Система охлаждения в компьютере

Производители компьютерных компонентов (комплектующих) ежегодно радуют пользователей выпуском все более производительных устройств. Если раньше различие быстродействия в смежных модельных рядах исчислялось единицами и десятками процентов, то теперь никого не удивляет даже двукратное увеличение вычислительного потенциала.

Хотя техпроцесс изготовления микросхем с каждым годом совершенствуется, параллельно с этим наблюдается тенденция к увеличению количества транзисторов в них. Это приводит к тому, что новые чипы нагреваются при работе почти так же, как и решения в предыдущем поколении. Таким образом, разработчикам приходится тем или иным способом бороться с тепловыделением. Поэтому, как и раньше, в каждой вычислительной системе используется система охлаждения компонентов, отличающихся «горячим нравом». Среди микроэлектронных изделий это центральный процессор, чип видеокарты, преобразователи напряжения и пр.

Вспоминая электротехнику

Выделение тепловой энергии – неизбежный процесс, сопровождающий направленное движение элементарных заряженных частиц по проводящему ток материалу. Электроны, проходя по проводнику и преодолевая его сопротивление, совершают определенное количество работы, которая сопровождается ростом температуры материала. Чем больше значение тока, тем сильнее нагрев.

Для преодоления данного явления необходимо использовать сверхпроводники, что требует низких температур и, соответственно, в бытовых устройствах не применяется, или же изменить сам принцип работы схем, отказавшись от электрического способа передачи сигналов. Очевидно, что на данном этапе развития все это недостижимо, поэтому на греющийся элемент устанавливается система охлаждения и тепло принудительно отводится от поверхности микросхемы. Хотя такое решение слишком грубое, его эффективность вполне достаточна.

Система охлаждения компьютера

Для охлаждения компонентов в вычислительной системе используется несколько конструктивных решений, различающихся эффективностью работы. Наиболее простая система охлаждения представлена металлическим радиатором, поверхность которого соприкасается с нагревающейся микросхемой.

Его особая форма позволяет увеличить суммарную рассеивающую площадь, тем самым повысив КПД. Именно такие решения использовались в первых моделях компьютеров. Основное преимущество – полная тишина при работе. Однако с ростом мощности охлаждаемой микросхемы для поддержания приемлемого температурного режима необходимо: увеличивать габариты и площадь радиатора, что не всегда возможно; уменьшать температуру окружающего воздуха. Для преодоления этого ограничения была предложена усовершенствованная система охлаждения, в которой площадь рассеивающей поверхности осталась прежней, но был добавлен вентилятор, принудительно создающий поток воздуха, обдувающий радиатор. Именно такое решение получило наибольшее распространение. К недостаткам можно отнести шум при работе, затраты электроэнергии для вентилятора, наличие механических вращающихся частей, подверженных износу, и уменьшение производительности вследствие нагрева окружающего воздуха.

Альтернативное решение

Кроме вышеназванных классических решений существуют и другие. Одна из них – это водяная система охлаждения. Из-за своей сложности используется лишь энтузиастами. На микросхеме устанавливается полый теплообменник, который с помощью трубок соединен с качающей помпой и радиатором, вынесенным за пределы корпуса компьютера. Вся система заполнена водой. Отличие от решения «вентилятор с радиатором» в том, что не происходит нагрева воздуха в корпусе, а значит, КПД не снижается. Также нельзя не упомянуть о тепловых трубках, котороые сейчас используются практически во всех системах охлаждения. Внутри такой трубки находится быстро испаряющаяся жидкость (иногда порошок), которая увеличивает интенсивность передачи тепла от поверхности микросхемы к ребрам радиатора.