Як працює рідинний кулер для процесора? Посібник для початківців
Щоб зрозуміти, як працює рідинне охолодження в процесорі, розглянемо, як охолоджується двигун в автомобілі. Рідини мають вищу питому теплоємність, а це означає, що вони можуть відводити тепло краще, ніж повітря. Автомобіль використовує воду, щоб відбирати тепло від двигуна та вивільняти його в повітря за допомогою радіатора. Рідинні охолоджувачі процесора працюють так само.
Кожен процесор генерує тепло, оскільки він є електронним компонентом, і це тепло поглинається водоблоком, де циркулює рідкий охолоджувач. Ця рідина перекачується з водоблоку до радіатора, подібно до того, як це працює в автомобілях. Функція радіатора полягає у вилученні тепла з рідини, що протікає всередині, та передачі його до ребер радіатора. Потім вентилятор переміщує холодне повітря по ребрах. Ця схема, як показано на малюнку, особливо варта уваги, оскільки рідинне охолодження зробило більш ефективним відведення тепла від сучасних процесорів з високим TDP, які розігнані та генерують значне тепло.
Розуміння нагрівання процесора: чому важливо охолодження
Електрика – це потік електронів через провідник. Коли електрика проходить через будь-який провідник, вона генерує тепло через опір потоку електронів. Аналогічно, коли електрика проходить через процесор, вона також генерує тепло.
Мікропроцесор або центральний процесор складається з мільярдів транзисторів. Щоразу, коли ми використовуємо центральний процесор, він використовує ці транзистори в обчислювальній логіці. Ці транзистори заряджаються та розряджаються, створюючи електричний опір, який впливає на потік електронів і генерує тепло. Більш інтенсивні операції на процесорі, такі як ігри або рендеринг відео, створюватимуть більше тепла та вимагатимуть системи охолодження для таких вимогливих робочих навантажень.
У таких випадках перевага надається рідинній системі із замкнутим циклом для процесора, щоб підтримувати температуру в певних межах. В іншому випадку процесор почне перегріватися, що вплине на його продуктивність. У деяких випадках, якщо охолодження дуже погане, це може навіть пошкодити процесор або інші внутрішні компоненти, такі як оперативна пам'ять і графічний процесор.
Ключові компоненти системи рідинного охолодження
Основні компоненти рідких компонентів включають
- Водоблок
- Насос
- Радіатор
- Трубки, резервуар та охолоджувальна рідина
Водяний блок
Це серце системи рідинного охолодження, яке відводить тепло від процесора. Найбільш преміальний тип водоблоків виготовлений з безкисневої міді, яка має високу теплопровідність. Якщо водоблок використовується з алюмінієвими деталями, ці водоблоки виготовлені з нікельованим покриттям (здебільшого основа водоблоку нікельована, щоб уникнути окислення).
Ці блоки мають мікроканали розміром від 0,5 до 1 мм у своїй основі, що дозволяє рідині текти та поглинати тепло, що генерується процесором. Щоб мінімізувати повітряний зазор між блоком і процесором, використовується термопаста з теплопровідністю понад 8-12 Вт/мК. Для збільшення провідності зазор між водоблоком і процесором мінімізовано до 0,1 мм, чому сприяє надійний механізм кріплення водоблоку. Теплова ефективність системи охолодження значною мірою залежить від потоку та конструкції ребер. Коли рідина потрапляє в блок, вона починає конвективне охолодження з коефіцієнтом теплопередачі 500-5000 Вт/м2.
Насос
Насос у системі охолодження забезпечує потік охолоджувальної рідини через водоблок і радіатор, забезпечуючи тиск рідини для подолання опору трубок. Без відповідного потоку навіть найефективніша система не працюватиме належним чином. У більшості систем охолодження ці насоси працюють від 12 вольт зі швидкістю 2000-4000 об/хв, забезпечуючи достатній потік 0,5-1 л/хв і напір для охолодження . У сучасних системах охолодження для процесорів ці насоси виготовлені з високою точністю, щоб мати низький рівень шуму та вібрації, у поєднанні з керамічними підшипниками для забезпечення роботи без тертя. Ці насоси можуть змінювати свою швидкість залежно від теплового навантаження.
Радіатор
Тепло, яке рідина відводить від процесора, відводиться в атмосферу за допомогою пристрою, який називається радіатором, та вентилятора, встановленого на ньому. Радіатори виготовлені з алюмінієвого сердечника з мідними ребрами та каналами для охолоджувальної рідини. Ребра забезпечують кращу теплопровідність з ефективністю 0,8-0,9. Відстань між ребрами є дуже важливим фактором. Якщо щільність ребер FPI (ребер на дюйм) висока, ефективна площа збільшиться. Однак потрібен більший потік повітря через підвищений опір потоку повітря.
Нижчий FPI зменшує опір потоку повітря, але також зменшує ефективну площу поверхні. Зазвичай рідина з процесора має температуру на 10-20 °C вищу, ніж навколишнє повітря. Вона потрапляє в радіатор, де передає тепло ребрам. Потім вентилятор (1000-2000 об/хв) забезпечує повітряний потік для відведення тепла від ребрів.
Трубки, резервуар та охолоджувальна рідина
Трубки в рідинній системі забезпечують шлях для перенесення рідини від одного компонента до іншого, виготовлені з ПВХ з внутрішнім діаметром 10 мм та зовнішнім діаметром 13 мм. Вони також оснащені плетеною опорою, щоб уникнути деформації та розриву в екстремальних умовах роботи. Трубки не повинні мати різких вигинів, оскільки це збільшить опір потоку та знизить загальну продуктивність.
Резервуар керує об'ємом повітря та рідини. Він виготовлений з ПВХ і забезпечує механізм для наповнення рідиною та випускання бульбашок повітря в атмосферу . У деяких випадках резервуар є невід'ємною частиною насоса, особливо в системах AIO (все в одному). У більшості випадків рідина всередині - це дистильована вода та 30% гліколю. Також додаються деякі біоциди для запобігання росту бактерій, а гліколь додається для зниження точки замерзання до -10 °C. Призначення охолоджувальної рідини - відводити тепло від процесора та вивільняти його в радіаторі.
Цикл охолодження
Генерація тепла
Під час роботи, особливо під час виконання ресурсомістких завдань, таких як ігри чи рендеринг відео, або будь-якої графічної чи обчислювальної роботи, процесор генерує тепло потужністю понад 300 Вт. Це тепловиробництво починається з транзистора, вбудованого всередині процесора, і зрештою переміщується до вбудованого розподільника тепла, де встановлено водоблок для відведення тепла від процесора за допомогою рідини, що протікає всередині нього. Процес теплопровідності відводить це тепло, оскільки водоблок має вищу температуру, ніж рідина.
Поглинання
Рідина всередині водоблоку поглинає тепло, що генерується процесором, коли воно протікає через канали, зроблені всередині водоблоку. Рідина, протікаючи через блок, забезпечує турбулентність і теплопровідність, розроблені для максимальної ефективності з точки зору теплопровідності. Коли рідина витікає з водоблоку, її температура підвищується.
Тираж
У системі рідинного охолодження процесора встановлено насос, який перекачує нагріту рідину, гарантуючи, що температура не перевищує певну межу. Насос забезпечує постійний потік рідини від водоблоку до радіатора, охолоджуючи процесор та ефективно виконуючи його завдання. У сучасних системах насоси вибираються за їх дуже низький рівень шуму та мінімальний знос компонентів завдяки високій швидкості потоку.
Розсіювання
Нагріта рідина нарешті потрапляє в радіатор, де вона охолоджується повітрям від вентилятора, встановленого в радіаторі. Радіатори виготовлені з алюмінію з мідними ребрами. Ці ребра збільшують площу поверхні, коли вентилятор видуває повітря, охолоджуючи їх у процесі. Коли ці ребра охолоджуються, охолоджуюча рідина, яка проходить через трубки, охолоджується.
Повернення
Потім рідина повертається до водоблоку після охолодження радіатором. У системі рідинного охолодження встановлено ще один елемент обладнання, відомий як резервуар. Він дозволяє воді повертатися, якщо її надлишок, і допомагає системі поповнюватися, коли рівень рідини знижується.
Інженерні інновації, які роблять рідинне охолодження захопливим
З розвитком технологій у нас є високошвидкісні 7-нм процесори, які виділяють більше тепла. Щоб вирішити цю проблему, ми використовуємо систему рідинного охолодження, оскільки повітряного охолодження недостатньо для процесорів, які виділяють багато тепла. Зараз інженери вдосконалюють систему рідинного охолодження та її виробничий процес.
Зараз водоблоки виготовляються з вузьким проходом 0,2 мм для потоку рідини, що створює турбулентність для збільшення теплопередачі до 50%. Сучасні рідинні системи також оснащені PID-контролером, який контролює та регулює температуру в межах 2 °C від заданого значення зі змінною швидкістю вентилятора та насоса, а також забезпечує моніторинг температури в режимі реального часу. Крім того, рідини, що вводяться з оксидом міді, тестуються на підвищення теплопровідності, що показує на 20% кращі показники.
Зачекайте, це ще не все! Рідинне охолодження постійно розвивається за допомогою інженерії, що використовує CFD-моделювання для оптимізації конструкції ребер, швидкості потоку та турбулентності, охолодження та теплового дизайну. Якщо це технологічне вдосконалення продовжиться, ми можемо мати систему охолодження, яка використовує фазовий перехід рідини на гарячому інтерфейсі для охолодження процесора, яка потім конденсуватиметься на радіаторі.
Поради щодо встановлення та обслуговування
Встановлення рідини вимагає експертних навичок, оскільки воно стосується дуже чутливих компонентів, зокрема води, яка може пошкодити процесор у разі протікання. Перед початком встановлення очистіть усі елементи та нанесіть термопасту на процесор. Встановіть водоблок і затягніть гвинти з рівномірним моментом затягування, який може коливатися від 0,6 до 1 Нм, і зверніть увагу, що гвинти слід затягувати хрестоподібно. Трубка, через яку протікатиме рідина, також є важливим компонентом. Під час встановлення переконайтеся, що трубка прокладена відповідно до інструкції, а кожен шланг закріплений затискачем. Перед початком роботи переконайтеся, що система належним чином заповнена і в ній немає повітря.
Щодо технічного обслуговування, зверніться за порадою до експерта або доручіть роботу фахівцю. Деякі з порад, якими ми можемо поділитися, включають використання УФ-реактивної матриці, яка світиться під УФ-світлом для виявлення витоків, щорічне або за потреби проведення циклів продувки, що видалить 95% повітря для підвищення ефективності. Також обов’язково промивайте систему щорічно розчином оцту. Залиште розчин циркулювати протягом 30 хвилин, щоб розчинити накип всередині трубок і компонентів, а потім промийте систему.
Переваги перед традиційним повітряним охолодженням
Питома теплоємність води набагато краща, ніж у повітря, і це, природно, надає перевагу системі охолодження, яка використовує рідину. Якщо на процесор прикладається постійне навантаження, рідинне охолодження підтримуватиме температуру на 40% нижчою, ніж якби той самий процесор охолоджувався повітряною системою охолодження. Рідинні системи забезпечують краще охолодження та працюють тихіше, оскільки насоси виробляють менше шуму, вода діє як природний демпфер шуму, а вентилятори в радіаторах тихіші. Системи рідинного охолодження менші за розміром, і їх можна легко налаштувати в компактному комп'ютері ITX, що робить комп'ютер привабливішим з кращим естетичним виглядом.
Висновок
Термодинаміка та інженерія трансформували рідинне охолодження, забезпечуючи кращу продуктивність процесора завдяки точно обробленим траєкторіям потоку. Стабільні схеми потоку з використанням насосів та ефективних радіаторів, які трейдери використовують для обігріву навколишнього середовища, роблять його надійним рішенням для охолодження сучасних високопродуктивних комп'ютерів. Вони пропонують кращу теплопровідність, більш елегантний дизайн, покращену естетику та тихішу роботу, що робить їх кращим вибором порівняно з рішеннями для повітряного охолодження та перетворює управління теплом на мистецтво.
Для практичного ознайомлення з рідинним охолодженням процесора , відвідайте сторінку рідинного охолодження ESGAMING . Ви знайдете різні конструкції та потужності цих охолоджувачів, виготовлених з матеріалів найвищої якості.