Реферат: Охлаждение процессоров. Системы охлаждения процессоров

Москва 2009 год

Реферат по теме:

Охлаждение процессоров. Системы охлаждения процессоров

Пахомов Кирилл

Консультант:

Ветюков Дмитрий Алексеевич

Содержание

Вступление

Физика систем охлаждения. Принцип физики систем охлаждения

Физика систем охлаждения. Термопаста

Виды систем охлаждения. Классификация

Виды систем охлаждения. Радиаторные пассивные системы. Новые технологии пассивных систем охлаждения

Виды систем охлаждения. Радиаторные активные системы

Виды систем охлаждения. Гидрогенные системы

Виды систем охлаждения. Криогенные системы

Виды систем охлаждения. Нитрогенные системы

Организация воздушных потоков

Моя модификация

Заключение

Вступление

система охлаждение радиаторный криогенный

Приобретая тот или иной процессор в магазине, мы сталкиваемся с проблемой его охлаждения. Если процессор достаточно мощный и к тому же его обладатель применяет “оверклокинг”¹¹ разгон оборудования компьютера (комплектующих). , то ему без хорошей системы охлаждения обойтись никак нельзя. В частности эта проблема касается не только центральных процессоров, но и графических процессоров при обработке изображения и вывода его на экран.

Дело в том, что обрабатывая информацию ЦП²² центральный процессор. и ГП³³ графический процессор. выделяют некоторый объем тепла. Особенно процессоры нагреваются при интенсивной работе с различными приложениями, включая 3D приложения.

Процессоры нуждаются в постоянном охлаждении, так как они могут перегреться и выйти из строя. Чтобы не допустить перегрева и сделать так, чтобы процессор стабильно работал, и существуют системы охлаждения.

Выбор этой темы мной объясняется тем, что почти каждый человек использует компьютер: программисты, бизнесмены, учителя, студенты, школьники и многие другие, и так как мое хобби также связано с компьютером я решил разобраться в этой теме. Столкнувшись с перегревом ГП на своей видеокарте, я заинтересовался контролем температур комплектующих моего компьютера. Проделывая исследовательскую деятельность в области систем охлаждения, я приобрел немалый опыт, и даже смог модифицировать систему охлаждения своей видеокарты.

Цели моей работы являлись такие задачи как:

- Изучение физики систем охлаждения;

- Изучение видов систем охлаждения;

- Выяснение организации воздушных потоков;

- Также индивидуально попробовать сконструировать или модифицировать свою систему охлаждения для ГП или ЦП;

Мной были использовал ресурсы сайтов http://www.ixbt.com/ и http://www.ru.wikipedia.org/ расположенные по ссылкам:

http://www.ixbt.com/cpu/forced-convection-suggestions-mar2k4.shtml

http://www.ixbt.com/cpu/pc-cooling-construction.shtml

http://ru.wikipedia.org/wiki/Система_охлаждения_компьютера

http://ru.wikipedia.org/wiki/Термопаста

http://ru.wikipedia.org/wiki/Тепловые_трубки

Материал хорошо помог. Но применял не только данные статьи, но и свои собственные знания. Материал помог мне построить логику и план своего реферата.

Физика систем охлаждения. Принцип физики систем охлаждения

Попробуем разобраться в процессах, которые происходят при охлаждении.

Все системы охлаждения используют общий принцип действия: перенос тепла от более горячего тела к менее горячему. При постоянном нагреве объекта, который охлаждает микропроцессор, необходим подвод некоторого холодного вещества, способного охлаждать сам объект. В нашем случае объект и есть система охлаждения. Вещество, которое будет охлаждать систему охлаждения принято называть хладагентом (теплоносителем). Хладагентом обычно является воздух, но не во всех системах охлаждения. Однако хладагентом может являться не только воздух, но и жидкий азот, и вода, и другие, которые будут рассматриваться в других системах охлаждения.

Во-первых, не малую роль играют материалы из которых изготавливаются системы охлаждения. Из доступных материалов наилучшей теплопроводностью обладают алюминий и медь.

Во-вторых, необходимо организовать правильную циркуляцию воздуха в системном блоке для того, чтобы система охлаждения хорошо работала. Теплый воздух должен быть выведен из системного блока и в некоторых системах охлаждения он не должен мешать поступлению холодного воздуха к ней. В других случаях хладагент должен охлаждаться либо с помощью других способов либо самостоятельно.

В-третьих, для организации переноса тепла к хладагенту необходимо организовать тепловой контакт системы охлаждения с воздухом. Для этого конструируют различные радиаторы (рисунок 1). Ребра радиатора помогают увеличить площадь соприкосновения с воздухом.

Рисунок 1 Радиатор под процессор

Физика систем охлаждения. Термопаста

Стоит также отметить, что в теплообмене между двумя телами принимает участие и термопаста²² пластичное вещество с высокой теплопроводностью, используемое для уменьшения теплового сопротивления между двумя соприкасающимися или близко расположенными поверхностями.. Она также играет большую роль при теплообмене между процессором и системой охлаждения.

Термопаста чаще всего используется в электронных устройствах для отвода тепла. Небольшое количество пасты, нанесенное на область теплового контакта, растискивается при прижиме поверхностей друг к другу. При этом паста заполняет мельчайшие углубления в поверхностях и вытесняет воздух, обладающий крайне низкой теплопроводностью. Термопаста улучшает теплообмен между двумя соприкосаемыми поверхностями. Если термопаста не используется, то площадь соприкосновения поверхностей невелика, что приводит к высокому тепловому сопротивлению.

Термопаста представляет из себя белую теплостойкую массу высокой вязкости (см. рисунок 2). По государственным стандартам хорошая термопаста должна отвечать следующим требованиям:

- Наименьшее тепловое сопротивление;

- Стабильность свойств при высокой температуре;

- Удобство нанесения и легкость смывания;

- Неизменность свойств с течением времени;

По моему мнению, самая лучшая термопаста КПТ-8³³ кремнийорганическая паста теплопроводная. (см. рисунок 3).

Рабочий интервал температур КПТ-8 от ?60 до +180 єС.

Рисунок 2 Термопаста нанесенная Рисунок 3 Термопаста КПТ-8 в тюбике на систему охлаждения

Виды систем охлаждения. Классификация

Центральный процессор и графический процессор -- самые мощные источники тепла внутри современного компьютера. Разработано множество различных конструкций систем охлаждения для этих комплектующих. Виды и разнообразие конструкторских решений систем охлаждения поражает воображение.

Я сам привел классификацию видов систем охлаждения (см. схему):

Каждый из этих видов мы рассмотрим чуть позже.

Можно учесть то, что некоторые виды систем охлаждения очень похожи, а также являются модификациями других систем.

Виды систем охлаждения. Радиаторные пассивные. Новые технологии пассивных систем охлаждения

Данный вид является самым распространенным видом систем охлаждения, особенно среди видеокарт. Безусловно, радиаторные пассивные системы охлаждения появились очень давно и даже сейчас охлаждают в основном маломощные видеокарты. Однако технологии совершенствуются и сегодня есть очень надежные и эффективные пассивные системы охлаждения и даже для центральных процессоров. Особенностью новых радиаторных систем охлаждения является уникальная тепловая трубка²² элемент системы охлаждения, принцип работы которого основан на том, что в закрытых трубках из теплопроводящего металла находится легкоиспаряющаяся жидкость. Перенос тепла происходит за счёт того, что жидкость испаряется на горячем конце трубки и конденсируется на холодном, а затем снова перетекает на горячий конец. .

Тепловая трубка, жидкость которой конденсируется и возвращается в зону испарения, будет работать только под действием силы тяжести, то есть при вертикальном или близком к тому положении.

Внутри других современных тепловых трубок находится наполнитель, и они способны работать практически в любом положении, поскольку для возврата жидкости в зону испарения используются капиллярные силы, а не сила тяжести.

Материалы и хладагенты для тепловых трубок выбираются в зависимости от условий применения: от жидкого гелия для сверхнизких температур до ртути для высокотемпературных применений. Однако большинство современных трубок используют аммиак или воду в качестве рабочей жидкости.

Изначально тепловые трубки были разработаны для системы охлаждения ядерных реакторов космических аппаратов. А сейчас мы можем их увидеть и в своих компьютерах.

Такая система пассивного охлаждения с тепловой трубкой (см. рисунок 4) очень эффективна. Однако в таких системах охлаждения есть и недостаток: при превышении расчетной температуры вся охлаждающая жидкость может перейти в пар, что приведет к катастрофическому снижению теплопроводности трубки.

Отдельно установленные радиаторы без тепловых трубок или кулеров в нынешнее время практически не встречаются из-за их малой эффективности.

Рисунок 4 Система пассивного охлаждения с тепловой трубкой. Фирма Zalman

Виды систем охлаждения. Радиаторные активные

Радиаторные активные системы охлаждения (см. рисунок 5) являются модификацией радиаторных пассивных систем охлаждения (см. пункт 2.2). Действительно, мы наблюдаем связку радиатора и кулера²² вентилятор. . А в некоторых случаях для лучшего охлаждения ЦП или ГП присутствуют и тепловые трубки.

Вентилятор состоит из корпуса обычно в виде рамки, закреплённой при помощи подшипников на одной оси с двигателем.

Соответственно чем интенсивнее работает вентилятор, тем лучше охлаждается система охлаждения и тем лучше охлаждается процессор. Однако существует небольшие проблемы: чем интенсивнее работает вентилятор, тем больше шума он издает, также для активной системы охлаждения нужна правильная циркуляция воздуха и правильный системны корпус.

Данная система охлаждения очень эффективна, особенно с тепловыми трубками. Увидеть ее можно практически во всех современных компьютерах.

Рисунок 5 Активная система охлаждения с тепловыми трубками. Фирма Cooler Master

Виды систем охлаждения. Гидрогенные

Также эффективными системами охлаждения являются и водяные системы охлаждения (см. рисунок 6). В качестве хладагента здесь выступает вода.

На поверхность процессора монтируется герметично закрытая пластина, имеющая входную и выходную трубки. В свободной области корпуса устанавливается теплообменник с вентилятором, похожий на радиатор. Вместе с водяным насосом эти устройства трубками соединяются в замкнутую цепь, которая заполняется водой. Насос прокачивает холодную воду через теплоотвод на процессоре, где она забирает тепло и нагревается. По трубкам вода поступает далее в теплообменник вне корпуса, где охлаждается и возвращается опять к пластине.

При цене порядка $100, системы водяного охлаждения дают выигрыш примерно в 10°C по сравнению с продвинутыми системами активного охлаждения.

Рисунок 6 Система водяного охлаждения Thermaltake Aquarius II

Виды систем охлаждения. Криогенные

Криогенная система (см. рисунок 7) является очень эффективной системой охлаждения процессоров.

Эти системы отличаются от водяных систем охлаждения тем, что в качестве хладагента вместо воды используется фреон²² фторсодержащие вещества, использующиеся обычно в холодильниках.. Соответственно, все полностью герметичено, а насос отличаются улучшенным качеством.

В итоге получается своего рода минихолодильник на процессоре. При работе процессора температура может поддерживаться в районе 5°C. Эффективность выше, но и стоимость - как минимум, несколько сотен долларов.

Рисунок 7 Криогенная система охлаждения

Виды систем охлаждения. Нитрогенные

Самый недоступный, самый неудобный и самый эффективный на сегодня подход - нитрогенное охлаждение (см. рисунок 8).

В емкость, закрепленную на кристалле, наливается сжиженный газ - азот, имеющий температуру далеко ниже нуля по Цельсию. Температура процессора при такой системе охлаждения может достигать примерно -190 градусов по цельсию.

Но при массе достоинств охлаждения процессора возникает одна большая проблема: азот быстро испаряется и его нужно будет покупать в огромных количествах и регулярно доливать.

Рисунок 8 Нитрогенная система охлаждения

Организация воздушных потоков

Стоит учесть, что очень важна и организация воздушных потоков в системном блоке компьютера. Очень важно, чтобы была правильная циркуляция воздуха. Воздушный поток зависит от корпуса и от правильной расстановки вентиляторов. Подобная система расстановки называется системой “вдува-выдува”²² система правильной циркуляции воздуха в системном блоке компьютера.. В некоторых моделях системного блока на боковой крышке есть решетка с прилагающей к ней вентиляционной установкой, которая похожа на трубу. Она также служит для вывода теплого воздуха от системы охлаждения процессора и для того, чтобы теплый воздух не рассеивался.