakan jalur bagi cairan untuk berpindah dari satu komponen ke komponen lainnya, terbuat dari PVC dengan diameter dalam 10 mm dan diameter luar 13 mm. Pipa ini juga dilengkapi dengan penyangga anyaman untuk mencegah deformasi dan pecah dalam kondisi kerja ekstrem. Pipa tidak boleh memiliki lekukan tajam, karena akan meningkatkan hambatan aliran dan mengurangi kinerja keseluruhan.

Reservoir mengatur volume udara dan cairan. Reservoir terbuat dari PVC dan menyediakan mekanisme untuk mengisi cairan dan melepaskan gelembung udara ke atmosfer. Dalam beberapa kasus, reservoir merupakan bagian integral dari pompa, terutama dalam sistem AIO (All-in-One). Umumnya, cairan di dalamnya adalah air suling dan 30% glikol. Beberapa biosida juga ditambahkan untuk mencegah pertumbuhan bakteri, dan glikol ditambahkan untuk menurunkan titik beku hingga -10 °C. Tujuan pendingin adalah untuk menyerap panas dari CPU dan melepaskannya di radiator.

Siklus Pendinginan

Pembangkitan Panas

Selama pengoperasian, terutama saat menjalankan tugas-tugas berat seperti bermain game atau merender video, atau pekerjaan grafis atau komputasi lainnya, CPU menghasilkan panas lebih dari 300 watt. Panas ini dihasilkan dari transistor yang terpasang di dalam CPU dan akhirnya berpindah ke heat spreader terintegrasi, tempat blok air dipasang untuk menyerap panas dari CPU dengan bantuan cairan yang mengalir di dalamnya. Proses konduksi menghilangkan panas ini karena blok air berada pada suhu yang lebih tinggi daripada cairan.

Penyerapan

Cairan di dalam blok air menyerap panas yang dihasilkan CPU saat mengalir melalui saluran-saluran yang terdapat di dalamnya. Cairan tersebut, saat mengalir melalui blok, memastikan bahwa turbulensi dan konduksi panas dirancang untuk mencapai efisiensi maksimum dalam hal konduktivitas termal. Ketika cairan mengalir keluar dari blok air, suhunya telah meningkat.

Sirkulasi

Sebuah pompa dipasang dalam sistem pendingin cair agar CPU dapat mengalirkan cairan panas, memastikan suhunya tidak melebihi batas tertentu. Pompa ini menyediakan aliran cairan yang konstan dari blok air ke radiator, menjaga CPU tetap dingin dan menjalankan tugasnya secara efektif. Dalam sistem modern, pompa dipilih karena tingkat kebisingannya yang sangat rendah dan keausan komponen yang minimal, berkat laju alirannya yang tinggi.

Menghilangnya

Cairan panas akhirnya masuk ke radiator, yang kemudian didinginkan oleh udara dari kipas yang terpasang di radiator. Radiator terbuat dari aluminium dengan sirip tembaga. Sirip-sirip ini memperluas luas permukaan saat kipas meniupkan udara, sekaligus mendinginkannya. Ketika sirip-sirip ini didinginkan, cairan pendingin yang melewati tabung-tabung juga ikut didinginkan.

Kembali

Cairan tersebut kemudian kembali ke blok air setelah didinginkan oleh radiator. Peralatan lain, yang dikenal sebagai reservoir, dipasang dalam sistem pendingin cairan. Reservoir ini memungkinkan air kembali jika terdapat kelebihan cairan dan membantu sistem terisi kembali ketika level cairan berkurang.

Inovasi Teknik yang Membuat Pendinginan Cair Menjadi Menarik

Dengan kemajuan teknologi, kita memiliki CPU berkecepatan tinggi 7nm yang menghasilkan lebih banyak panas. Untuk mengatasi hal ini, kami menggunakan sistem pendingin cair, karena pendingin udara tidak memadai untuk CPU yang menghasilkan panas tinggi. Para ahli teknik kini sedang mengembangkan sistem pendingin cair dan proses manufakturnya.

Kini, blok air dibuat dengan saluran sempit 0,2 mm untuk aliran cairan, yang menciptakan turbulensi untuk meningkatkan perpindahan panas hingga 50%. Cairan modern juga dilengkapi pengontrol PID yang memantau dan mengontrol suhu dalam rentang 2 °C dari titik yang ditetapkan dengan kecepatan kipas dan pompa yang bervariasi, serta menyediakan pemantauan suhu secara real-time. Selain itu, cairan yang diinjeksi dengan oksida tembaga diuji untuk meningkatkan konduktivitas termal, yang menunjukkan kinerja 20% lebih baik.

Tunggu, masih ada lagi! Pendinginan cair terus berkembang dengan bantuan rekayasa menggunakan simulasi CFD untuk mengoptimalkan konstruksi sirip, kecepatan aliran, serta turbulensi, pendinginan, dan desain termal. Jika peningkatan teknologi ini berlanjut, kita bisa memiliki sistem pendingin yang memanfaatkan perubahan fase cairan pada antarmuka panas untuk mendinginkan CPU, yang kemudian akan mengembun di radiator.

Tips Instalasi dan Perawatan

Pemasangan cairan membutuhkan keahlian khusus karena melibatkan komponen yang sangat sensitif, termasuk air, yang dapat merusak CPU jika bocor. Sebelum memulai pemasangan, bersihkan semua komponen dan oleskan pasta termal ke CPU. Pasang blok air dan kencangkan sekrup dengan torsi yang seimbang, berkisar antara 0,6-1 Nm, dan perhatikan bahwa sekrup harus dikencangkan secara menyilang. Pipa tempat cairan akan mengalir juga merupakan komponen penting. Saat memasangnya, pastikan pipa diarahkan sesuai dengan manual dan setiap selang diamankan dengan klem. Sebelum memulai, pastikan sistem telah di-priming dengan baik dan tidak ada udara yang terperangkap.

Untuk perawatan, pertimbangkan untuk meminta bantuan ahli atau menyerahkan pekerjaan tersebut kepada ahlinya. Beberapa tips yang bisa kami bagikan antara lain menggunakan die reaktif UV yang berpendar di bawah sinar UV untuk mendeteksi kebocoran, melakukan siklus pembersihan setiap tahun atau sesuai kebutuhan, yang akan menghilangkan 95% udara untuk meningkatkan efisiensi. Selain itu, pastikan untuk membilas sistem setiap tahun dengan larutan cuka. Sirkulasikan larutan selama 30 menit untuk melarutkan kerak di dalam tabung dan komponen, lalu bilas.

Keunggulan Dibandingkan Pendingin Udara Tradisional

Kalor jenis air jauh lebih baik daripada udara, dan secara alami memberikan keunggulan bagi sistem pendingin yang menggunakan cairan. Jika CPU diberi beban berkelanjutan, pendinginan cairan akan menjaga suhu 40% lebih rendah dibandingkan jika CPU yang sama didinginkan dengan sistem berpendingin udara. Sistem cairan memberikan pendinginan yang lebih baik dan lebih senyap karena pompa menghasilkan lebih sedikit kebisingan, air bertindak sebagai peredam kebisingan alami, dan kipas di radiator lebih senyap. Sistem pendingin cairan berukuran lebih kecil, dan dapat dengan mudah disesuaikan pada komputer rakitan ITX yang ringkas, sehingga komputer tersebut menarik perhatian dengan estetika yang lebih baik.

Kesimpulan

Termodinamika dan rekayasa telah mengubah pendinginan cair, menghasilkan kinerja CPU yang lebih baik dengan jalur aliran yang presisi. Pola aliran yang stabil menggunakan pompa dan radiator efisien yang digunakan para pedagang untuk memanaskan lingkungan, menjadikannya solusi pendinginan yang andal untuk komputer komputasi tinggi modern. Pendingin cair menawarkan konduktivitas termal yang lebih baik, desain yang lebih ramping, estetika yang lebih baik, dan pengoperasian yang lebih senyap, menjadikannya pilihan yang lebih unggul daripada solusi pendinginan udara dan menjadikan manajemen panas sebuah seni.

Untuk implementasi praktis pendingin cair CPU , kunjungi halaman pendingin cair ESGAMING . Anda akan menemukan berbagai desain dan kapasitas untuk pendingin ini yang terbuat dari material berkualitas tinggi.