Како функционише течни хладњак за процесор? Водич за почетнике

Да бисте разумели како функционише течно хлађење у процесору, размотрите како се хлади мотор у аутомобилу. Течности имају већу специфичну топлоту, што значи да могу боље да одводе топлоту од ваздуха. Аутомобил користи воду да одузме топлоту од мотора и ослободи је у ваздух помоћу хладњака. Течни хладњаци процесора раде на исти начин.

Сваки процесор генерише топлоту јер је електронска компонента, а ову топлоту апсорбује водени блок где циркулише расхладна течност. Ова течност се пумпа из воденог блока до хладњака, слично као што то функционише у аутомобилима. Функција хладњака је да извуче топлоту из течности која тече унутра и да је пренесе на ребра хладњака. Вентилатор затим помера хладан ваздух преко ребара. Ова поставка, као што је приказано на слици, посебно је вредна пажње јер је течно хлађење учинило ефикаснијим одвођење топлоте са модерних процесора са високим TDP-ом који су оверклоковани и генеришу значајну топлоту.

Разумевање загревања процесора: Зашто је хлађење важно

Електрична енергија је проток електрона кроз проводник. Када струја пролази кроз било који проводник, она ствара топлоту због отпора току електрона. Слично томе, када струја пролази кроз процесор, она ће такође генерисати топлоту.

Микропроцесор или процесор (CPU) је направљен од милијарди транзистора. Кад год користимо процесор, он ће користити ове транзисторе у рачунарској логици. Ови транзистори се пуне и празне, стварајући електрични отпор који утиче на проток електрона и генерише топлоту. Интензивније операције на процесору, попут играња игара или рендеровања видеа, ствараће више топлоте и захтеваће систем хлађења за тако захтевна радна оптерећења.

У таквим случајевима, пожељан је систем са течношћу затворене петље за процесор како би се температура одржала у границама. У супротном, процесор ће почети са термичким тротлингом, што ће утицати на његове перформансе. У неким случајевима, ако је хлађење веома лоше, може чак и оштетити процесор или друге унутрашње компоненте, као што су RAM и GPU.

Кључне компоненте система за течно хлађење

Основне компоненте течних компоненти укључују

• Водени блок
• Пумпа
• Радијатор
• Цев, резервоар и расхладна течност

Водени блок

То је срце система за течно хлађење које извлачи топлоту из процесора. Најпремијумнији тип водених блокова је направљен од бакра без кисеоника који има високу топлотну проводљивост. Ако се водени блок користи са алуминијумским деловима, ови водени блокови су направљени са никлованим слојем (углавном је основа воденог блока никлована како би се избегла оксидација).

Ови блокови имају микроканале од 0,5 до 1 мм у својој бази, што омогућава течности да тече и апсорбује топлоту коју генерише процесор. Да би се минимизирао ваздушни зазор између блока и процесора, користи се термална паста са топлотном проводљивошћу већом од 8-12W/mK. Да би се повећала проводљивост, зазор између воденог блока и процесора је минимизиран на 0,1 мм, што је олакшано робусним механизмом за монтажу воденог блока. Термичка ефикасност система за хлађење у великој мери зависи од протока и дизајна низа ребара. Када течност уђе у блок, почиње конвективно хлађење са коефицијентом преноса топлоте од 500-5000W/m2.

Пумпа

Пумпа у систему за хлађење покреће расхладну течност кроз водени блок и хладњак, обезбеђујући притисак у флуиду да би се превазишао отпор цеви. Без одговарајућег протока, чак ни најефикаснији систем не би радио исправно. У већини система за хлађење, ове пумпе раде на 12 волти при 2000-4000 о/мин, обезбеђујући довољан проток од 0,5-1 л/мин и притисак за хлађење . У модерним системима за хлађење процесора, ове пумпе су направљене са прецизношћу како би имале ниску буку и вибрације, заједно са керамичким лежајевима како би се обезбедио рад без трења. Ове пумпе могу да мењају брзину у складу са захтевима топлотног оптерећења.

Радијатор

Топлота коју течност одводи од процесора одбија се у атмосферу помоћу уређаја који се назива радијатор и вентилатора монтираног на њега. Радијатори су направљени од алуминијумског језгра са бакарним ребрима и каналима за расхладну течност. Ребра су предвиђена за бољи пренос топлоте са ефикасношћу од 0,8-0,9. Размак између ребара је веома важан фактор. Ако је густина ребара FPI (ребра по инчу) висока, ефективна површина ће се повећати. Међутим, потребан је већи проток ваздуха због повећаног отпора протоку ваздуха.

Нижи FPI смањује отпор протоку ваздуха, али такође смањује ефективну површину. Типично, течност из процесора има температуру 10-20 °C вишу од околног ваздуха. Улази у радијатор, где преноси топлоту на ребра. Вентилатор (1000-2000 о/мин) затим обезбеђује проток ваздуха како би уклонио топлоту са ребара.

Цев, резервоар и расхладна течност

Цев у течном систему обезбеђује путању за пренос течности из једне компоненте у другу, направљена је од ПВЦ-а са унутрашњим пречником од 10 мм и спољним пречником од 13 мм. Такође је опремљена плетеном потпором како би се избегла деформација и пуцање у екстремним радним условима. Цев не сме имати оштре кривине, јер ће то повећати отпор протоку и смањити укупне перформансе.

Резервоар управља запремином ваздуха и течности. Направљен је од ПВЦ-а и пружа механизам за пуњење течношћу и испуштање ваздушних мехурића у атмосферу. У неким случајевима, резервоар је саставни део пумпе, посебно у AIO (Све-у-једном) систему. У већини случајева, течност унутра је дестилована вода и 30% гликола. Додају се и неки биоциди да би се спречио раст бактерија, а гликол се додаје да би се тачка смрзавања спустила на чак -10 °C. Сврха расхладне течности је да одузме топлоту од процесора и ослободи је у хладњаку.

Циклус хлађења

Производња топлоте

Током рада, посебно приликом обављања интензивних задатака попут играња игара или рендеровања видеа, или било ког графичког или рачунарског рада, процесор генерише топлоту већу од 300 вати. Ова генерација топлоте почиње на транзистору уграђеном унутар процесора и на крају се премешта до интегрисаног распршивача топлоте, где је инсталиран водени блок који одводи топлоту са процесора уз помоћ течности која тече унутар њега. Процес проводљивости уклања ову топлоту јер је водени блок на вишој температури од течности.

Апсорпција

Течност унутар воденог блока апсорбује топлоту коју генерише процесор док протиче кроз канале направљене унутар воденог блока. Течност, док протиче кроз блок, осигурава да су турбуленција и проводљивост топлоте пројектоване тако да имају максималну ефикасност у смислу топлотне проводљивости. Када течност истиче из воденог блока, њена температура је порасла.

Тираж

У систему за течно хлађење процесора је уграђена пумпа која преноси загрејану течност, осигуравајући да температура не пређе одређену границу. Пумпа обезбеђује константан проток течности од воденог блока до радијатора, одржавајући процесор хладним и ефикасно обављајући своје задатке. У модерним системима, пумпе се бирају због веома ниске буке и минималног хабања компоненти, захваљујући великој брзини протока.

Расипање

Загрејана течност коначно улази у радијатор, где ће се хладити ваздухом из вентилатора инсталираног у радијатору. Радијатори су направљени од алуминијума са бакарним ребрима. Ова ребра повећавају површину док вентилатор дува ваздух, хладећи их у том процесу. Када се ова ребра хладе, хлади се и расхладна течност која пролази кроз цеви.

Повратак

Течност се затим враћа у водени блок након што се охлади у радијатору. Још један део опреме, познат као резервоар, уграђен је у систем за течно хлађење. Он омогућава повратак воде ако је има вишка и помаже систему да се поново напуни када се ниво течности смањи.

Инжењерске иновације које чине течно хлађење фасцинантним

Са напретком технологије, имамо брзе процесоре од 7nm који производе више топлоте. Да бисмо решили овај проблем, користимо систем течног хлађења, јер ваздушно хлађење није довољно за процесоре који генеришу велику топлоту. Инжењеринг сада развија систем течног хлађења и његов производни процес.

Сада се водени блокови праве са уским пролазом од 0,2 мм за проток течности, што ствара турбуленцију ради повећања преноса топлоте до 50%. Модерни течни блокови такође долазе са ПИД контролером који прати и контролише температуру унутар 2 °C од задате вредности са променљивом брзином вентилатора и пумпе, и омогућава праћење температуре у реалном времену. Поред тога, течности убризгане са оксидом бакра тестирају се на повећање топлотне проводљивости, што показује 20% боље перформансе.

Чекајте, има још! Течно хлађење се континуирано развија уз помоћ инжењеринга који користи CFD симулације за оптимизацију конструкције пераја, брзине протока и турбуленције, хлађења и термалног дизајна. Ако се ово технолошко надоградња настави, могли бисмо имати систем хлађења који користи фазну промену течности на врућем интерфејсу за хлађење процесора, која би се затим кондензовала на хладњаку.

Савети за инсталацију и одржавање

Инсталација течности захтева стручне вештине јер укључује веома осетљиве компоненте, укључујући воду, која може оштетити процесор ако процури. Пре почетка инсталације, очистите све елементе и нанесите термалну пасту на процесор. Монтирајте водени блок и затегните завртње равномерним обртним моментом који може да се креће од 0,6-1 Nm, и имајте на уму да завртње треба затегнути укрштено. Цев кроз коју ће тећи течност је такође важна компонента. Приликом инсталације, уверите се да је цев постављена према упутству и да је свако црево осигурано стезаљком. Пре почетка, уверите се да је систем адекватно напуњен и да нема заробљеног ваздуха.

За одржавање, размислите о томе да потражите савет од стручњака или да посао обави стручњак. Неки од савета које можемо да поделимо укључују коришћење УВ-реактивне матрице која светли под УВ светлом ради откривања цурења, обављање циклуса чишћења годишње или по потреби, што ће уклонити 95% ваздуха ради побољшања ефикасности. Такође, обавезно исперите систем годишње раствором сирћета. Циркулишите раствор 30 минута да бисте растворили каменца унутар цеви и компоненти, а затим га исперите.

Предности у односу на традиционално ваздушно хлађење

Специфична топлота воде је много боља од топлоте ваздуха, и то природно даје предност систему хлађења који користи течност. Ако се на процесор примени континуирано оптерећење, течно хлађење ће одржати температуру 40% нижом него ако се исти процесор хлади системом хлађеним ваздухом. Течни системи пружају боље хлађење и тиши су јер пумпе производе мање буке, вода делује као природни пригушивач буке, а вентилатори у радијаторима су тиши. Системи течног хлађења су мањих димензија и могу се лако подесити у компактном ITX рачунару, што рачунар чини привлачним са бољим естетским изгледом.

Закључак

Термодинамика и инжењеринг су трансформисали течно хлађење, пружајући боље перформансе процесора са прецизно обрађеним путањама протока. Стабилни обрасци протока помоћу пумпи и ефикасних радијатора које трговци користе за загревање околине, чине га поузданим решењем за хлађење модерних рачунара високе снаге. Нуде бољу топлотну проводљивост, елегантнији дизајн, побољшану естетику и тиши рад, што их чини супериорнијим избором у односу на решења за ваздушно хлађење и претвара управљање топлотом у уметност.

За практичну имплементацију течних хладњака за процесор , размислите о посети странице ESGAMING о течним хладњацима . Наћи ћете различите дизајне и капацитете за ове хладњаке направљене од материјала највишег квалитета.