Cum funcționează un răcitor lichid pentru procesor? Ghid pentru începători

Pentru a înțelege cum funcționează răcirea cu lichid într-un procesor, luați în considerare modul în care este răcit un motor într-o mașină. Lichidele au o căldură specifică mai mare, ceea ce înseamnă că pot elimina căldura mai bine decât aerul. Mașina folosește apa pentru a prelua căldura din motor și a o elibera în aer folosind un radiator. Răcitoarele cu lichid pentru procesoare funcționează în același mod.

Fiecare procesor, fiind o componentă electronică, generează căldură, iar această căldură este absorbită de un bloc de apă în care circulă lichid de răcire. Acest lichid este pompat din blocul de apă către radiator, similar modului în care funcționează în mașini. Funcția radiatorului este de a extrage căldura din lichidul care curge în interior și de a o transfera către aripioarele radiatorului. Un ventilator mișcă apoi aer rece peste aripioare. Această configurație, așa cum se arată în imagine, este deosebit de remarcabilă deoarece răcirea cu lichid a făcut mai eficientă eliminarea căldurii din procesoarele moderne cu TDP-uri ridicate, care sunt overclockate și generează căldură semnificativă.

Înțelegerea căldurii procesorului: De ce contează răcirea

Electricitatea este fluxul de electroni printr-un conductor. Când electricitatea trece printr-un conductor, aceasta generează căldură datorită rezistenței la fluxul de electroni. În mod similar, atunci când electricitatea trece prin procesor, aceasta va genera și căldură.

Un microprocesor sau un procesor (CPU) este fabricat cu miliarde de tranzistoare. Ori de câte ori folosim un procesor, acesta va folosi aceste tranzistoare într-o logică de calcul. Aceste tranzistoare se încarcă și se descarcă, producând o rezistență electrică ce afectează fluxul de electroni și generează căldură. Operațiunile mai intense pe procesor, cum ar fi jocurile sau randarea video, vor crea mai multă căldură și vor necesita un sistem de răcire pentru astfel de sarcini de lucru solicitante.

În astfel de cazuri, este preferat un sistem lichid cu buclă închisă pentru procesor pentru a menține temperatura în limite. În caz contrar, procesorul va începe să sufere de throttling termic, afectându-i performanța. În unele cazuri, dacă răcirea este foarte slabă, poate chiar deteriora procesorul sau alte componente interne, cum ar fi memoria RAM și GPU-ul.

Componentele cheie ale unui sistem de răcire cu lichid

Componentele de bază ale componentelor lichide includ

• Bloc de apă
• Pompa
• Radiatorul
• Tubulatură, rezervor și lichid de răcire

Blocul de apă

Este inima sistemului de răcire cu lichid care extrage căldura din procesor. Cel mai premium tip de water block-uri este fabricat din cupru fără oxigen, care are o conductivitate termică ridicată. Dacă water block-ul este utilizat cu piese din aluminiu, aceste water block-uri sunt placate cu nichel (în mare parte baza water block-ului este nichelată pentru a evita oxidarea).

Aceste blocuri au micro-canale de 0,5 până la 1 mm în bază, permițând lichidului să curgă și să absoarbă căldura generată de procesor. Pentru a minimiza spațiul de aer dintre bloc și procesor, se utilizează o pastă termoconductivă cu o conductivitate termică mai mare de 8-12 W/mK. Pentru a crește conductivitatea, spațiul dintre blocul de apă și procesor este redus la 0,1 mm, facilitat de un mecanism robust de montare pentru blocul de apă. Eficiența termică a sistemului de răcire depinde în mare măsură de flux și de designul sistemului de aripioare. Când lichidul intră în bloc, acesta începe răcirea prin convecție cu un coeficient de transfer termic de 500-5000 W/m2.

Pompa

Pompa din sistemul de răcire face ca lichidul de răcire să curgă prin blocul de apă și radiator, asigurând presiunea fluidului pentru a depăși rezistența tubulaturii. Fără un debit adecvat, nici măcar cel mai eficient sistem nu ar funcționa corect. În majoritatea sistemelor de răcire, aceste pompe funcționează la 12 volți la 2000-4000 rpm, oferind un debit suficient de 0,5-1 l/min și o înălțime de presiune pentru a efectua răcirea. În sistemele moderne de răcire pentru procesoare, aceste pompe sunt realizate cu precizie pentru a avea zgomot și vibrații reduse, cuplate cu rulmenți ceramici pentru a asigura o funcționare fără frecare. Aceste pompe își pot schimba viteza în funcție de sarcina termică.

Radiatorul

Căldura preluată de la procesor de către lichid este eliberată în atmosferă cu ajutorul unui dispozitiv numit radiator și a unui ventilator montat pe acesta. Radiatoarele sunt fabricate cu un miez de aluminiu cu aripioare de cupru și canale de răcire. Aripioarele sunt prevăzute pentru a avea un transfer de căldură conductiv mai bun, cu o eficiență de 0,8-0,9. Spațierea aripioarelor este un factor foarte important. Dacă densitatea aripioarelor FPI (Aripioare per Inch) este mare, aria efectivă va crește. Cu toate acestea, este necesar un flux de aer mai mare din cauza rezistenței crescute la fluxul de aer.

Un FPI mai mic reduce rezistența la fluxul de aer, dar scade și suprafața efectivă. De obicei, lichidul din procesor are o temperatură cu 10-20 °C mai mare decât aerul ambiental. Acesta intră în radiator, unde transferă căldură către aripioare. Un ventilator (1000-2000 rpm) furnizează apoi flux de aer pentru a elimina căldura din aripioare.

Tubulatură, rezervor și lichid de răcire

Tubulatura într-un sistem cu lichide oferă o cale pentru transferul lichidului de la o componentă la alta, fiind fabricată din PVC cu un diametru interior de 10 mm și un diametru exterior de 13 mm. De asemenea, este prevăzută cu suport împletit pentru a evita deformarea și explozia în condiții extreme de lucru. Tubulatura nu trebuie să aibă curburi ascuțite, deoarece va crește rezistența la curgere și va reduce performanța generală.

Un rezervor gestionează volumul de aer și fluid. Este fabricat din PVC și oferă un mecanism pentru umplerea cu lichid și evacuarea bulelor de aer în atmosferă. În unele cazuri, rezervorul este o parte integrantă a pompei, în special într-un sistem AIO (All-in-One). În majoritatea cazurilor, lichidul din interior este apă distilată și 30% glicol. De asemenea, se adaugă unele biocide pentru a preveni creșterea bacteriilor, iar glicolul este adăugat pentru a reduce punctul de îngheț până la -10 °C. Scopul lichidului de răcire este de a prelua căldura de la procesor și de a o elibera în radiator.

Ciclul de răcire

Generarea de căldură

În timpul funcționării, în special în timpul efectuării unor sarcini intense, cum ar fi jocurile sau randarea video, sau orice activitate grafică sau de calcul, procesorul generează căldură de peste 300 de wați. Această generare de căldură începe la tranzistorul încorporat în interiorul procesorului și se deplasează în cele din urmă la distribuitorul de căldură integrat, unde este instalat un bloc de apă pentru a prelua căldura din procesor cu ajutorul lichidului care curge în interiorul acestuia. Un proces de conducție elimină această căldură deoarece blocul de apă are o temperatură mai mare decât lichidul.

Absorbţie

Lichidul din interiorul blocului de apă absoarbe căldura generată de procesor pe măsură ce acesta curge prin canalele realizate în interiorul blocului de apă. Lichidul, în timp ce curge prin bloc, asigură că turbulențele și conducerea căldurii sunt proiectate să aibă o eficiență maximă în ceea ce privește conductivitatea termică. Când fluidul curge din blocul de apă, temperatura acestuia a crescut.

Circulaţie

O pompă este instalată în sistemul de răcire cu lichid pentru ca procesorul să transmită lichidul încălzit, asigurându-se că temperatura nu depășește o anumită limită. Pompa asigură un flux constant de lichid de la blocul de apă la radiator, menținând procesorul rece și îndeplinindu-și sarcinile eficient. Într-un sistem modern, pompele sunt selectate pentru zgomotul lor foarte redus și uzura minimă a componentelor, datorită debitului lor ridicat.

Disipare

Lichidul încălzit intră în final în radiator, unde va fi răcit cu aer de la un ventilator instalat în radiator. Radiatoarele sunt fabricate din aluminiu cu aripioare de cupru. Aceste aripioare măresc suprafața pe măsură ce ventilatorul suflă aer, răcindu-le în acest proces. Când aceste aripioare sunt răcite, lichidul de răcire care trece prin tuburi este răcit.

Reveni

Lichidul se întoarce apoi în blocul de apă după ce este răcit de radiator. Un alt echipament, cunoscut sub numele de rezervor, este instalat în sistemul de răcire cu lichid. Acesta permite revenirea apei dacă există o cantitate excesivă și ajută sistemul să se reumple atunci când nivelul lichidului este redus.

Inovații inginerești care fac răcirea cu lichid fascinantă

Odată cu avansarea tehnologiei, avem procesoare de mare viteză de 7nm care produc mai multă căldură. Pentru a rezolva această problemă, utilizăm un sistem de răcire cu lichid, deoarece răcirea cu aer este insuficientă pentru procesoarele care generează multă căldură. Ingineria dezvoltă acum sistemul de răcire cu lichid și procesul său de fabricație.

Acum, blocurile de apă sunt fabricate cu un pasaj îngust de 0,2 mm pentru curgerea lichidului, ceea ce creează turbulențe pentru a crește transferul de căldură cu până la 50%. Lichidul modern este dotat și cu un regulator PID care monitorizează și controlează temperatura în limita a 2 °C față de punctul de referință, cu variație a vitezei ventilatorului și a pompei și oferă monitorizare a temperaturii în timp real. În plus, lichidele injectate cu oxid de cupru sunt testate pentru a crește conductivitatea termică, ceea ce arată o performanță cu 20% mai bună.

Stai, mai e ceva! Răcirea cu lichid este în continuă evoluție cu ajutorul ingineriei care utilizează simulări CFD pentru a optimiza construcția aripioarelor, viteza fluxului și turbulența, răcirea și designul termic. Dacă această modernizare tehnologică continuă, am putea avea un sistem de răcire care utilizează o schimbare de fază a lichidului la interfața fierbinte pentru a răci procesorul, care apoi s-ar condensa la radiator.

Sfaturi de instalare și întreținere

Instalarea lichidului necesită abilități de specialitate, deoarece implică componente foarte sensibile, inclusiv apă, care poate deteriora procesorul dacă prezintă scurgeri. Înainte de a începe instalarea, curățați toate elementele și aplicați pastă termoconductoare pe procesor. Montați blocul de apă și strângeți șuruburile cu un cuplu uniform, care poate varia între 0,6-1 Nm și rețineți că șuruburile trebuie strânse în cruce. Tubulatura prin care va curge lichidul este, de asemenea, o componentă importantă. La instalare, asigurați-vă că tubulatura este poziționată conform manualului și că fiecare furtun este fixat cu o clemă. Înainte de a începe, asigurați-vă că sistemul este amorsat corespunzător și nu conține aer.

Pentru întreținere, luați în considerare fie solicitarea îndrumării unui expert, fie efectuarea lucrării de către unul dintre ei. Printre sfaturile pe care vi le putem oferi se numără utilizarea unei matrițe reactive la UV care strălucește sub lumina UV pentru a detecta scurgerile, efectuarea unor cicluri de purjare anual sau după cum este necesar, ceea ce va elimina 95% din aer pentru a îmbunătăți eficiența. De asemenea, asigurați-vă că clătiți sistemul anual cu o soluție de oțet. Circulați soluția timp de 30 de minute pentru a dizolva depunerile de depunere din interiorul tuburilor și componentelor, apoi clătiți-l.

Avantaje față de răcirea tradițională cu aer

Căldura specifică a apei este mult mai bună decât cea a aerului și, în mod natural, oferă un avantaj sistemului de răcire care folosește lichid. Dacă se aplică o sarcină susținută unui procesor, răcirea cu lichid va menține temperatura cu 40% mai mică decât dacă același procesor este răcit cu un sistem de răcire cu aer. Sistemele de răcire cu lichid oferă o răcire mai bună și sunt mai silențioase, deoarece pompele produc mai puțin zgomot, apa acționează ca un amortizor natural pentru zgomot, iar ventilatoarele din radiatoare sunt mai silențioase. Sistemele de răcire cu lichid sunt mai mici ca dimensiuni și pot fi ușor ajustate într-un computer compact cu construcție ITX, ceea ce face ca acesta să atragă atenția și să aibă o estetică mai bună.

Concluzie

Termodinamica și ingineria au transformat răcirea cu lichid, oferind performanțe mai bune ale procesorului cu căi de curgere prelucrate cu precizie. Modele de curgere constante folosind pompe și radiatoare eficiente pe care comercianții le folosesc pentru a încălzi mediul înconjurător, ceea ce o face o soluție de răcire fiabilă pentru computerele moderne de înaltă performanță. Acestea oferă o conductivitate termică mai bună, un design mai elegant, o estetică îmbunătățită și o funcționare mai silențioasă, ceea ce le face o alegere superioară soluțiilor de răcire cu aer și transformă gestionarea căldurii într-o artă.

Pentru o implementare practică a coolerelor cu lichid pentru procesoare , luați în considerare vizitarea paginii coolerelor cu lichid ESGAMING . Veți găsi diverse modele și capacități pentru aceste coolere, fabricate din materiale de cea mai înaltă calitate.