|
Главная - Процессоры - Системы охлаждения: процессорные кулеры
Системы охлаждения: процессорные кулеры
Со
времени появления первых
микропроцессоров прошло уже
более 30 лет. Микроэлектронная
технология успела далеко
шагнуть за этот период, и если
раньше компьютер был уделом
только избранных, то теперь он
стал неотъемлемой частью жизни
каждого из нас. Но вместе с
переходом компьютеров из
категории роскоши в разряд, так
сказать, средств передвижения,
неминуемо образовалась масса
серьезных проблем.
Ни
для кого не секрет, что
высокопроизводительные
процессоры сильно нагреваются
при работе, иными словами —
рассеивают большую тепловую
мощность. И без дополнительных
средств охлаждения
быстродействующее «кремниевое
сердце» современного компьютера
обойтись уже не может. Проблема
обеспечения оптимальной
рабочей температуры
процессора в последние годы
начинает проявлять себя в
полный рост, становясь самым
настоящим краеугольным камнем
на пути к созданию надежной,
эргономичной и
высокопроизводительной
компьютерной системы.
Общепризнанным и наиболее
распространенным средством
охлаждения процессора
являются на сегодня так
называемые кулеры (или, говоря
по научному — теплообменные
аппараты принудительного
воздушного охлаждения). В общем
случае они являются сочетанием
металлической оребренной
пластины (радиатора) и
воздушного насоса (вентилятора),
и служат для поддержания
рабочей температуры
процессора в пределах
допустимых нормативов,
обеспечивая его правильное и
надежн! ое функционирование.
Что ж, давайте рассмотрим эти
устройства поподробнее.
РадиаторыПо
своей сути радиатор является
устройством, существенно
облегчающим теплообмен
процессора с окружающей средой.
Площадь поверхности
процессорного кристалла
чрезвычайно мала (на сегодня не
превышает нескольких
квадратных сантиметров) и
недостаточна для сколько-нибудь
эффективного отвода тепловой
мощности, измеряемой десятками
ватт. Благодаря своей
оребренной поверхности,
радиатор, будучи установленным
на процессоре, в сотни и даже
тысячи раз увеличивает площадь
его теплового контакта с
окружающей средой, способствуя
тем самым усилению
интенсивности теплообмена и
кардинальному снижению
рабочей температуры.
Фундаментальной
технической характеристикой
радиатора является
термическое сопротивление
относительно поверхности
процессорного кристалла —
величина, позволяющая оценить
его эффективность в качестве
охлаждающего устройства.
Термическое
сопротивление выражается
простым соотношением:
Rt
= (Tc — Ta)/Ph, где
Rt
— термическое сопротивление
радиатора,
Tc — температура
поверхности процессорного
кристалла,
Ta — температура
окружающей среды,
Ph — тепловая мощность,
рассеиваемая процессором.
Измеряется
термическое сопротивление
соответственно в °С/Вт. Оно
показывает, насколько
увеличится температура
процессорного кристалла
относительно температуры в
компьютерном корпусе при
отводе определенной тепловой
мощности через данный конкретный
радиатор, установленный на
процессоре.
Для
примера возьмем платформу VIA Eden.
Типичное термическое
сопротивление процессорного
радиатора составляет здесь 6°С/Вт,
типичная тепловая мощность
процессора равняется 3 Вт, а
типичная температура внутри
системного блока лежит в
пределах 50°C. Перемножив
значения термического
сопротивления радиатора и
тепловой мощности процессора,
мы получим 18°C. Теперь мы знаем,
что температура поверхности
процессорного кристалла будет
превышать температуру в
системном блоке на 18°C и будет
держаться соответственно на
уровне 68°C. В принципе, такая
температура вполне
соответствует «медицинским»
нормативам на процессоры VIA Eden
ESP, и поводов для беспокойства
за его здоровье у нас нет.
Теперь
давайте посмотрим другой
пример. Если нам вдруг
вздумается использовать
радиатор от VIA Eden ESP, но уже с
процессором AMD Athlon XP, тепловая
мощность которого составляет
порядка 40-60 Вт, то результат
будет плачевным: температура
процессора достигнет 300°C и
более, что привет к его
скоропостижной кончине от
«теплового удара». Совершенно
очевидно, что при такой тепловой
мощности нужен радиатор (или
предпочтительно — уже
полноценный кулер) с гораздо
меньшим термическим
сопротивлением, чтобы он смог
удержать температуру
процессора в пределах
безопасных 75-90°C.
Таким
образом, для термического
сопротивления действует
четкий принцип «чем меньше, тем
намного лучше». Зная его
величину, мы сможем легко
оценить целесообразность
применения того или иного
радиатора (или процессорного
кулера в целом, но об этом чуть
позднее) в наших конкретных
эксплуатационных условиях. И
также легко сможем избежать
ошибок, которые нередко
приводят к катастрофическим
последствиям для компьютерной
системы и кошелька
пользователя.
На
практике термическое
сопротивление (суть тепловая
эффективность) радиатора во
многом зависит не только от
площади оребренной
поверхности, но и от его
конструктивных особенностей и
технологии изготовления. В
настоящее время на рынке
представлены пять «архетипов»
радиаторов, задействованных в
массовом производстве.
Позвольте уделить им немного
вашего драгоценного внимания.
«Экструзионные»
(прессованные) радиаторы.
Наиболее дешевые,
общепризнанные и самые
распространенные на рынке, основной
материал, используемый в их
производстве — алюминий. Такие
радиаторы изготавливаются
методом экструзии (прессования),
который позволяет получить
достаточно сложный профиль
оребренной поверхности и
достичь хороших
теплоотводящих свойств.
«Складчатые»
радиаторы. Отличаются
довольно интересным
технологическим исполнением:
на базовой пластине радиатора
пайкой (или с помощью
адгезионных теплопроводящих
паст) закрепляется тонкая
металлическая лента, свернутая
в гармошку, складки которой
играют роль своеобразной
оребренной поверхности.
Основные материалы — алюминий
и медь. По сравнению с
экструзионными радиаторами,
данная технология позволяет
получать изделия более
компактных размеров, но с такой
же тепловой эффективностью (или
даже лучшей).
«Кованые»
(холоднодеформированные)
радиаторы. Для их
изготовления используется
технология холодного
прессования, которая позволяет
«ваять» поверхность радиатора
не только в форме стандартных
прямоугольных ребер, но и в
виде стрежней произвольного
сечения. Основной материал —
алюминий, но зачастую в
основание (подошву) радиатора
дополнительно интегрируют медные
пластины (для улучшения его
теплоотводящих свойств).
Технология холодного
прессования характеризуется
относительно малой
производительностью, поэтому
«кованые» радиаторы, как
правило, дороже
«экструзионных» и
«складчатых», но далеко не
всегда лучше в плане тепловой
эффективности.
«Составные»
радиаторы. Во многом
повторяют методику
«складчатых» радиаторов, но
обладают вместе с тем весьма
существенным отличием: здесь
оребренная поверхность
формируется уже не лентой-гармошкой,
а раздельными тонкими
пластинами, закрепленными на
подошве радиатора пайкой или
стыковой сваркой. Основной
используемый материал — медь.
Как правило, «составные»
радиаторы характеризуются
более высокой тепловой
эффективностью, чем
«экструзионные» и
«складчатые», но это наблюдается
только при условии жесткого
контроля качества
производственных процессов.
«Точеные»
радиаторы. На сегодня это
самые продвинутые и наиболее
дорогие изделия. Они
производятся прецизионной
механической обработкой
монолитных заготовок (обрабатываются
на специализированных
высокоточных станках с ЧПУ) и
отличаются наилучшей тепловой
эффективностью. Основные
материалы — алюминий и медь.
«Точеным» радиаторам вполне по
силам вытеснить с рынка все
остальные «архетипы», если
себестоимость такой
технологии будет снижена до
приемлемых значений.
Итак,
радиаторы мы рассмотрели,
обратимся теперь к
вентиляторам.
Вентиляторы
Как
уже было отмечено, современные
процессоры испытывают нужду в
охлаждающих устройствах с как
можно более низким термическим
сопротивлением. На сегодня
даже самые продвинутые
радиаторы не справляются с
этой задачей: в условиях
естественной конвекции
воздуха, т.е. когда скорость
движения воздушных масс мала (типичный
пример — марево над асфальтом
дорожного полотна в жаркий
летний день), «штатной»
тепловой эффективности
радиаторов оказывается
недостаточно для поддержания
приемлемой рабочей
температуры процессора.
Кардинально уменьшить
термическое сопротивление
радиатора можно только одним
способом — хорошенько его
вентилировать (говоря по-научному,
создать условия вынужденной
конвекции теплоносителя, то
бишь воздуха). Как раз для этих
целей практически каждый
процессорный радиатор и
оборудуется вентилятором,
который добросовестно
продувает его внутреннее
межреберное пространство.
На
сегодня в процессорных кулерах
находят применение в основном
осевые (аксиальные)
вентиляторы, формирующие
воздушный поток в направлении,
параллельном оси вращения
пропеллера (крыльчатки).
«Ходовая»
часть вентилятора может быть
построена на подшипнике
скольжения (sleeve bearing, наиболее
дешевая и недолговечная
конструкция), на
комбинированном подшипнике —
один подшипник скольжения плюс
один подшипник качения (one sleeve -one
ball bearing, наиболее
распространенная конструкция),
и на двух подшипниках качения (two
ball bearings, самая дорогая, но в то
же время очень надежная и
долговечная конструкция). Ну, а
электрическая часть
вентилятора повсеместно
представляет собой миниатюрный
электродвигатель постоянного
тока.
Как
же оценить, насколько хорош (или
плох) тот или иной вентилятор?
Каковы его технические
характеристики и
эксплуатационные параметры?
Давайте посмотрим!
Во-первых,
фундаментальной
характеристикой любого
вентилятора является его
производительность (технический
термин — «расход») — величина,
показывающая объемную
скорость воздушного потока.
Выражается она в кубических
футах в минуту (cubic feet per minute, CFM).
Чем больше производительность
вентилятора, тем он более
эффективно продувает радиатор,
уменьшая термическое
сопротивление последнего.
Типичные значения расхода — от
10 до 80 CFM.
Во-вторых,
очень важной характеристикой
вентилятора является скорость
вращения крыльчатки (в
отечественной практике выражается
в об/мин, американская единица
измерения — rotations per minute, RPM). Чем
быстрее вращается крыльчатка,
тем выше становится
производительность
вентилятора. Типичные значения
скорости — от 1500 до 7000 об/мин.
Ну
и, в-третьих, еще одна важная
характеристика вентилятора —
это его типоразмер. Как правило,
чем больше габариты вентилятора,
тем выше его
производительность. Наиболее
распространенные типоразмеры
— 60х60х15 мм, 60х60х20 мм, 60х60х25 мм, 70х70х15
мм, 80х80х25 мм.
Что
же касается эксплуатационных
параметров, то наиболее
существенными из них являются
уровень шума и срок службы
вентилятора.
Уровень
шума вентилятора выражается в
децибелах и показывает,
насколько громким он будет в
субъективном восприятии.
Значения уровня шума
вентиляторов лежат в диапазоне
от 20 до 50 дБА. Человеком
воспринимаются в качестве
тихих только те вентиляторы,
уровень шума которых не
превышает 30-35 дБА.
Наконец,
срок службы вентилятора
выражается в тысячах часов и
является объективным
показателем его надежности и
долговечности. На практике
срок службы вентиляторов на
подшипниках скольжения не
превышает 10-15 тыс. часов, а на
подшипниках качения — 40-50 тыс.
часов.
|
Ваши вопросы, комментарии, дополнения: |
* Поля обязательные для заполнения.
|