Datakjøling - Computer cooling

En finnekjølt kjøleribbe med vifte festet til en CPU , med en mindre passiv kjøleribbe uten vifte i bakgrunnen

En kjøleribbe med 3 vifter montert på et skjermkort for å maksimere kjøleeffektiviteten til GPU og komponenter i nærheten

Commodore 128DCR- datamaskinens switch-mode strømforsyning , med en brukerinstallert 40 mm kjølevifte. Vertikale aluminiumsprofiler brukes som kjøleribber.

Datakjøling er nødvendig for å fjerne spillvarmen som produseres av datamaskinkomponenter , for å holde komponentene innenfor tillatte grenser for driftstemperatur . Komponenter som er utsatt for midlertidig funksjonsfeil eller permanent svikt hvis de blir overopphetet, inkluderer integrerte kretser som sentrale prosessorenheter (CPUer), brikkesett , grafikkort og harddiskstasjoner .

Komponenter er ofte designet for å generere så lite varme som mulig, og datamaskiner og operativsystemer kan være utformet for å redusere strømforbruket og påfølgende oppvarming i henhold til arbeidsbelastning, men det kan fremdeles produseres mer varme enn det som kan fjernes uten hensyn til kjøling. Bruk av kjøleribber avkjølt av luftstrøm reduserer temperaturstigningen fra en gitt mengde varme. Oppmerksomhet på mønstre av luftstrøm kan forhindre utvikling av hotspots. Datavifter er mye brukt sammen med kjøleribbervifter for å redusere temperaturen ved aktivt å tømme ut varm luft. Det er også mer eksotiske kjøleteknikker, for eksempel væskekjøling . Alle moderne prosessorer er designet for å kutte ut eller redusere spenningen eller klokkehastigheten hvis prosessorens interne temperatur overstiger en spesifisert grense. Dette er generelt kjent som Thermal Throttling, ved reduksjon av klokkehastigheter eller termisk avstengning ved fullstendig avstengning av enheten eller systemet.

Kjøling kan være utformet for å redusere omgivelsestemperaturen i en datamaskin, for eksempel ved å tappe ut varm luft, eller for å avkjøle en enkelt komponent eller et lite område (punktkjøling). Komponenter som vanligvis er individuelt avkjølt inkluderer CPU, grafikkprosessorenhet (GPU) og nordbru .

Generatorer av uønsket varme

Integrerte kretser (f.eks. CPU og GPU) er de viktigste generatorene for varme i moderne datamaskiner. Varmegenerering kan reduseres ved effektiv design og valg av driftsparametere som spenning og frekvens, men til syvende og sist kan akseptabel ytelse ofte bare oppnås ved å styre betydelig varmegenerering.

Det støv oppbygning på denne bærbare CPU kjøleribbe etter tre års bruk har gjort den bærbare ubrukelig på grunn av hyppige termiske driftsstans.

Under drift vil temperaturen på en datamaskins komponenter stige til varmen som overføres til omgivelsene er lik varmen som produseres av komponenten, det vil si når termisk likevekt er nådd. For pålitelig drift må temperaturen aldri overstige en spesifisert maksimal tillatt verdi som er unik for hver komponent. For halvledere er øyeblikkelig kryssstemperatur , i stedet for komponenthus, kjøleribbe eller omgivelsestemperatur kritisk.

Kjøling kan svekkes av:

• Støv som fungerer som en termisk isolator og hindrer luftstrømmen, og reduserer derved kjøleribbe og vifteytelse.
• Dårlig luftstrøm inkludert turbulens på grunn av friksjon mot hindrende komponenter som båndkabler eller feil orientering av vifter, kan redusere mengden luft som strømmer gjennom et etui og til og med lage lokaliserte boblebad med varm luft i saken. I noen tilfeller av utstyr med dårlig termisk design, kan kjøleluft lett strømme ut gjennom "kjøle" hull før den passerer over varme komponenter; kjøling i slike tilfeller kan ofte forbedres ved å blokkere utvalgte hull.
• Dårlig varmeoverføring på grunn av dårlig termisk kontakt mellom komponenter som skal kjøles og kjøleenheter. Dette kan forbedres ved bruk av termiske forbindelser for å jevne ut feil i overflaten, eller til og med ved å lappe .

Skadeforebygging

Fordi høye temperaturer kan redusere levetiden betydelig eller forårsake permanent skade på komponenter, og varmeeffekten til komponenter noen ganger kan overstige datamaskinens kjølekapasitet, tar produsentene ofte ytterligere forholdsregler for å sikre at temperaturene holder seg innenfor sikre grenser. En datamaskin med termiske sensorer integrert i CPU, hovedkort, brikkesett eller GPU kan stenge seg selv når høye temperaturer oppdages for å forhindre permanent skade, selv om dette ikke helt garanterer en langsiktig sikker drift. Før en overopphetingskomponent når dette punktet, kan den bli "strupet" til temperaturen faller under et trygt punkt ved bruk av dynamisk frekvensskaleringsteknologi . Drossel reduserer driftsfrekvensen og spenningen til en integrert krets eller deaktiverer ikke-essensielle funksjoner i brikken for å redusere varmeeffekten, ofte på bekostning av litt eller betydelig redusert ytelse. For stasjonære og bærbare datamaskiner kontrolleres ofte struping på BIOS -nivå. Gassregulering brukes også ofte til å håndtere temperaturer i smarttelefoner og nettbrett, der komponenter pakkes tett sammen med liten eller ingen aktiv kjøling, og med ekstra varme overført fra brukerens hånd.

Hovedrammer og superdatamaskiner

Etter hvert som elektroniske datamaskiner ble større og mer komplekse, ble kjøling av de aktive komponentene en kritisk faktor for pålitelig drift. Tidlige vakuumrørsmaskiner, med relativt store skap, kunne stole på naturlig eller tvungen luftsirkulasjon for kjøling. Imidlertid ble solid state-enheter pakket mye tettere og hadde lavere tillatte driftstemperaturer.

Fra og med 1965 sponset IBM og andre produsenter av stormaskin datamaskiner intensiv forskning på fysikken til kjøling av tett pakket integrerte kretser. Mange luft- og væskekjølesystemer ble utviklet og undersøkt ved bruk av metoder som naturlig og tvunget konveksjon, direkte luftpåvirkning, direkte væske nedsenking og tvunget konveksjon, bassengkoking, fallende filmer, strømningskoking og væskestråle. Matematisk analyse ble brukt til å forutsi temperaturstigninger av komponenter for hver mulig kjølesystemgeometri.

IBM utviklet tre generasjoner Thermal Conduction Module (TCM) som brukte en vannkjølt kald plate i direkte termisk kontakt med integrerte kretspakker. Hver pakke hadde en termisk ledende pinne presset på den, og heliumgass omgitt flis og varmeledende pinner. Designet kan fjerne opptil 27 watt fra en brikke og opptil 2000 watt per modul, samtidig som temperaturen på brikkepakken opprettholdes på rundt 50 ° C (122 ° F). Systemer som bruker TCM -er var 3081 -familien (1980), ES/3090 (1984) og noen modeller av ES/9000 (1990). I IBM 3081 -prosessoren tillot TCM -er opptil 2700 watt på et enkelt kretskort, samtidig som bretemperaturen ble holdt på 69 ° C (156 ° F). Termiske ledningsmoduler ved bruk av vannkjøling ble også brukt i hovedrammesystemer produsert av andre selskaper, inkludert Mitsubishi og Fujitsu.

Den Cray-1 superdatamaskin designet i 1976 hadde en særegen kjølesystem. Maskinen var bare 2.000 mm høy og 56+1 / 2 inches (1,440 mm) i diameter, og som forbrukes opp til 115 kilowatt; Dette er sammenlignbart med gjennomsnittlig strømforbruk for et par dusin vestlige hjem eller en mellomstor bil. De integrerte kretsene som ble brukt i maskinen var den raskeste som var tilgjengelig på den tiden, ved hjelp av emitterkoblet logikk ; hastigheten ble imidlertid ledsaget av høyt strømforbruk sammenlignet med senere CMOS -enheter.

Varmefjerning var kritisk. Kjølemediet ble sirkulert gjennom rørledninger som var innebygd i vertikale kjølestenger i tolv søylepartier av maskinen. Hver av de 1662 kretskortmodulene på maskinen hadde en kobberkjerne og ble festet til kjøleskinnen. Systemet ble designet for å opprettholde tilfeller av integrerte kretser ved ikke mer enn 54 ° C (129 ° F), med kjølemiddel som sirkulerer ved 21 ° C (70 ° F). Endelig varmeavvisning ble gjennom en vannkjølt kondensator. Rørledninger, varmevekslere og pumper for kjølesystemet ble arrangert i et polstret benkesete rundt utsiden av datamaskinens base. Omtrent 20 prosent av maskinens vekt i drift var kjølemedium.

I den senere Cray-2, med sine mer tettpakkete moduler, hadde Seymour Cray problemer med å effektivt kjøle maskinen ved bruk av metallledningsteknikken med mekanisk kjøling, så han byttet til kjøling med væske-nedsenking. Denne metoden innebar å fylle chassiset til Cray-2 med en væske kalt Fluorinert . Fluorinert, som navnet tilsier, er en inert væske som ikke forstyrrer driften av elektroniske komponenter. Etter hvert som komponentene kom til driftstemperatur, ville varmen forsvinne inn i Fluorinert, som ble pumpet ut av maskinen til en kjølevannveksler.

Ytelsen per watt av moderne systemer har blitt sterkt forbedret; mange flere beregninger kan utføres med et gitt strømforbruk enn det som var mulig med de integrerte kretsene på 1980- og 1990 -tallet. Nylige superdatamaskinprosjekter som Blue Gene er avhengige av luftkjøling, noe som reduserer kostnader, kompleksitet og størrelse på systemer sammenlignet med væskekjøling.

Luftkjøling

Fans

Vifter brukes når naturlig konveksjon er utilstrekkelig til å fjerne varme. Vifter kan monteres på datamaskinens etui eller festes til CPUer, GPUer, brikkesett, strømforsyningsenheter (PSUer), harddisker eller som kort koblet til et utvidelsesspor. Vanlige viftestørrelser inkluderer 40, 60, 80, 92, 120 og 140 mm. 200, 230, 250 og 300 mm vifter brukes noen ganger i høytytende personlige datamaskiner.

Ytelse av vifter i chassis

Typiske viftekurver og chassisimpedanskurver

En datamaskin har en viss motstand mot luft som strømmer gjennom chassiset og komponentene. Dette er summen av alle de mindre hindringene for luftstrøm, som inn- og utløpsåpninger, luftfiltre, internt chassis og elektroniske komponenter. Vifter er enkle luftpumper som gir trykk til luften på innløpssiden i forhold til utgangssiden. Denne trykkforskjellen flytter luft gjennom chassiset, med luft som strømmer til områder med lavere trykk.

Vifter har generelt to publiserte spesifikasjoner: fri luftstrøm og maksimalt differansetrykk. Fri luftstrøm er mengden luft en vifte vil bevege seg med null mottrykk. Maksimalt differensialtrykk er mengden trykk en vifte kan generere når den er fullstendig blokkert. Mellom disse to ytterpunktene er en serie med tilsvarende målinger av strømning mot trykk som vanligvis presenteres som en graf. Hver viftemodell vil ha en unik kurve, som de stiplede kurvene i illustrasjonen ved siden av.

Parallell i forhold til serieinstallasjon

Vifter kan installeres parallelt med hverandre, i serie eller en kombinasjon av begge. Parallell installasjon vil være vifter montert side om side. Serieinstallasjon vil være en andre vifte på linje med en annen vifte, for eksempel en innløpsvifte og en eksosvifte. For å forenkle diskusjonen antas det at fansen er den samme modellen.

Parallelle vifter gir dobbelt så fri luftstrøm, men ikke noe ekstra kjøretrykk. Serieinstallasjon, derimot, vil doble det tilgjengelige statiske trykket, men ikke øke den frie luftstrømmen. Den tilstøtende illustrasjonen viser en enkelt vifte mot to vifter parallelt med et maksimalt trykk på 0,15 tommer (3,8 mm) vann og en doblet strømningshastighet på omtrent 72 kubikkfot per minutt (2,0 m ³ /min).

Vær oppmerksom på at luftstrømmen endres som kvadratroten til trykket. Dermed vil dobling av trykket bare øke strømmen 1,41 ( √ 2 ) ganger, ikke to ganger som man kan anta. En annen måte å se på dette på er at trykket må gå opp med en faktor på fire for å doble strømningshastigheten.

For å bestemme strømningshastigheten gjennom et chassis kan chassisimpedansskurven måles ved å pålegge et vilkårlig trykk ved innløpet til chassiset og måle strømmen gjennom chassiset. Dette krever ganske sofistikert utstyr. Med chassisimpedansskurven (representert med de solide røde og svarte linjene på den tilstøtende kurven) bestemt, vises den faktiske flyten gjennom chassiset som generert av en bestemt viftekonfigurasjon grafisk der chassisimpedanskurven krysser viftekurven. Hellingen til chassisets impedanskurve er en kvadratrotfunksjon, der dobling av strømningshastigheten kreves fire ganger differansetrykket.

I dette eksemplet ga tillegg av en annen vifte en marginal forbedring, med strømmen for begge konfigurasjonene på omtrent 27–28 kubikkfot per minutt (0,76–0,79 m ³ /min). Selv om den ikke er vist på plottet, ville en andre vifte i serien gi litt bedre ytelse enn parallellinstallasjonen.

Temperatur i forhold til strømningshastighet

Ligningen for nødvendig luftstrøm gjennom et chassis er

${\ displaystyle CFM = {\ frac {Q} {Cp \ times r \ times DT}}}$

hvor

CFM = Cubic Feet per Minute (0.028 m3/min)
Q = Heat Transferred (kW)
Cp = Specific Heat of Air
r = Density
DT = Change in Temperature (in °F)

En enkel konservativ tommelfingerregel for kjølevæskekrav, diskontering av slike effekter som varmetap gjennom chassisveggene og laminær kontra turbulent strømning, og regnskapet for konstantene for spesifikk varme og tetthet ved havnivå er:

${\ displaystyle CFM = {\ frac {3.16 \ times W} {{\ text {tillatt temperaturstigning i}}^{\ circ} F}}}$

${\ displaystyle CFM = {\ frac {1,76 \ ganger W} {{\ text {tillatt temperaturstigning i}}^{\ circ} C}}}$

For eksempel et typisk chassis med 500 watt belastning, 54 ° C (130 ° F) maksimal indre temperatur i et miljø på 100 ° F (38 ° C), dvs. en forskjell på 30 ° F (17 ° C):

${\ displaystyle CFM = {\ frac {3.16 \ times 500W} {(130-100)}} = 53}$

Dette vil være faktisk strømning gjennom chassiset og ikke den frie luftverdien til viften. Det skal også bemerkes at "Q", varmen som overføres, er en funksjon av varmeoverføringseffektiviteten til en CPU eller GPU -kjøler til luftstrømmen.

Piezoelektrisk pumpe

En "dual piezo cooling jet", patentert av GE , bruker vibrasjoner for å pumpe luft gjennom enheten. Den første enheten er tre millimeter tykk og består av to nikkelskiver som er koblet på hver side til et stykke piezoelektrisk keramikk. En vekselstrøm som passerer gjennom den keramiske komponenten får den til å ekspandere og trekke seg sammen med opptil 150 ganger i sekundet slik at nikkelskivene fungerer som en belg. Kontraherte, kantene på platene skyves sammen og suger inn varm luft. Utvidelse bringer nikkelskivene sammen, og driver ut luften med høy hastighet.

Enheten har ingen lagre og krever ikke motor. Den er tynnere og bruker mindre energi enn vanlige vifter. Strålen kan bevege den samme mengden luft som en kjølevifte dobbelt så stor som den bruker halvparten så mye strøm og til en lavere kostnad.

Passiv kjøling

Hovedkortet til en NeXTcube -datamaskin (1990) med 32 -biters mikroprosessor Motorola 68040 som drives ved 25 MHz . I nedre kant av bildet og venstre fra midten, kan kjøleribben montert direkte på CPU -en sees. Det var ingen dedikert vifte for CPU. Den eneste andre IC med kjøleribbe er RAMDAC (rett fra CPU).

Passiv kjøleribbe -kjøling innebærer å feste en blokk med maskinert eller ekstrudert metall til delen som trenger kjøling. Et termisk lim kan brukes. Vanligere for en personlig datamaskin -CPU holder en klemme kjøleribben direkte over brikken, med et termisk fett eller termisk pute spredt mellom. Denne blokken har finner og rygger for å øke overflaten. Varmeledningsevnen til metall er mye bedre enn luftens, og den utstråler varme bedre enn komponenten den beskytter (vanligvis en integrert krets eller CPU). Viftekjølte kjøleribber i aluminium var opprinnelig normen for stasjonære datamaskiner, men i dag har mange kjøleribber kobberbunnplater eller er helt laget av kobber.

Støvoppbygging mellom metallfinnene i en kjøleribbe reduserer gradvis effektiviteten, men kan motvirkes med en gasstøver ved å blåse bort støvet sammen med annet uønsket overflødig materiale.

Passive kjøleribber finnes ofte på eldre CPUer, deler som ikke blir veldig varme (for eksempel brikkesettet), og datamaskiner med lav effekt.

Vanligvis er en kjøleribbe festet til den integrerte varmesprederen (IHS), i hovedsak en stor, flat plate festet til CPU -en, med ledningspasta lagvis mellom. Dette sprer eller sprer varmen lokalt. I motsetning til en kjøleribbe er en spreder ment å omfordele varme, ikke for å fjerne den. I tillegg beskytter IHS den skjøre CPU -en.

Passiv kjøling innebærer ingen viftestøy da konveksjonskrefter beveger luft over kjøleribben.

Andre teknikker

Nedkjøling av væske

En datamaskin nedsenket i mineralolje.

En annen voksende trend på grunn av den økende varmetettheten til datamaskiner, GPUer, FPGA og ASIC er å senke hele datamaskinen eller velge komponenter i en termisk, men ikke elektrisk, ledende væske. Selv om det sjelden brukes til kjøling av personlige datamaskiner, er væskeoppslukking en rutinemessig metode for kjøling av store strømfordelingskomponenter som transformatorer . Det blir også populært blant datasentre. Persondatamaskiner som er avkjølt på denne måten krever kanskje ikke vifter eller pumper, og kan avkjøles utelukkende ved passiv varmeveksling mellom maskinvaren og kabinettet den er plassert i. En varmeveksler (dvs. varmekjerne eller radiator) kan fortsatt være nødvendig selv om , og rørene må også plasseres riktig.

Kjølevæsken som brukes må ha tilstrekkelig lav elektrisk ledningsevne til ikke å forstyrre normal bruk av datamaskinen. Hvis væsken er noe elektrisk ledende, kan den forårsake elektriske kortslutninger mellom komponenter eller spor og skade dem permanent. Av disse grunner er det foretrukket at væsken er en isolator ( dielektrisk ) og ikke leder elektrisitet.

Det finnes et stort utvalg væsker for dette formålet, inkludert transformatoroljer , syntetiske enfasede og tofasede dielektriske kjølemidler som 3M Fluorinert eller 3M Novec. Oljer som ikke brukes til bruk, inkludert matlagings-, motor- og silikonoljer , har blitt brukt til kjøling av personlige datamaskiner.

Noen væsker som brukes i nedsenkningskjøling, spesielt hydrokarbonbaserte materialer som mineraloljer, matoljer og organiske estere, kan bryte ned noen vanlige materialer som brukes i datamaskiner som gummi, polyvinylklorid (PVC) og termisk fett . Derfor er det kritisk å vurdere materialkompatibiliteten til slike væsker før bruk. Spesielt mineralolje har vist seg å ha negative effekter på PVC og gummibasert trådisolasjon. Det er rapportert at termiske pastaer som brukes til å overføre varme til kjøleribber fra prosessorer og grafikkort, oppløses i noen væsker, men med ubetydelig innvirkning på kjøling, med mindre komponentene ble fjernet og operert i luft.

Fordampning, spesielt for 2-fasede kjølevæsker, kan utgjøre et problem, og væsken kan kreve at den fylles på regelmessig eller forsegles inne i datamaskinens kabinett. Nedsenkningskjøling kan tillate ekstremt lave PUE- verdier på 1,05, mot luftkjølingens 1,35, og tillate opptil 100 KW datakraft (varmeavledning, TDP) per 19-tommers rack , i motsetning til luftkjøling, som vanligvis håndterer opptil 23 KW.

Reduksjon av spillvarme

Der kraftige datamaskiner med mange funksjoner ikke kreves, kan mindre kraftige datamaskiner eller datamaskiner med færre funksjoner brukes. Fra 2011 avgir et VIA EPIA hovedkort med CPU vanligvis omtrent 25 watt varme, mens et mer dyktig Pentium 4 hovedkort og CPU vanligvis forsvinner rundt 140 watt. Datamaskiner kan drives med likestrøm fra en ekstern strømforsyningsenhet som ikke genererer varme inne i datamaskinhuset. Erstatningen av katodestrålerør (CRT) skjermer ved mer effektiv tynn-skjerm flytende krystall display (LCD) de i tidlig tjueførste århundre har redusert strømforbruket betydelig.

Varme-synker

Passiv kjøleribbe på et brikkesett

Aktiv kjøleribbe med vifte og varmeledninger

En komponent kan monteres i god termisk kontakt med en kjøleribbe, en passiv enhet med stor termisk kapasitet og med et stort overflateareal i forhold til volumet. Kjøleribber er vanligvis laget av et metall med høy varmeledningsevne som aluminium eller kobber, og inneholder lameller for å øke overflaten. Varme fra en relativt liten komponent overføres til den større kjøleribben; likevektstemperaturen til komponenten pluss kjøleribben er mye lavere enn komponentens alene. Varme føres bort fra kjøleribben ved konvektiv eller viftedrevet luftstrøm. Viftekjøling brukes ofte til å kjøle prosessorer og grafikkort som bruker betydelige mengder elektrisk energi. I en datamaskin kan en typisk varmegenererende komponent være produsert med en flat overflate. En metallblokk med en tilsvarende flat overflate og finnekonstruksjon, noen ganger med en festet vifte, festes til komponenten. For å fylle dårlig ledende luftgap på grunn av ufullstendig flate og glatte overflater, kan et tynt lag med termisk fett , en termisk pute eller termisk lim plasseres mellom komponenten og kjøleribben.

Varme fjernes fra varmeavlederen ved konveksjon , til en viss grad ved stråling , og muligens ved ledning hvis varmeavlederen er i termisk kontakt med, for eksempel, metallhuset. Billig viftekjølt kjøleribber i aluminium brukes ofte på vanlige stasjonære datamaskiner. Kjøleribber med kobberbunnplater , eller laget av kobber, har bedre termiske egenskaper enn de som er laget av aluminium. En kobber kjøleribbe er mer effektiv enn en aluminiumsenhet av samme størrelse, noe som er relevant med hensyn til komponenter med høyt strømforbruk som brukes i datamaskiner med høy ytelse.

Passive kjøleribber finnes ofte på: eldre CPUer, deler som ikke avleder mye strøm, for eksempel brikkesettet, datamaskiner med laveffektprosessorer og utstyr der stille drift er kritisk og viftestøy uakseptabelt.

Vanligvis festes en kjøleribbe til den integrerte varmesprederen (IHS), en flat metallplate på størrelse med CPU -pakken som er en del av CPU -enheten og sprer varmen lokalt. Et tynt lag med termisk forbindelse plasseres mellom dem for å kompensere for feil i overflaten. Sprederens hovedformål er å omfordele varme. Kjøleribberne forbedrer effektiviteten.

Flere merker av DDR2, DDR3, DDR4 og de kommende DDR5 DRAM -minnemodulene er utstyrt med en fliset kjøleribbe festet på modulens overkant. Den samme teknikken brukes for skjermkort som bruker en finnet passiv kjøleribbe på GPU.

Støv har en tendens til å bygge seg opp i sprekkene i finnede kjøleribber, spesielt med den høye luftstrømmen som vifter produserer. Dette holder luften borte fra den varme komponenten, noe som reduserer kjøleeffektiviteten; Imidlertid gjenoppretter fjerning av støv effektiviteten.

Peltier (termoelektrisk) kjøling

Vanlig Peltier -kjøleoppsett for PC -er

Peltier-kryss er vanligvis bare rundt 10-15% så effektive som det ideelle kjøleskapet ( Carnot-syklusen ), sammenlignet med 40–60% oppnådd med konvensjonelle kompresjonssyklussystemer (reverse Rankine- systemer som bruker komprimering/ekspansjon). På grunn av denne lavere effektiviteten brukes termoelektrisk kjøling vanligvis bare i miljøer der solid state -naturen (ingen bevegelige deler , lite vedlikehold, kompakt størrelse og orienteringsfølsomhet) oppveier ren effektivitet.

Moderne TEC bruker flere stablede enheter som hver består av dusinvis eller hundrevis av termoelementer plassert ved siden av hverandre, noe som muliggjør en betydelig mengde varmeoverføring . En kombinasjon av vismut og tellur brukes oftest for termoelementene.

Som aktive varmepumper som forbruker strøm, kan Tecs produsere lave temperaturer, umulig med passive kjøleribber, radiator kjølte væskekjøling , og heatpipe HSFs. Imidlertid, mens pumping av varme, vil en Peltier -modul vanligvis forbruke mer elektrisk kraft enn varmemengden som pumpes.

Det er også mulig å bruke et Peltier -element sammen med et høytrykkskjølemiddel (tofasekjøling) for å kjøle CPU'en.

Flytende kjøling

Deepcool Captain 360, en alt-i-ett-kjøleenhet, installert i et etui

DIY vannkjøling oppsett som viser en 12 V pumpe, CPU vannblokk og den typiske bruken av en T-Line

Skjematisk av et vanlig flytende kjølingoppsett for PCer

Væskekjøling er en svært effektiv metode for å fjerne overflødig varme, med det vanligste varmeoverføringsvæsken på stasjonære PC -er (destillert) vann. Fordelene med vannkjøling fremfor luftkjøling inkluderer vanns høyere spesifikke varmekapasitet og varmeledningsevne .

Prinsippet som brukes i et typisk (aktivt) væskekjølesystem for datamaskiner er identisk med det som brukes i bilens forbrenningsmotor , og vannet sirkuleres av en vannpumpe gjennom en vannblokk montert på CPU (og noen ganger tilleggskomponenter som GPU og northbridge) og ut til en varmeveksler , vanligvis en radiator . Radiatoren kjøles vanligvis i tillegg i tillegg ved hjelp av en vifte . I tillegg til en vifte, kan den muligens også avkjøles på andre måter, for eksempel en Peltier -kjøler (selv om Peltier -elementer oftest plasseres direkte på toppen av maskinvaren som skal kjøles, og kjølevæsken brukes til å lede varmen bort fra det varme side av Peltier -elementet). Et kjølevæsketank er ofte også koblet til systemet.

I tillegg til aktive væskekjølesystemer, brukes også noen ganger passive væskekjølesystemer. Disse systemene kaster ofte en vifte eller en vannpumpe, og øker dermed teoretisk påliteligheten til systemet, og/eller gjør det roligere enn aktive systemer. Ulempene med disse systemene er imidlertid at de er mye mindre effektive i å kaste varmen og dermed også må ha mye mer kjølevæske - og dermed et mye større kjølevæsketank - som gir kjølevæsken mer tid til å kjøle seg ned.

Væsker tillater overføring av mer varme fra delene som avkjøles enn luft, noe som gjør væskekjøling egnet for overklokking og høytytende dataprogrammer. Sammenlignet med luftkjøling påvirkes også væskekjøling mindre av omgivelsestemperaturen. Væskekjøling er relativt lavt støynivå i forhold til luftkjøling, noe som kan bli ganske bråkete.

Ulempene med væskekjøling inkluderer kompleksitet og potensialet for kjølevæskelekkasje. Utet vann (eller enda viktigere eventuelle tilsetningsstoffer i vannet) kan skade alle elektroniske komponenter som det kommer i kontakt med, og behovet for å teste og reparere lekkasjer gir mer komplekse og mindre pålitelige installasjoner. (Spesielt, den første store steg inn i feltet av væskekjølte personlige datamaskiner for generelt bruk, de avanserte versjoner av Apple 's Power Mac G5 , ble slutt dømt av en tilbøyelighet for kjølevæskelekkasje.) En luftkjølt kjøleribbe er generelt mye enklere å bygge, installere og vedlikeholde enn en vannkjølingsløsning, selv om det også finnes CPU-spesifikke vannkjølesett, som kan være like enkle å installere som en luftkjøler. Disse er imidlertid ikke begrenset til CPUer, og flytende kjøling av GPU -kort er også mulig.

Selv om det opprinnelig var begrenset til mainframe- datamaskiner, har flytende kjøling blitt en praksis som i stor grad er forbundet med overklokking i form av enten produserte sett, eller i form av gjør-det-selv-oppsett montert fra individuelt samlede deler. De siste årene har det blitt en økning i populariteten til flytende kjøling i ferdigmonterte, moderate til høy ytelse, stasjonære datamaskiner. Forseglede ("closed loop") systemer som inneholder en liten ferdigfylt radiator, vifte og vannblokk forenkler installasjon og vedlikehold av vannkjøling til en liten kostnad i kjøleeffektivitet i forhold til større og mer komplekse oppsett. Væskekjøling kombineres vanligvis med luftkjøling, ved bruk av væskekjøling for de heteste komponentene, for eksempel CPUer eller GPUer, samtidig som den enklere og billigere luftkjølingen beholdes for mindre krevende komponenter.

IBM Aquasar -systemet bruker kjøling av varmt vann for å oppnå energieffektivitet, og vannet brukes også til å varme bygninger.

Siden 2011 har effektiviteten til vannkjøling ført til en rekke alt-i-ett (AIO) vannkjølingsløsninger. AIO -løsninger resulterer i en mye enklere å installere enhet, og de fleste enhetene har blitt vurdert positivt av anmeldelsessteder.

Varmerør og dampkamre

Et grafikkort med en vifteløs kjølerør med varmepipe

Et varmeledning er et hulrør som inneholder en varmeoverføringsvæske. Væsken absorberer varme og fordamper i den ene enden av røret. Dampen beveger seg til den andre (kjøligere) enden av røret, der den kondenserer og gir opp sin latente varme . Væsken går tilbake til den varme enden av røret ved tyngdekraft eller kapillærvirkning og gjentar syklusen. Varmeledninger har en mye høyere effektiv varmeledningsevne enn faste materialer. For bruk i datamaskiner er kjøleribben på CPU -en festet til en større radiatorkjøler. Begge kjøleribber er hule, i likhet med festet mellom dem, og skaper et stort varmeledning som overfører varme fra CPU -en til radiatoren, som deretter avkjøles ved hjelp av en konvensjonell metode. Denne metoden er dyr og brukes vanligvis når plassen er trang, som i små formfaktor-PCer og bærbare datamaskiner, eller hvor ingen viftestøy kan tolereres, som i lydproduksjon. På grunn av effektiviteten til denne metoden for kjøling, bruker mange stasjonære CPUer og GPUer, så vel som high-end brikkesett, varme rør og dampkamre i tillegg til aktiv viftebasert kjøling og passive kjøleribber for å holde seg innenfor sikre driftstemperaturer. Et dampkammer opererer etter de samme prinsippene som et varmeledning, men tar form av en plate eller et ark i stedet for et rør. Varmeledninger kan plasseres vertikalt på toppen og danne en del av dampkamre. Dampkamre kan også brukes på avanserte smarttelefoner .

Elektrostatisk luftbevegelse og koronautladningseffektkjøling

Kjøleteknologien under utvikling av Kronos og Thorn Micro Technologies bruker en enhet som kalles en ionisk vindpumpe (også kjent som en elektrostatisk væskeakselerator). Det grunnleggende driftsprinsippet for en ionisk vindpumpe er koronautladning , en elektrisk utladning nær en ladet leder forårsaket av ionisering av den omkringliggende luften.

Koronautladningskjøler utviklet av Kronos fungerer på følgende måte: Et høyt elektrisk felt opprettes på spissen av katoden, som er plassert på den ene siden av CPUen. Det høye energipotensialet fører til at oksygen- og nitrogenmolekylene i luften blir ioniserte (positivt ladet) og danner en korona (en glorie av ladede partikler). Ved å plassere en jordet anode i motsatt ende av CPU får de ladede ionene i koronaen til å akselerere mot anoden og kolliderer med nøytrale luftmolekyler underveis. Under disse kollisjonene overføres momentum fra den ioniserte gassen til de nøytrale luftmolekylene, noe som resulterer i bevegelse av gass mot anoden.

Fordelene med den koronabaserte kjøleren er mangelen på bevegelige deler, og eliminerer dermed visse pålitelighetsproblemer og fungerer med et støynivå på nesten null og moderat energiforbruk.

Myk kjøling

Myk avkjøling er praksisen med å bruke programvare for å dra nytte av CPU -strømsparende teknologier for å minimere energibruken. Dette gjøres ved å bruke stanseinstruksjoner for å slå av eller sette i standby -tilstand CPU -underdeler som ikke brukes eller ved å underklokke CPU'en. Selv om det resulterer i lavere totalhastigheter, kan dette være veldig nyttig hvis du overklokker en CPU for å forbedre brukeropplevelsen i stedet for å øke rå prosessorkraft, siden det kan forhindre behovet for mer støyende kjøling. I motsetning til hva begrepet antyder, er det ikke en form for kjøling, men for å redusere varmeskapelse.

Underspenning

Underspenning er en praksis med å kjøre CPU eller annen komponent med spenninger under enhetsspesifikasjonene. En undervolt komponent trekker mindre strøm og produserer dermed mindre varme. Evnen til å gjøre dette varierer fra produsent, produktlinje og til og med forskjellige produksjonsserier av det samme produktet (så vel som for andre komponenter i systemet), men prosessorer er ofte spesifisert for å bruke høyere spenninger enn strengt nødvendig. Denne toleransen sikrer at prosessoren vil ha en større sjanse for å utføre riktig under suboptimale forhold, for eksempel et hovedkort av lavere kvalitet eller lav spenning. Under en viss grense vil ikke prosessoren fungere som den skal, selv om undervolting for langt vanligvis ikke fører til permanent maskinvareskade (i motsetning til overspenning).

Underspenning brukes for stille systemer , da mindre kjøling er nødvendig på grunn av redusert varmeproduksjon, slik at støyende vifter kan utelates. Den brukes også når batteriets levetid må maksimeres.

Chip-integrert

Konvensjonelle kjøleteknikker fester alle sin "kjøling" -komponent til utsiden av datamaskinbrikkepakken. Denne "feste" teknikken vil alltid ha en viss termisk motstand, noe som reduserer effektiviteten. Varmen kan fjernes mer effektivt og raskt ved å direkte avkjøle de lokale hotspotene i brikken i pakken. På disse steder, effektforbruk på mer enn 300 W / cm ² (er typisk CPU mindre enn 100 W / cm ² ) forekomme, selv om fremtidige systemer forventes å overskride 1,000 W / cm ² . Denne formen for lokal kjøling er avgjørende for å utvikle chips med høy effekttetthet. Denne ideologien har ført til undersøkelsen av integrering av kjøleelementer i datamaskinbrikken. For øyeblikket er det to teknikker: mikrokanalens kjøleribber og nedkjøling av jetstråler.

I mikrokanalens kjøleribber produseres kanaler i silisiumbrikken (CPU), og kjølevæske pumpes gjennom dem. Kanalene er designet med et veldig stort overflateareal som resulterer i store varmeoverføringer. Varmeavledning på 3000 W/cm ² er rapportert med denne teknikken. Varmeavgivelsen kan økes ytterligere hvis tofasestrømningskjøling påføres. Dessverre krever systemet store trykkfall på grunn av de små kanalene, og varmestrømmen er lavere med dielektriske kjølevæsker som brukes i elektronisk kjøling.

En annen lokal chip -kjøleteknikk er kjøling av jetimpingement. I denne teknikken strømmer et kjølevæske gjennom en liten åpning for å danne en stråle. Strålen er rettet mot overflaten av CPU -brikken, og kan effektivt fjerne store varmeflukser. Varmespredning på over 1000 W / cm ² er blitt rapportert. Systemet kan drives ved lavere trykk sammenlignet med mikrokanalmetoden. Varmeoverføringen kan økes ytterligere ved bruk av tofasestrømningskjøling og ved å integrere returstrømningskanaler (hybrid mellom mikrokanalens kjøleribber og avkjøling av jetstråler).

Faseendringskjøling

Faseendringskjøling er en ekstremt effektiv måte å kjøle prosessoren på. En fase-endringskjøler for dampkomprimering er en enhet som vanligvis sitter under PC-en, med et rør som leder til prosessoren. Inne i enheten er det en kompressor av samme type som i et klimaanlegg . Kompressoren komprimerer en gass (eller blanding av gasser) som kommer fra fordamperen (CPU -kjøler diskutert nedenfor). Deretter skyves den meget varme høytrykksdampen inn i kondensatoren (varmeavledningsenhet) der den kondenserer fra en varm gass til en væske, vanligvis underkjølt ved utgangen av kondensatoren, deretter føres væsken til en ekspansjonsanordning (begrensning i systemet) for å forårsake et trykkfall a fordampe væsken (få den til å nå et trykk der den kan koke ved ønsket temperatur); ekspansjonsenheten som brukes kan være et enkelt kapillarrør til en mer forseggjort termisk ekspansjonsventil. Væsken fordamper (endrer fase) og absorberer varmen fra prosessoren når den henter ekstra energi fra omgivelsene for å imøtekomme denne endringen (se latent varme ). Fordampningen kan produsere temperaturer som når rundt −15 til −150 ° C (5 til −238 ° F). Væsken strømmer inn i fordamperen og kjøler CPU -en, og blir til en damp ved lavt trykk. På slutten av fordamperen strømmer denne gassen ned til kompressoren og syklusen begynner på nytt. På denne måten kan prosessoren avkjøles til temperaturer fra −15 til −150 ° C (5 til −238 ° F), avhengig av belastning, prosessorens effekt, kjølesystem (se kjøling ) og gassblandingen som brukes . Denne typen systemer lider av en rekke problemer (kostnad, vekt, størrelse, vibrasjon, vedlikehold, strømkostnader, støy, behov for et spesialisert datatårn), men hovedsakelig må man være bekymret for duggpunkt og riktig isolasjon av alle underflater som må gjøres (rørene svetter, drypper vann på sensitiv elektronikk).

Alternativt utvikles en ny type kjølesystem som setter en pumpe inn i termosifonsløyfen . Dette gir en annen grad av fleksibilitet for designingeniøren, ettersom varmen nå effektivt kan transporteres bort fra varmekilden og enten gjenvinnes eller spres til omgivelsene. Koblingstemperatur kan justeres ved å justere systemtrykket; høyere trykk tilsvarer høyere væskemetningstemperaturer. Dette gir mulighet for mindre kondensatorer, mindre vifter og/eller effektiv spredning av varme i et miljø med høy omgivelsestemperatur. Disse systemene er i hovedsak neste generasjons fluidkjølingsparadigme, ettersom de er omtrent 10 ganger mer effektive enn enfaset vann. Siden systemet bruker et dielektrikum som varmetransportmedium, forårsaker lekkasjer ikke en katastrofal svikt i det elektriske systemet.

Denne typen kjøling blir sett på som en mer ekstrem måte å avkjøle komponenter på siden enhetene er relativt dyre sammenlignet med gjennomsnittlig skrivebord. De genererer også en betydelig mengde støy, siden de i hovedsak er kjøleskap; Imidlertid er kompressorvalget og luftkjølingssystemet den viktigste determinanten for dette, noe som gir fleksibilitet for støyreduksjon basert på de valgte delene.

En "termosifon" refererer tradisjonelt til et lukket system som består av flere rør og/eller kamre, med et større kammer som inneholder et lite reservoar med væske (ofte med et kokepunkt like over omgivelsestemperaturen, men ikke nødvendigvis). Det større kammeret er så nær varmekilden og designet for å lede så mye varme fra det inn i væsken som mulig, for eksempel en CPU -kaldplate med kammeret inne i den fylt med væsken. Ett eller flere rør strekker seg oppover i en slags radiator eller lignende varmeavledningsområde, og alt er satt opp slik at CPU -en varmer opp reservoaret og væsken den inneholder, som begynner å koke, og dampen beveger seg opp gjennom røret (e) til radiatoren/varmeavledningsområdet, og deretter etter kondensering, drypper det tilbake ned i reservoaret eller renner ned langs sidene av røret. Dette krever ingen bevegelige deler, og ligner litt på en varmepumpe, bortsett fra at kapillærvirkning ikke brukes, noe som gjør den potensielt bedre på en eller annen måte (kanskje viktigst, bedre ved at den er mye lettere å bygge og mye mer tilpassbar for spesifikke brukstilfeller og strømmen av kjølevæske/damp kan arrangeres i et mye større utvalg av posisjoner og avstander, og har langt større termisk masse og maksimal kapasitet sammenlignet med varmeledninger som er begrenset av mengden kjølevæske som er tilstede og hastigheten og strømmen mengde kjølevæske som kapillærvirkningen kan oppnå med den transporterte, ofte sintrede kobberpulveret på rørets vegger, som har en begrenset strømningshastighet og kapasitet.)

Flytende nitrogen

Flytende nitrogen kan brukes til å avkjøle overklokkete komponenter

Ettersom flytende nitrogen koker ved -196 ° C (-320,8 ° F), langt under vannets frysepunkt, er det verdifullt som ekstremt kjølevæske for korte overklokkingstimer.

I en typisk installasjon av kjøling med flytende nitrogen er et kobber- eller aluminiumsrør montert på toppen av prosessoren eller grafikkortet. Etter at systemet har blitt sterkt isolert mot kondens, helles flytende nitrogen i røret, noe som resulterer i temperaturer godt under −100 ° C (−148 ° F).

Fordampningsinnretninger som spenner fra kutte kjøleribber med rør festet til tilpassede fresede kobberbeholdere brukes til å holde nitrogenet og for å forhindre store temperaturendringer. Etter at nitrogenet har fordampet, må det imidlertid fylles på nytt. I riket av personlige datamaskiner, er denne metoden for kjøling sjelden brukt i andre enn sammenhenger overklokking prøve-løper og rekordsettende forsøk, da CPU vil vanligvis utløper i løpet av relativt kort tid på grunn av temperatur stresset forårsaket av endringer i interne temperatur.

Selv om flytende nitrogen ikke er brannfarlig, kan det kondensere oksygen direkte fra luften. Blandinger av flytende oksygen og brannfarlige materialer kan være farlig eksplosive .

Kjøling med flytende nitrogen brukes vanligvis bare for prosessor benchmarking, på grunn av at kontinuerlig bruk kan forårsake permanent skade på en eller flere deler av datamaskinen, og hvis den håndteres på en uforsiktig måte, kan den til og med skade brukeren og forårsake forfrysninger .

Flytende helium

Flytende helium , kaldere enn flytende nitrogen, har også blitt brukt til kjøling. Flytende helium koker ved −269 ° C (−452,20 ° F), og temperaturer fra −230 til −240 ° C (−382,0 til −400,0 ° F) er målt fra kjøleribben. Flytende helium er imidlertid dyrere og vanskeligere å lagre og bruke enn flytende nitrogen. Ekstremt lave temperaturer kan også føre til at integrerte kretser slutter å fungere. Silisiumbaserte halvledere vil for eksempel fryse ut ved rundt -233 ° C (-387,4 ° F).

Optimalisering

Kjøling kan forbedres med flere teknikker som kan innebære ekstra kostnader eller innsats. Disse teknikkene brukes ofte, spesielt av de som kjører deler av datamaskinen (for eksempel CPU og GPU) ved høyere spenninger og frekvenser enn spesifisert av produsenten ( overklokking ), noe som øker varmegenerering.

Installasjon av høyere ytelse, kjøling uten lager kan også betraktes som modding . Mange overklokkere kjøper ganske enkelt mer effektive og ofte dyrere kombinasjoner av vifte og kjøleribbe, mens andre benytter seg av mer eksotiske måter å avkjøle datamaskinen på, for eksempel væskekjøling, varmepumper med Peltier -effekt, varmeledning eller fasekjøling.

Det er også noen relatert praksis som har en positiv innvirkning på å redusere systemtemperaturer:

Termisk ledende forbindelser

Ofte kalt Thermal Interface Material (TIM) (f.eks. Intel).

Termisk forbindelse brukes vanligvis for å forbedre varmeledningsevnen fra CPU, GPU eller andre varmeproduserende komponenter til kjøleribben. (Mot klokken fra øverst til venstre: Arctic MX-2, Arctic MX-4, Tuniq TX-4, Antec Formula 7, Noctua NT-H1)

Perfekt flate overflater i kontakt gir optimal kjøling, men perfekt flathet og fravær av mikroskopiske luftgap er ikke praktisk mulig, spesielt i masseprodusert utstyr. En veldig tynn skum av termisk forbindelse , som er mye mer varmeledende enn luft, men mye mindre enn metall, kan forbedre termisk kontakt og kjøling ved å fylle ut luftgapene. Hvis bare en liten mengde av forbindelsen bare er tilstrekkelig til å fylle hullene, vil den beste temperaturreduksjonen oppnås.

Det er mye debatt om fordelene med forbindelser, og overklokkere anser ofte at noen forbindelser er bedre enn andre. Hovedhensynet er å bruke den minimale mengden termisk forbindelse som kreves for å jevne ut overflater, ettersom varmeledningsevnen til forbindelsen vanligvis er 1/3 til 1/400 av metall, men mye bedre enn luft. Konduktiviteten til varmeavlederforbindelsen varierer fra ca. 0,5 til 80W/mK (se artikler); det for aluminium er omtrent 200, det for luft ca 0,02. Varmeledende pads brukes også, ofte montert av produsenter på kjøleribber. De er mindre effektive enn riktig påført termisk forbindelse, men enklere å påføre og kan, hvis de er festet til kjøleribben, ikke utelates av brukere som ikke er klar over viktigheten av god termisk kontakt, eller erstattes av et tykt og ineffektivt lag av forbindelse.

I motsetning til noen teknikker som er omtalt her, er bruk av termisk forbindelse eller polstring nesten universell når man avleder betydelige mengder varme.

Kjøleribbe

Masseproduserte CPU-varmespredere og kjøleribber er aldri helt flate eller glatte; Hvis disse overflatene plasseres i best mulig kontakt, vil det være luftgap som reduserer varmeledning. Dette kan lett dempes ved bruk av termisk forbindelse, men for best mulig resultat må overflater være så flate som mulig. Dette kan oppnås ved en møysommelig prosess som kalles lapping , som kan redusere CPU -temperaturen med typisk 2 ° C (4 ° F).

Avrundede kabler

De fleste eldre PC -er bruker flate båndkabler for å koble til lagringsstasjoner ( IDE eller SCSI ). Disse store flate kablene hindrer luftstrømmen sterkt ved å forårsake motstand og turbulens. Overklokkere og moddere erstatter ofte disse med avrundede kabler, med de ledende ledningene samlet tett for å redusere overflatearealet. Teoretisk sett tjener de parallelle trådene av ledere i en båndkabel til å redusere krysstale (signalbærende ledere som induserer signaler i nærliggende ledere), men det er ingen empiriske tegn på at avrunding av kabler reduserer ytelsen. Dette kan skyldes at kabellengden er kort nok til at effekten av krysstale er ubetydelig. Problemer oppstår vanligvis når kabelen ikke er elektromagnetisk beskyttet og lengden er betydelig, en hyppigere forekomst med eldre nettverkskabler.

Disse datakablene kan deretter bindes til kabinettet eller andre kabler for å øke luftstrømmen ytterligere.

Dette er mindre et problem med nye datamaskiner som bruker seriell ATA som har en mye smalere kabel.

Luftstrøm

Jo kaldere kjølemediet (luften), desto mer effektiv blir kjøling . Kjølelufttemperaturen kan forbedres med disse retningslinjene:

• Tilfør kald luft til de varme komponentene så direkte som mulig. Eksempler er luftsnorkler og tunneler som mater uteluften direkte og utelukkende til CPU- eller GPU -kjøleren. For eksempel foreskriver BTX -kassedesignet en CPU -lufttunnel.
• Tøm varm luft så direkte som mulig. Eksempler er: Konvensjonelle PC ( ATX ) strømforsyninger blåser den varme luften ut på baksiden av saken. Mange grafikkortdesign med to spor blåser den varme luften gjennom dekselet på det tilstøtende sporet. Det er også noen ettermarkedskjøler som gjør dette. Noen design for CPU -kjøling blåser den varme luften direkte mot baksiden av saken, hvor den kan kastes ut av en vifte.
• Luft som allerede har blitt brukt til å avkjøle en komponent, bør ikke brukes på nytt for å avkjøle en annen komponent (dette følger av de tidligere elementene). BTX -saken design bryter denne regelen, siden den bruker CPU -kjølerens eksos for å kjøle brikkesettet og ofte grafikkortet. Man kan støte på gamle eller svært lavtbudsjett ATX-tilfeller som har et PSU-feste i toppen. De fleste moderne ATX -tilfeller har imidlertid en PSU -feste i bunnen av saken med en filtrert luftventil rett under PSU.
• Foretrekker kjølig inntaksluft, unngå å inhalere avtrekksluft (uteluft over eller i nærheten av avtrekk). For eksempel vil en CPU -kjøleluftkanal på baksiden av et tårnhus inhalere varm luft fra et grafikkortavtrekk. Å flytte alle eksosene til den ene siden av saken, vanligvis baksiden/toppen, bidrar til å holde inntaksluften kjølig.
• Skjul kabler bak hovedkortbrettet, eller bare bruk glidelås og kabler for å hindre luftstrøm.

Færre vifter, men strategisk plassert, vil forbedre luftstrømmen internt i PC -en og dermed senke den totale interne temperaturen i forhold til omgivelsesforholdene. Bruken av større vifter forbedrer også effektiviteten og reduserer mengden spillvarme sammen med mengden støy som viftene genererer under drift.

Det er liten enighet om effektiviteten til forskjellige vifteplasseringskonfigurasjoner, og det er lite gjort for systematisk testing. For en rektangulær PC (ATX) -kasse har en vifte foran med en vifte bak og en i toppen vist seg å være en passende konfigurasjon. Imidlertid bemerker AMDs (noe utdaterte) retningslinjer for systemkjøling at "En kjølevifte foran ser ikke ut til å være avgjørende. Faktisk viste testingen i noen ekstreme situasjoner at disse viftene resirkulerer varm luft i stedet for å innføre kjølig luft." Det kan være at vifter i sidepanelene kan ha en lignende skadelig effekt - muligens ved å forstyrre den normale luftstrømmen gjennom saken. Dette er imidlertid ubekreftet og varierer sannsynligvis med konfigurasjonen.

Lufttrykk

1) Negativt trykk 2) Positivt trykk

Løst sagt betyr positivt trykk inntak i saken er sterkere enn eksos fra saken. Denne konfigurasjonen resulterer i at trykket inne i saken er høyere enn i omgivelsene. Negativt trykk betyr at eksosen er sterkere enn inntaket. Dette resulterer i at det interne lufttrykket er lavere enn i miljøet. Begge konfigurasjonene har fordeler og ulemper, med positivt trykk som den mest populære av de to konfigurasjonene. Negativt trykk resulterer i at saken trekker luft gjennom hull og ventiler atskilt fra viftene, ettersom de interne gassene vil prøve å nå et likevektstrykk med omgivelsene. Følgelig resulterer dette i at det kommer støv inn i datamaskinen alle steder. Positivt trykk i kombinasjon med filtrert inntak løser dette problemet, ettersom luft bare vil helles ut gjennom disse hullene og ventilene for å nå en likevekt med omgivelsene. Støv kan da ikke komme inn i saken, bortsett fra inntaksviftene, som må ha støvfiltre.

Datamaskiner

Skrivebord

Illustrasjon av luftstrømmen til kjøleluften i et datamaskinveske under datakjøling

Stasjonære datamaskiner bruker vanligvis en eller flere vifter for kjøling. Selv om nesten alle stasjonære strømforsyninger har minst en innebygd vifte, bør strømforsyninger aldri trekke oppvarmet luft fra esken, da dette resulterer i høyere PSU-driftstemperaturer som reduserer strømforsyningens energieffektivitet, pålitelighet og generelle evne til å gi en jevn strømforsyning til datamaskinens interne komponenter. Av denne grunn har alle moderne ATX-etuier (med noen unntak i tilfeller med lavt budsjett) en strømforsyningsfeste i bunnen, med et dedikert PSU-luftinntak (ofte med eget filter) under monteringsstedet, slik at PSU for å trekke kjølig luft fra saken.

De fleste produsenter anbefaler å bringe kjølig, frisk luft inn nederst foran på saken og utmattende varm luft fra toppen bak. Hvis vifter er montert for å tvinge luft inn i huset mer effektivt enn det fjernes, blir trykket inne høyere enn utsiden, referert til som en "positiv" luftstrøm (det motsatte tilfellet kalles "negativ" luftstrøm). Verdt å merke seg er at positivt indre trykk bare forhindrer støv i å samle seg hvis luftinntakene er utstyrt med støvfiltre. Et etui med negativt indre trykk vil få en høyere støvakkumuleringshastighet, selv om inntakene filtreres, da det negative trykket vil trekke støv inn gjennom en tilgjengelig åpning i saken

Luftstrømmen inne i det typiske skrivebordet er vanligvis ikke sterk nok til en passiv CPU -kjøleribbe. De fleste stasjonære kjøleribber er aktive, inkludert en eller til og med flere direkte tilkoblede vifter eller blåsere.

Servere

En server med syv vifter i midten av chassiset, mellom stasjoner til høyre og hovedkort til venstre

Lukk visning av serverkjølere

Serverkjølere

Hver server kan ha et uavhengig internt kjøligere system; Server kjølevifter i (1 U ) kabinetter er vanligvis plassert i midten av kabinettet, mellom harddiskene foran og passive CPU kjøleribber på baksiden. Større (høyere) skap har også eksosvifter, og fra omtrent 4U kan de ha aktive kjøleribber. Strømforsyninger har generelt sine egne bakovervendte eksosvifter.

Rackmonterte kjølere

Rack -skap er et typisk kabinett for horisontalt monterte servere. Luft vanligvis trukket inn foran på stativet og utslitt på baksiden. Hvert skap kan ha flere kjøle alternativer; for eksempel kan de ha en stiv kobling Kjøling kan festes modul eller integrert med kabinettet elementer (som kjøle dører i iDataPlex server rack).

En annen måte å få plass til et stort antall systemer på en liten plass er å bruke bladchassis , orientert vertikalt snarere enn horisontalt, for å lette konveksjon . Luft som varmes opp av de varme komponentene har en tendens til å stige, noe som skaper en naturlig luftstrøm langs brettene ( stabeleffekt ), og avkjøler dem. Noen produsenter utnytter denne effekten.

Datasenter kjøling

Fordi datasentre vanligvis inneholder et stort antall datamaskiner og andre strømavledende enheter, risikerer de overoppheting av utstyr; omfattende HVAC -systemer brukes for å forhindre dette. Ofte brukes et hevet gulv, slik at området under gulvet kan brukes som en stor plenum for avkjølt luft og strømkabler.

Direktekontakt væskekjøling har vist seg å være mer effektiv enn luftkjøling, noe som resulterer i mindre fotavtrykk, lavere kapitalkrav og lavere driftskostnader enn luftkjøling. Den bruker varm væske i stedet for luft for å flytte varme bort fra de heteste komponentene. Energieffektivitet fra væskekjøling driver også adopsjonen.

Bærbare datamaskiner

En bærbar datamaskin CPU og GPU kjøleribber, og kobbervarmerør som overfører varme til en eksosvifte som driver ut varm luft

Varmen fjernes fra en bærbar datamaskin av en eksos -sentrifugalvifte.

Bærbare datamaskiner har en vanskelig mekanisk luftstrømdesign, strømspredning og kjøleutfordring. Begrensninger som er spesifikke for bærbare datamaskiner inkluderer: enheten som helhet må være så lett som mulig; formfaktoren må bygges rundt standard tastaturoppsett; brukerne er veldig nære, så støy må holdes på et minimum, og utetemperaturen i kabinettet må holdes lav nok til å brukes på en runde. Kjøling bruker vanligvis tvungen luftkjøling, men varmeledninger og bruk av metallchassiset eller kabinettet som en passiv kjøleribbe er også vanlig. Løsninger for å redusere varme inkluderer bruk av lavere strømforbruk ARM- eller Intel Atom- prosessorer.

Mobilenheter

Mobilenheter har vanligvis ingen diskrete kjølesystemer, ettersom mobile CPU- og GPU -brikker er designet for maksimal energieffektivitet på grunn av begrensningene i enhetens batteri. Noen enheter med høyere ytelse kan inkludere en varmespreder som hjelper til med å overføre varme til det eksterne etui til en telefon eller et nettbrett.

Se også

• CPU -effekttap
• Termisk designkraft
• Termisk styring av elektroniske enheter og systemer

Referanser

Eksterne linker

• Tommelfingerregler for CPU -kjøligere
• Nedsenkningskjøling Patent søknad
• DIY Submersion Cooling (Fish Tank + Mineral Oil) Gametrailers.com Forum - Videoer [1] . [2] , [3] .
• "Microsofts nye måte å kjøle datasentrene sine: Kast dem i sjøen" .