Computerkøling - Computer cooling

En finneluftkølet kølelegeme med blæser klippet på en CPU , med en mindre passiv kølelegeme uden blæser i baggrunden

En kølelegeme med 3 blæsere monteret på et grafikkort for at maksimere køleeffektiviteten af ​​GPU'en og omgivende komponenter

Commodore 128DCR- computers switch-mode strømforsyning med en brugerinstalleret 40 mm køleventilator. Lodrette aluminiumsprofiler bruges som køleplader.

Computerkøling er påkrævet for at fjerne spildvarmen fra computerkomponenter , for at holde komponenter inden for tilladte driftstemperaturgrænser . Komponenter, der er modtagelige for midlertidig funktionsfejl eller permanent fejl, hvis de bliver overophedede, omfatter integrerede kredsløb som f.eks. Centrale processorenheder (CPU'er), chipsæt , grafikkort og harddiske .

Komponenter er ofte designet til at generere så lidt varme som muligt, og computere og operativsystemer kan være designet til at reducere strømforbruget og deraf følgende opvarmning i henhold til arbejdsbyrden, men der kan stadig produceres mere varme, end der kan fjernes uden opmærksomhed på køling. Brug af køleplader afkølet af luftstrøm reducerer temperaturstigningen, der produceres af en given mængde varme. Opmærksomhed på mønstre af luftstrøm kan forhindre udvikling af hotspots. Computerventilatorer bruges i vid udstrækning sammen med kølelegemer til at reducere temperaturen ved aktivt at tømme varm luft. Der er også mere eksotiske køleteknikker, såsom væskekøling . Alle moderne processorer er designet til at afbryde eller reducere deres spænding eller clockhastighed, hvis processorens interne temperatur overstiger en bestemt grænse. Dette er generelt kendt som termisk gasspjæld, i tilfælde af reduktion af urhastigheder eller termisk nedlukning i tilfælde af en fuldstændig nedlukning af enheden eller systemet.

Køling kan være designet til at reducere omgivelsestemperaturen inden for en computer, f.eks. Ved at tømme varm luft, eller til at afkøle en enkelt komponent eller et lille område (punktkøling). Komponenter, der normalt er individuelt afkølet, omfatter CPU, grafikprocessorenhed (GPU) og nordbroen .

Generatorer af uønsket varme

Integrerede kredsløb (f.eks. CPU og GPU) er de vigtigste generatorer af varme i moderne computere. Varmeproduktion kan reduceres ved effektivt design og valg af driftsparametre såsom spænding og frekvens, men i sidste ende kan acceptabel ydelse ofte kun opnås ved at styre betydelig varmeproduktion.

Det støv oprustning på denne bærbar CPU heatsink efter tre års brug har gjort den bærbare computer ubrugelig på grund af hyppige termiske nedlukninger.

Under drift vil temperaturen på en computers komponenter stige, indtil varmen, der overføres til omgivelserne, er lig med den varme, der produceres af komponenten, det vil sige når termisk ligevægt er nået. For pålidelig drift må temperaturen aldrig overstige en specificeret maksimal tilladt værdi, der er unik for hver komponent. For halvledere er øjeblikkelig krydstemperatur frem for komponenthus, køleplade eller omgivelsestemperatur kritisk.

Køling kan blive forringet af:

• Støv fungerer som en termisk isolator og hæmmer luftstrømmen, hvilket reducerer kølepladen og ventilatorens ydeevne.
• Dårlig luftstrøm, herunder turbulens på grund af friktion mod hindrende komponenter såsom båndkabler eller forkert orientering af ventilatorer, kan reducere mængden af ​​luft, der strømmer gennem en kasse og endda skabe lokale boblebad med varm luft i kabinettet. I nogle tilfælde med udstyr med dårlig termisk konstruktion kan køleluften let strømme ud gennem "køle" huller, før den passerer over varme komponenter; køling i sådanne tilfælde kan ofte forbedres ved at blokere udvalgte huller.
• Dårlig varmeoverførsel på grund af dårlig termisk kontakt mellem komponenter, der skal køles og køleudstyr. Dette kan forbedres ved anvendelse af termiske forbindelser til at udjævne overfladefejl eller endda ved at lappe .

Forebyggelse af skader

Fordi høje temperaturer kan reducere levetiden betydeligt eller forårsage permanent skade på komponenter, og komponenternes varmeydelse undertiden kan overstige computerens kølekapacitet, tager producenterne ofte yderligere forholdsregler for at sikre, at temperaturerne forbliver inden for sikre grænser. En computer med termiske sensorer integreret i CPU'en, bundkortet, chipsættet eller GPU'en kan lukke sig selv, når der opdages høje temperaturer for at forhindre permanent skade, selvom dette måske ikke fuldstændig garanterer en langsigtet sikker drift. Inden en overophedningskomponent når dette punkt, kan den "kvæles", indtil temperaturerne falder til et sikkert punkt ved hjælp af dynamisk frekvensskaleringsteknologi . Drossel reducerer driftsfrekvensen og spændingen i et integreret kredsløb eller deaktiverer ikke-væsentlige funktioner i chippen for at reducere varmeydelsen, ofte på bekostning af let eller betydeligt reduceret ydelse. For stationære og bærbare computere kontrolleres gasregulering ofte på BIOS -niveau. Drossel bruges også almindeligt til at styre temperaturer i smartphones og tablets, hvor komponenter pakkes tæt sammen med lidt eller ingen aktiv køling og med ekstra varme overført fra brugerens hånd.

Mainframes og supercomputere

Efterhånden som elektroniske computere blev større og mere komplekse, blev afkøling af de aktive komponenter en kritisk faktor for pålidelig drift. Tidlige vakuumrørscomputere med relativt store kabinetter kunne stole på naturlig eller tvungen luftcirkulation til afkøling. Solid-state-enheder blev imidlertid pakket meget tættere og havde lavere tilladte driftstemperaturer.

Fra 1965 støttede IBM og andre producenter af mainframe -computere intensiv forskning i fysikken i køling af tæt pakket integrerede kredsløb. Mange luft- og væskekølesystemer blev udtænkt og undersøgt ved hjælp af metoder som naturlig og tvungen konvektion, direkte luftpåvirkning, direkte væskedæmpning og tvungen konvektion, poolkogning, faldende film, strømningskogning og væskestråling. Matematisk analyse blev brugt til at forudsige temperaturstigninger af komponenter for hver mulig kølesystemgeometri.

IBM udviklede tre generationer af termisk ledningsmodul (TCM), der brugte en vandkølet kold plade i direkte termisk kontakt med integrerede kredsløbspakker. Hver pakke havde en termisk ledende stift presset på den, og heliumgas omgav chips og varmeledende stifter. Designet kunne fjerne op til 27 watt fra en chip og op til 2000 watt pr. Modul, samtidig med at chippakkens temperaturer blev holdt på omkring 50 ° C (122 ° F). Systemer, der brugte TCM'er, var 3081 -familien (1980), ES/3090 (1984) og nogle modeller af ES/9000 (1990). I IBM 3081 -processoren tillod TCM'er op til 2700 watt på et enkelt printkort, mens chip -temperaturen blev opretholdt ved 69 ° C (156 ° F). Termiske ledningsmoduler ved hjælp af vandkøling blev også brugt i mainframe -systemer fremstillet af andre virksomheder, herunder Mitsubishi og Fujitsu.

The Cray-1 supercomputer designet i 1976 havde en karakteristisk kølesystem. Maskinen var kun 77 tommer (2.000 mm) i højden og 56+1 ⁄ 2 tommer (1.440 mm) i diameter og forbruges op til 115 kilowatt; dette kan sammenlignes med det gennemsnitlige strømforbrug i et par dusin vestlige hjem eller en mellemstor bil. De integrerede kredsløb, der blev brugt i maskinen, var den hurtigste tilgængelige på det tidspunkt ved hjælp af emitterkoblet logik ; hastigheden blev imidlertid ledsaget af et højt strømforbrug i forhold til senere CMOS -enheder.

Varme fjernelse var kritisk. Kølemiddel blev cirkuleret gennem rørledninger indlejret i lodrette kølebjælker i tolv søjlesektioner af maskinen. Hver af de 1662 trykte kredsløbsmoduler på maskinen havde en kobberkerne og blev fastspændt til kølebjælken. Systemet er designet til at opretholde tilfælde af integrerede kredsløb ved ikke mere end 54 ° C (129 ° F), med kølemiddel i cirkulation ved 21 ° C (70 ° F). Endelig varmeafvisning blev gennem en vandkølet kondensator. Rørledninger, varmevekslere og pumper til kølesystemet blev arrangeret i et polstret bænkesæde omkring ydersiden af ​​computerens bund. Omkring 20 procent af maskinens vægt i drift var kølemiddel.

I den senere Cray-2, med sine tættere pakkede moduler, havde Seymour Cray problemer med effektivt at køle maskinen ved hjælp af metalledningsteknikken med mekanisk køling, så han skiftede til 'væske nedsænkning' køling. Denne metode involverede at fylde chassiset på Cray-2 med en væske kaldet Fluorinert . Fluorinert, som navnet antyder, er en inaktiv væske, der ikke forstyrrer driften af ​​elektroniske komponenter. Efterhånden som komponenterne nåede driftstemperatur, ville varmen forsvinde ind i Fluorinert, som blev pumpet ud af maskinen til en kølevandsveksler.

Ydeevne pr. Watt af moderne systemer er stærkt forbedret; mange flere beregninger kan udføres med et givet strømforbrug, end det var muligt med de integrerede kredsløb i 1980'erne og 1990'erne. Nylige supercomputerprojekter som Blue Gene er afhængige af luftkøling, hvilket reducerer omkostninger, kompleksitet og størrelse af systemer i forhold til væskekøling.

Luftkøling

Fans

Ventilatorer bruges, når naturlig konvektion er utilstrækkelig til at fjerne varme. Ventilatorer kan være monteret på computerkassen eller tilsluttet CPU'er, GPU'er, chipsæt, strømforsyningsenheder (PSU'er), harddiske eller som kort, der er sluttet til en udvidelsesplads. Almindelige blæserstørrelser inkluderer 40, 60, 80, 92, 120 og 140 mm. 200, 230, 250 og 300 mm blæsere bruges undertiden i højtydende personlige computere.

Ydeevne af ventilatorer i chassis

Typiske ventilatorkurver og chassisimpedanskurver

En computer har en vis modstand mod luft, der strømmer gennem chassiset og komponenterne. Dette er summen af ​​alle de mindre hindringer for luftstrømmen, såsom ind- og udløbsåbninger, luftfiltre, internt chassis og elektroniske komponenter. Ventilatorer er enkle luftpumper, der giver tryk til indgangssidens luft i forhold til udgangssiden. Denne trykforskel flytter luft gennem chassiset, hvor luft strømmer til områder med lavere tryk.

Fans har generelt to offentliggjorte specifikationer: fri luftstrøm og maksimalt differenstryk. Fri luftstrøm er mængden af ​​luft en ventilator vil bevæge sig med nul modtryk. Maksimalt differenstryk er det tryk, en ventilator kan generere, når den er helt blokeret. Mellem disse to ekstremer er der en række tilsvarende målinger af flow versus tryk, der normalt præsenteres som en graf. Hver blæsermodel vil have en unik kurve, ligesom de stiplede kurver i den tilstødende illustration.

Parallel i forhold til serieinstallation

Ventilatorer kan installeres parallelt med hinanden, i serie eller en kombination af begge. Parallel installation ville være ventilatorer monteret side om side. Serieinstallation ville være en anden blæser på linje med en anden ventilator, såsom en indblæsningsventilator og en udstødningsventilator. For at forenkle diskussionen antages det, at ventilatorerne er den samme model.

Parallelle ventilatorer sørger for det dobbelte af den frie luftgennemstrømning, men intet yderligere køretryk. Serieinstallation vil derimod fordoble det tilgængelige statiske tryk, men ikke øge den frie luftstrømningshastighed. Den tilstødende illustration viser en enkelt blæser kontra to blæsere parallelt med et maksimalt tryk på 0,15 tommer (3,8 mm) vand og en fordoblet strømningshastighed på ca. 72 kubikfod pr. Minut (2,0 m ³ /min).

Bemærk, at luftstrømmen ændres som kvadratroden af ​​trykket. Således vil fordobling af trykket kun øge strømmen 1,41 ( √ 2 ) gange, ikke dobbelt så meget som man kunne antage. En anden måde at se på dette er, at trykket skal op med en faktor fire for at fordoble strømningshastigheden.

For at bestemme strømningshastighed gennem et chassis kan chassisimpedansskurven måles ved at pålægge et vilkårligt tryk ved indløbet til chassiset og måle strømmen gennem chassiset. Dette kræver temmelig sofistikeret udstyr. Med chassisimpedans -kurven (repræsenteret ved de solide røde og sorte linjer på den tilstødende kurve) bestemt, er den faktiske strømning gennem chassiset som genereret af en bestemt ventilatorkonfiguration grafisk vist, hvor chassisimpedans -kurven krydser ventilator -kurven. Hældningen af ​​chassisets impedanskurve er en kvadratrodsfunktion, hvor fordobling af strømningshastigheden kræves fire gange differenstrykket.

I dette særlige eksempel gav tilføjelse af en anden blæser marginal forbedring, idet strømmen for begge konfigurationer var cirka 27–28 kubikfod i minuttet (0,76–0,79 m ³ /min). Selvom den ikke vises på plottet, ville en anden blæser i serien give en lidt bedre ydeevne end den parallelle installation.

Temperatur i forhold til strømningshastighed

Ligningen for den nødvendige luftstrøm gennem 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 simpel konservativ tommelfingerregel for krav til køleflow, diskontering af sådanne effekter som varmetab gennem chassisvægge og laminar kontra turbulent strømning, og tegner sig for konstanterne for specifik varme og tæthed ved havets overflade er:

${\ displaystyle CFM = {\ frac {3.16 \ gange W} {{\ tekst {tilladt temperaturstigning i}}^{\ circ} F}}}$

${\ displaystyle CFM = {\ frac {1,76 \ gange W} {{\ tekst {tilladt temperaturstigning i}}^{\ circ} C}}}$

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

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

Dette ville være den faktiske strømning gennem chassiset og ikke ventilatorens frie luftværdi. Det skal også bemærkes, at "Q", den varme, der overføres, er en funktion af varmeoverførselseffektiviteten af ​​en CPU eller GPU -køler til luftstrømmen.

Piezoelektrisk pumpe

En "dobbelt piezokølestråle", patenteret af GE , bruger vibrationer til at pumpe luft gennem enheden. Den indledende enhed er tre millimeter tyk og består af to nikkelskiver , der på hver side er forbundet med et stykke piezoelektrisk keramik. En vekselstrøm, der føres gennem den keramiske komponent, får den til at ekspandere og trække sig sammen med op til 150 gange i sekundet, så nikkelskiverne fungerer som en bælge. Kontraherede skubbes kanterne på skiverne sammen og suger varm luft ind. Udvidelse bringer nikkelskiverne sammen og udsender luften ved høj hastighed.

Enheden har ingen lejer og kræver ikke en motor. Det er tyndere og bruger mindre energi end typiske fans. Strålen kan flytte den samme mængde luft som en køleventilator, der er dobbelt så stor, mens den bruger halvt så meget elektricitet og til lavere omkostninger.

Passiv køling

Bundkort på en NeXTcube -computer (1990) med 32 bit mikroprocessor Motorola 68040, der drives ved 25 MHz . I billedets nederste kant og til venstre fra midten ses kølelegemet monteret direkte på CPU'en. Der var ingen dedikeret ventilator til CPU'en. Den eneste anden IC med en kølelegeme er RAMDAC (lige fra CPU).

Passiv kølepladekøling indebærer at fastgøre en blok af bearbejdet eller ekstruderet metal til den del, der skal køles. Et termisk klæbemiddel kan anvendes. Mere almindeligt for en personlig computer CPU holder en klemme kølelegemet direkte over chippen, med et termisk fedt eller en termisk pude spredt imellem. Denne blok har finner og kamme for at øge overfladearealet. Metallets varmeledningsevne er meget bedre end luftens, og den udstråler varme bedre end den komponent, den beskytter (normalt et integreret kredsløb eller CPU). Fan-kølet aluminium køleplader var oprindeligt normen for stationære computere, men i dag mange køleplader har kobber bundplader eller er helt lavet af kobber.

Støvophobning mellem metalfinner i en kølelegeme reducerer gradvist effektiviteten, men kan modvirkes med en gasstøv ved at blæse støvet væk sammen med andet uønsket overskydende materiale.

Passive køleplader findes sædvanligvis på ældre CPU'er, dele der ikke bliver meget varme (f.eks. Chipsættet) og computere med lav effekt.

Normalt er en heatsink fastgjort til den integrerede varmespreder (IHS), i det væsentlige en stor, flad plade fastgjort til CPU'en, med ledningspasta lagdelt mellem. Dette spreder eller spreder varmen lokalt. I modsætning til en kølelegeme er en spreder beregnet til at omfordele varme, ikke til at fjerne den. Derudover beskytter IHS den skrøbelige CPU.

Passiv køling involverer ingen blæserstøj, da konvektionskræfter bevæger luft over kølelegemet.

Andre teknikker

Flydende nedsænkningskøling

En computer nedsænket i mineralsk olie.

En anden voksende tendens på grund af den stigende varmetæthed af computere, GPU'er, FPGA'er og ASIC'er er at nedsænke hele computeren eller vælge komponenter i en termisk, men ikke elektrisk, ledende væske. Selvom det sjældent bruges til køling af personlige computere, er væske nedsænkning en rutinemæssig metode til køling af store strømfordelingskomponenter, såsom transformere . Det bliver også populært blandt datacentre. Personlige computere, der afkøles på denne måde, kræver muligvis hverken ventilatorer eller pumper, og kan udelukkende køles ved passiv varmeveksling mellem computerens hardware og kabinettet, den er placeret i. En varmeveksler (dvs. varmekerne eller radiator) kan dog stadig være nødvendig , og rørene skal også placeres korrekt.

Det anvendte kølemiddel skal have tilstrækkelig lav elektrisk ledningsevne til ikke at forstyrre computerens normale drift. Hvis væsken er noget elektrisk ledende, kan det forårsage elektriske kortslutninger mellem komponenter eller spor og permanent beskadige dem. Af disse grunde foretrækkes det, at væsken er en isolator ( dielektrisk ) og ikke leder elektricitet.

Der findes en lang række væsker til dette formål, herunder transformatorolier , syntetiske enfasede og dobbeltfasede dielektriske kølevæsker som 3M Fluorinert eller 3M Novec. Ikke-formålsolier, herunder madlavnings-, motor- og silikoneolier , er med succes blevet brugt til køling af personlige computere.

Nogle væsker, der bruges til nedsænkningskøling, især kulbrintebaserede materialer, såsom mineralolier, madolier og organiske estere, kan nedbryde nogle almindelige materialer, der bruges i computere, såsom gummi, polyvinylchlorid (PVC) og termiske fedtstoffer . Derfor er det afgørende at gennemgå sådanne væskers materialekompatibilitet før brug. Især mineralolie har vist sig at have negative virkninger på PVC og gummibaseret trådisolering. Det er rapporteret, at termiske pastaer, der bruges til at overføre varme til køleplader fra processorer og grafikkort, opløses i nogle væsker, men med ubetydelig påvirkning af køling, medmindre komponenterne blev fjernet og opereret i luft.

Fordampning, især for 2-fasede kølevæsker, kan udgøre et problem, og væsken kan kræve enten at blive fyldt regelmæssigt op eller forseglet inde i computerens kabinet. Nedsænkningskøling kan tillade ekstremt lave PUE- værdier på 1,05, vs luftkølingens 1,35, og give mulighed for op til 100 KW computereffekt (varmeafledning, TDP) pr. 19-tommer rack , i modsætning til luftkøling, som normalt håndterer op til 23 KW.

Spildvarmereduktion

Hvor kraftfulde computere med mange funktioner ikke er påkrævet, kan mindre kraftfulde computere eller computere med færre funktioner bruges. Fra 2011 spreder et VIA EPIA bundkort med CPU typisk cirka 25 watt varme, hvorimod et mere dygtigt Pentium 4 bundkort og CPU typisk forsvinder omkring 140 watt. Computere kan forsynes med jævnstrøm fra en ekstern strømforsyning , der ikke genererer varme inde i computerkassen. Udskiftningen af katodestrålerør (CRT) -skærme med mere effektive tyndskærms- LCD-skærme i begyndelsen af ​​det 21. århundrede har reduceret strømforbruget betydeligt.

Kølelegemer

Passiv køleplade på et chipsæt

Aktiv køleplade med ventilator og varmeledninger

En komponent kan monteres i god termisk kontakt med en kølelegeme, en passiv enhed med stor termisk kapacitet og med et stort overfladeareal i forhold til dens volumen. Kølelegemer er normalt lavet af et metal med høj varmeledningsevne, såsom aluminium eller kobber, og inkorporerer finner for at øge overfladearealet. Varme fra en relativt lille komponent overføres til den større køleplade; komponentens ligevægtstemperatur plus kølelegeme er meget lavere end komponentens alene ville være. Varme føres væk fra kølelegemet ved konvektiv eller blæser-tvunget luftstrøm. Blærekøling bruges ofte til at køle processorer og grafikkort, der bruger betydelige mængder elektrisk energi. I en computer kan en typisk varmegenererende komponent fremstilles med en flad overflade. En metalblok med en tilsvarende flad overflade og finnekonstruktion, undertiden med en vedhæftet ventilator, fastspændes til komponenten. For at udfylde dårligt ledende luftgab på grund af ufuldstændigt flade og glatte overflader kan et tyndt lag termisk fedt , en termisk pude eller termisk klæbemiddel placeres mellem komponenten og kølepladen.

Varme fjernes fra kølelegemet ved konvektion , til en vis grad ved stråling og muligvis ved ledning, hvis kølelegemet er i termisk kontakt med f.eks. Metalhuset. Billige ventilatorafkølede aluminiums køleplader bruges ofte på standard stationære computere. Kølelegemer med kobberbundplader eller af kobber har bedre termiske egenskaber end dem, der er lavet af aluminium. En kobberkølelegeme er mere effektiv end en aluminiumsenhed af samme størrelse, hvilket er relevant med hensyn til komponenterne med et højt strømforbrug, der bruges i højtydende computere.

Passive køleplader findes almindeligvis på: ældre CPU'er, dele der ikke spilder meget strøm, f.eks. Chipsættet, computere med laveffektprocessorer og udstyr, hvor lydløs drift er kritisk og blæserstøj uacceptabel.

Normalt fastspændes en kølelegeme til den integrerede varmespreder (IHS), en flad metalplade på størrelse med CPU -pakken, som er en del af CPU -samlingen og spreder varmen lokalt. Et tyndt lag termisk forbindelse placeres mellem dem for at kompensere for overfladefejl. Sprederens primære formål er at omfordele varme. Køleribberne forbedrer dens effektivitet.

Flere mærker af DDR2, DDR3, DDR4 og de kommende DDR5 DRAM -hukommelsesmoduler er udstyret med et finnet kølelegeme, der er klippet på modulets overkant. Den samme teknik bruges til grafikkort, der bruger en finnet passiv køleplade på GPU'en.

Støv har en tendens til at bygge sig op i sprækker i finnede køleplader, især med den høje luftstrøm, der produceres af ventilatorer. Dette holder luften væk fra den varme komponent, hvilket reducerer køleeffektiviteten; fjernelse af støvet genopretter imidlertid effektiviteten.

Peltier (termoelektrisk) køling

Regelmæssig opsætning af Peltier -køling til pc'er

Peltier-kryds er generelt kun omkring 10-15% så effektive som det ideelle køleskab ( Carnot-cyklus ) sammenlignet med 40-60% opnået med konventionelle kompressionscyklusystemer (reverse Rankine- systemer ved hjælp af komprimering/ekspansion). På grund af denne lavere effektivitet bruges termoelektrisk køling generelt kun i miljøer, hvor solid state -naturen (ingen bevægelige dele , lav vedligeholdelse, kompakt størrelse og orienteringsfølsomhed) opvejer ren effektivitet.

Moderne TEC'er bruger flere stablede enheder, der hver består af snesevis eller hundredvis af termoelementer, der er anbragt ved siden af ​​hinanden, hvilket muliggør en betydelig mængde varmeoverførsel . En kombination af vismut og tellur bruges mest til termoelementerne.

Som aktive varmepumper, som forbruger magt, kan TECs producere temperaturer under omgivelsernes, umuligt med passive heatsinks, radiator-kølet væskekøling , og heatpipe hsfs. Mens der pumpes varme, vil et Peltier -modul typisk forbruge mere elektrisk strøm end den varmemængde, der pumpes.

Det er også muligt at bruge et Peltier -element sammen med et højtryks -kølemiddel (tofasekøling) til at afkøle CPU'en.

Flydende køling

Deepcool Captain 360, en alt-i-en-køleenhed, installeret i en kuffert

DIY vandkøling opsætning, der viser en 12 V pumpe, CPU- vandblokering og den typiske anvendelse af en T-Line

Skematisk af en regelmæssig væskekøling til pc'er

Væskekøling er en yderst effektiv metode til fjernelse af overskydende varme, idet den mest almindelige varmeoverførselsvæske i stationære pc'er er (destilleret) vand. Fordelene ved vandkøling frem for luftkøling inkluderer vandets højere specifikke varmekapacitet og varmeledningsevne .

Princippet, der bruges i et typisk (aktivt) flydende kølesystem til computere, er identisk med det, der bruges i en bils forbrændingsmotor , idet vandet cirkuleres af en vandpumpe gennem en vandblok monteret på CPU'en (og undertiden yderligere komponenter som GPU og northbridge) og ud til en varmeveksler , typisk en radiator . Radiatoren afkøles normalt også yderligere ved hjælp af en ventilator . Udover en ventilator kan den muligvis også afkøles på andre måder, såsom en Peltier -køler (selvom Peltier -elementer oftest placeres direkte oven på hardwareen, der skal køles, og kølevæsken bruges til at lede varmen væk fra det varme side af Peltier -elementet). Et kølervæskebeholder er ofte også forbundet til systemet.

Udover aktive væskekølesystemer bruges også undertiden passive væskekølesystemer. Disse systemer kasserer ofte en ventilator eller en vandpumpe, hvilket øger teoretisk systemets pålidelighed og/eller gør det mere støjsvagt end aktive systemer. Ulemperne ved disse systemer er imidlertid, at de er meget mindre effektive til at kaste varmen og dermed også skal have meget mere kølevæske - og dermed et meget større kølevæskebeholder - hvilket giver kølevæsken mere tid til at køle ned.

Væsker tillader overførsel af mere varme fra de dele, der afkøles end luft, hvilket gør væskekøling velegnet til overklokning og højtydende computerapplikationer. Sammenlignet med luftkøling påvirkes væskekøling også mindre af omgivelsestemperaturen. Flydende køling er forholdsvis lavt støjniveau sammenlignet positivt med luftkøling, som kan blive ganske støjende.

Ulemper ved væskekøling inkluderer kompleksitet og potentialet for kølemiddellækage. Lækket vand (eller endnu vigtigere ethvert tilsætningsstof i vandet) kan beskadige alle elektroniske komponenter, som det kommer i kontakt med, og behovet for at teste og reparere lækager giver mere komplekse og mindre pålidelige installationer. (Især den første store strejftog i feltet af væskekølede personlige computere til generel anvendelse, de avancerede versioner af Apple 's Power Mac G5 , til sidst blev dømt ved en tilbøjelighed til kølemiddellækager.) En luftkølet heatsink er generelt meget enklere at bygge, installere og vedligeholde end en vandkøleløsning, selvom CPU-specifikke vandkølesæt også kan findes, hvilket kan være lige så let at installere som en luftkøler. Disse er imidlertid ikke begrænset til CPU'er, og flydende køling af GPU -kort er også mulig.

Selvom det oprindeligt var begrænset til mainframe- computere, er flydende køling blevet en praksis, der stort set er forbundet med overclocking i form af enten fremstillede kits eller i form af gør-det-selv-opsætninger, der er samlet fra individuelt samlede dele. De sidste par år har der været en stigning i populariteten af ​​væskekøling i færdigmonterede, moderate til høje ydelser, stationære computere. Forseglede ("closed-loop") systemer med en lille fyldt radiator, ventilator og vandblok forenkler installation og vedligeholdelse af vandkøling til en lille omkostning i køleeffektivitet i forhold til større og mere komplekse opsætninger. Væskekøling kombineres typisk med luftkøling ved hjælp af væskekøling til de hotteste komponenter, f.eks. CPU'er eller GPU'er, samtidig med at den enklere og billigere luftkøling bevares for mindre krævende komponenter.

IBM Aquasar -systemet bruger køling af varmt vand for at opnå energieffektivitet, og vandet bruges også til at opvarme bygninger.

Siden 2011 har effektiviteten af ​​vandkøling ført til en række alt-i-en (AIO) vandkøling. AIO -løsninger resulterer i en meget enklere at installere enhed, og de fleste enheder er blevet vurderet positivt af anmeldelsessteder.

Varmerør og dampkamre

Et grafikkort med et ventilatorfrit heatpipe -køligere design

Et varmeledning er et hult rør, der indeholder en varmeoverførselsvæske. Væsken absorberer varme og fordamper i den ene ende af røret. Dampen bevæger sig til den anden (køligere) ende af røret, hvor den kondenserer og opgiver sin latente varme . Væsken vender tilbage til den varme ende af røret ved tyngdekraft eller kapillærvirkning og gentager cyklussen. Varmeledninger har en meget højere effektiv varmeledningsevne end faste materialer. Til brug i computere er kølelegemet på CPU'en tilsluttet en større radiator køleplade. Begge køleplader er hule, ligesom vedhæftningen mellem dem, hvilket skaber et stort varmeledning, der overfører varme fra CPU'en til radiatoren, som derefter afkøles ved hjælp af en konventionel metode. Denne metode er dyr og bruges normalt, når pladsen er trang, som i små formfaktor-pc'er og bærbare computere, eller hvor ingen blæserstøj kan tolereres, som i lydproduktion. På grund af effektiviteten ved denne afkølingsmetode bruger mange stationære CPU'er og GPU'er såvel som high-end chipsæt varmeledninger og dampkamre ud over aktiv ventilatorbaseret køling og passive køleplader for at forblive inden for sikre driftstemperaturer. Et dampkammer fungerer efter de samme principper som et varmeledning, men antager form af en plade eller plade i stedet for et rør. Varmeledninger kan placeres lodret ovenpå og udgøre en del af dampkamre. Dampkamre kan også bruges på avancerede smartphones .

Elektrostatisk luftbevægelse og koronaudladningseffektkøling

Køleteknologien under udvikling af Kronos og Thorn Micro Technologies anvender en enhed kaldet en ionisk vindpumpe (også kendt som en elektrostatisk væskeaccelerator). Det grundlæggende driftsprincip for en ionisk vindpumpe er koronaudladning , en elektrisk udladning nær en ladet leder forårsaget af ionisering af den omgivende luft.

Corona -udladningskøleren, der er udviklet af Kronos, fungerer på følgende måde: Et højt elektrisk felt dannes ved spidsen af ​​katoden, som er placeret på den ene side af CPU'en. Det høje energipotentiale får ilt- og nitrogenmolekylerne i luften til at blive ioniseret (positivt ladet) og skabe en corona (et halo af ladede partikler). Placering af en jordet anode i den modsatte ende af CPU'en får de ladede ioner i corona til at accelerere mod anoden og kolliderer med neutrale luftmolekyler undervejs. Under disse kollisioner overføres momentum fra den ioniserede gas til de neutrale luftmolekyler, hvilket resulterer i bevægelse af gas mod anoden.

Fordelene ved den corona-baserede køler er dens mangel på bevægelige dele, hvilket eliminerer visse problemer med pålidelighed og fungerer med et støjniveau på næsten nul og moderat energiforbrug.

Blød køling

Blød køling er praksis med at bruge software til at drage fordel af CPU strømbesparende teknologier for at minimere energiforbruget. Dette gøres ved hjælp af stop -instruktioner til at slukke eller sætte i standby -tilstand CPU -underdele, der ikke bruges eller ved at underklokke CPU'en. Selvom det resulterer i lavere samlede hastigheder, kan dette være meget nyttigt, hvis en CPU overclockes for at forbedre brugeroplevelsen frem for at øge den rå behandlingskraft, da det kan forhindre behovet for mere støjende køling. I modsætning til hvad udtrykket antyder, er det ikke en form for afkøling, men for at reducere varmeskabelse.

Undervoltning

Underspænding er en praksis med at køre CPU'en eller enhver anden komponent med spændinger under enhedens specifikationer. En underspændt komponent trækker mindre strøm og producerer dermed mindre varme. Evnen til at gøre dette varierer fra producent, produktlinje og endda forskellige produktionskørsler af det samme produkt (såvel som for andre komponenter i systemet), men processorer er ofte specificeret til at bruge spændinger højere end strengt nødvendigt. Denne tolerance sikrer, at processoren vil have en større chance for at fungere korrekt under suboptimale forhold, såsom et bundkort af lavere kvalitet eller lav strømforsyningsspænding. Under en vis grænse fungerer processoren ikke korrekt, selvom undervoltning for langt ikke typisk fører til permanent hardwareskade (i modsætning til overspænding).

Underspænding bruges til stille systemer , da mindre køling er nødvendig på grund af reduktionen af ​​varmeproduktionen, så støjende ventilatorer kan udelades. Det bruges også, når batteriets levetid skal maksimeres.

Chip-integreret

Konventionelle køleteknikker fastgør alle deres "køling" -komponenter til ydersiden af ​​computerchipakken. Denne "vedhæftede" teknik vil altid udvise en vis termisk modstand, hvilket reducerer dens effektivitet. Varmen kan fjernes mere effektivt og hurtigt ved direkte afkøling af de lokale hot spots i chippen i pakken. På disse steder, effekttab på over 300 W / cm ² (typisk CPU er mindre end 100 W / cm ² ) kan forekomme, selv om der forventes systemer til at overstige 1000 W / cm ² . Denne form for lokal køling er afgørende for at udvikle chips med høj effektdensitet. Denne ideologi har ført til undersøgelsen af ​​integration af køleelementer i computerchippen. I øjeblikket er der to teknikker: mikrokanalens køleplader og afkøling af jetstråler.

I mikrokanalens køleplader fremstilles kanaler i siliciumchippen (CPU), og kølevæske pumpes gennem dem. Kanalerne er designet med et meget stort overfladeareal, hvilket resulterer i store varmeoverførsler. Varmespredning på 3000 W / cm ² er blevet rapporteret med denne teknik. Varmeafgivelsen kan øges yderligere, hvis der anvendes tofaset køling. Desværre kræver systemet store trykfald på grund af de små kanaler, og varmefluxen er lavere med dielektriske kølevæsker, der bruges til elektronisk køling.

En anden lokal chip -køleteknik er jetimpingement -køling. I denne teknik strømmer et kølevæske gennem en lille åbning for at danne en stråle. Strålen er rettet mod overfladen af ​​CPU -chippen og kan effektivt fjerne store varmefluxer. Varmespredning på over 1000 W / cm ² er blevet rapporteret. Systemet kan betjenes ved lavere tryk i sammenligning med mikrokanalmetoden. Varmeoverførslen kan øges yderligere ved hjælp af tofasestrømningskøling og ved at integrere returstrømskanaler (hybrid mellem mikrokanalens køleplader og afkøling af jetstråler).

Faseskiftskøling

Faseskiftskøling er en yderst effektiv måde at afkøle processoren på. En fase-ændringskøler til dampkomprimering er en enhed, der normalt sidder under pc'en, med et rør, der fører til processoren. Inde i enheden er en kompressor af samme type som i et klimaanlæg . Kompressoren komprimerer en gas (eller en blanding af gasser), som kommer fra fordamperen (CPU -køler diskuteret nedenfor). Derefter skubbes den meget varme højtryksdamp ind i kondensatoren (varmeafledningsindretning), hvor den kondenserer fra en varm gas til en væske, typisk underkølet ved kondensatorens udgang, derefter føres væsken til en ekspansionsindretning (begrænsning i systemet) for at forårsage et fald i trykket a fordampe væsken (få det til at nå et tryk, hvor det kan koge ved den ønskede temperatur); den anvendte ekspansionsindretning kan være et simpelt kapillarrør til en mere udførlig termisk ekspansionsventil. Væsken fordamper (skiftende fase) og absorberer varmen fra processoren, da den trækker ekstra energi fra omgivelserne for at imødekomme denne ændring (se latent varme ). Fordampningen kan producere temperaturer, der når omkring −15 til −150 ° C (5 til −238 ° F). Væsken strømmer ind i fordamperen og køler CPU'en og bliver til en damp ved lavt tryk. I slutningen af ​​fordamperen strømmer denne gas ned til kompressoren, og cyklussen begynder igen. På denne måde kan processoren afkøles til temperaturer fra −15 til −150 ° C (5 til −238 ° F), afhængigt af belastningen, processorens watt, kølesystemet (se køling ) og den anvendte gasblanding . Denne type system lider af en række problemer (omkostninger, vægt, størrelse, vibrationer, vedligeholdelse, omkostninger ved elektricitet, støj, behov for et specialiseret computertårn), men hovedsageligt skal man være bekymret for dugpunkt og korrekt isolering af alle under-omgivende overflader, der skal udføres (rørene sveder, drypper vand på følsom elektronik).

Alternativt udvikles en ny race af kølesystemet, hvor en pumpe indsættes i termosifonsløjfen . Dette tilføjer endnu en grad af fleksibilitet for designingeniøren, da varmen nu effektivt kan transporteres væk fra varmekilden og enten genvindes eller spredes til omgivelserne. Forbindelsestemperatur kan indstilles ved at justere systemtrykket; højere tryk er lig med højere væskemætningstemperaturer. Dette giver mulighed for mindre kondensatorer, mindre ventilatorer og/eller effektiv spredning af varme i et miljø med høj omgivelsestemperatur. Disse systemer er i det væsentlige næste generations fluidkølingsparadigme, da de er cirka 10 gange mere effektive end enfaset vand. Da systemet anvender et dielektrikum som varmetransportmedium, forårsager lækager ikke en katastrofal fejl i det elektriske system.

Denne type køling ses som en mere ekstrem måde at afkøle komponenter på, da enhederne er relativt dyre i forhold til det gennemsnitlige skrivebord. De genererer også en betydelig mængde støj, da de i det væsentlige er køleskabe; kompressorvalget og luftkølesystemet er imidlertid hovedfaktoren for dette, hvilket giver mulighed for fleksibilitet til støjreduktion baseret på de valgte dele.

En "termosifon" refererer traditionelt til et lukket system bestående af flere rør og/eller kamre med et større kammer indeholdende et lille reservoir af væske (ofte med et kogepunkt lige over omgivelsestemperatur, men ikke nødvendigvis). Det større kammer er så tæt på varmekilden og designet til at lede så meget varme fra det ind i væsken som muligt, for eksempel en CPU -kold plade med kammeret inde i det fyldt med væsken. Et eller flere rør strækker sig opad i en slags radiator eller lignende varmeafledningsområde, og det hele er sat op således, at CPU'en opvarmer reservoiret og væsken, som det indeholder, som begynder at koge, og dampen bevæger sig op ad røret (erne) til radiatoren/varmeafledningsområdet og derefter efter kondensering drypper det ned igen i reservoiret eller løber ned ad siderne af røret. Dette kræver ingen bevægelige dele og ligner noget en varmepumpe, bortset fra at kapillær handling ikke bruges, hvilket gør det potentielt bedre i en eller anden forstand (måske vigtigst af alt bedre ved at det er meget lettere at bygge og meget mere tilpasset til specifikke anvendelsestilfælde og strømmen af ​​kølemiddel/damp kan arrangeres i en meget bredere række af positioner og afstande og har langt større termisk masse og maksimal kapacitet sammenlignet med varmeledninger, der er begrænset af mængden af ​​kølemiddel, der er til stede, og hastigheden og strømmen kølevæskehastighed, som kapillærvirkning kan opnå med det transporterede, ofte sintrede kobberpulver på rørets vægge, som har en begrænset strømningshastighed og kapacitet.)

Flydende nitrogen

Flydende nitrogen kan bruges til at afkøle komponenter, der er overklokket

Da flydende nitrogen koger ved -196 ° C (-320,8 ° F), langt under vandets frysepunkt, er det værdifuldt som ekstremt kølevæske til korte overklokningssessioner.

I en typisk installation af køling af flydende nitrogen monteres et kobber- eller aluminiumrør oven på processoren eller grafikkortet. Efter at systemet er stærkt isoleret mod kondens, hældes det flydende nitrogen i røret, hvilket resulterer i temperaturer langt under −100 ° C (−148 ° F).

Fordampningsenheder, der spænder fra udskårne køleplader med rør fastgjort til specialfræsede kobberbeholdere, bruges til at holde nitrogenet og forhindre store temperaturændringer. Efter at nitrogenet er fordampet, skal det genpåfyldes. I rige personlige computere, er denne metode til køling sjældent benyttes til andet end sammenhænge overclocking forsøg-løber og optage-indstilling forsøg, som CPU'en normalt udløber inden for en relativ kort periode på grund af temperatur stress forårsaget af ændringer i den interne temperatur.

Selvom flydende nitrogen ikke er brandfarligt, kan det kondensere ilt direkte fra luften. Blandinger af flydende ilt og brandfarlige materialer kan være farligt eksplosive .

Flydende nitrogenskøling bruges generelt kun til processorbenchmarking, fordi kontinuerlig brug kan forårsage permanent skade på en eller flere dele af computeren og, hvis den håndteres uforsigtigt, kan endda skade brugeren og forårsage forfrysninger .

Flydende helium

Flydende helium , koldere end flydende nitrogen, er også blevet brugt til køling. Flydende helium koger ved −269 ° C (−452,20 ° F), og temperaturer fra −230 til −240 ° C (−382,0 til −400,0 ° F) er blevet målt fra kølelegemet. Flydende helium er imidlertid dyrere og vanskeligere at opbevare og bruge end flydende nitrogen. Også ekstremt lave temperaturer kan få integrerede kredsløb til at stoppe med at fungere. For eksempel vil siliciumbaserede halvledere fryse ud ved omkring -233 ° C (-387,4 ° F).

Optimering

Køling kan forbedres ved flere teknikker, som kan indebære ekstra omkostninger eller kræfter. Disse teknikker bruges ofte især af dem, der kører dele af deres computer (f.eks. CPU og GPU) ved højere spændinger og frekvenser end specificeret af producenten ( overclocking ), hvilket øger varmegenerering.

Installation af højere ydelse, køling uden lager kan også betragtes som modding . Mange overclockere køber simpelthen mere effektive og ofte dyrere kombinationer af blæsere og kølelegemer, mens andre griber til mere eksotiske måder til computerkøling, såsom væskekøling, Peltier -effekt -varmepumper, varmeledning eller faseskiftskøling.

Der er også nogle relaterede fremgangsmåder, der har en positiv indvirkning på at reducere systemtemperaturer:

Varmeledende forbindelser

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

Termisk forbindelse bruges almindeligvis til at forbedre den termiske ledningsevne fra CPU'en, GPU'en eller andre varmeproducerende komponenter til kølelegemekøleren. (Mod uret fra øverst til venstre: Arctic MX-2, Arctic MX-4, Tuniq TX-4, Antec Formula 7, Noctua NT-H1)

Perfekt flade overflader i kontakt giver optimal afkøling, men perfekt planhed og fravær af mikroskopiske luftspalter er ikke praktisk muligt, især i masseproduceret udstyr. En meget tynd skum af termisk forbindelse , som er meget mere varmeledende end luft, men meget mindre end metal, kan forbedre termisk kontakt og afkøling ved at udfylde luftgabene. Hvis der kun bruges en lille mængde forbindelse, der er tilstrækkelig til at fylde hullerne, opnås den bedste temperaturreduktion.

Der er megen debat om fordelene ved forbindelser, og overclockere anser ofte nogle forbindelser for at være overlegne end andre. Hovedovervejelsen er at bruge den minimale mængde termisk forbindelse, der kræves til at udjævne overflader, da forbindelsens varmeledningsevne typisk er 1/3 til 1/400 mængden af ​​metal, dog meget bedre end luft. Ledningsevnen for kølelegemeforbindelsen varierer fra ca. 0,5 til 80W/mK (se artikler); aluminiums størrelse er omkring 200, luftens værdi er omkring 0,02. Varmeledende puder bruges også, der ofte monteres af producenter på køleplader. De er mindre effektive end korrekt påført termisk forbindelse, men enklere at anvende og kan, hvis de er fastgjort til kølelegemet, ikke udelades af brugere, der ikke er klar over vigtigheden af ​​god termisk kontakt eller erstattes af et tykt og ineffektivt lag af forbindelse.

I modsætning til nogle teknikker, der diskuteres her, er brugen af ​​termisk forbindelse eller polstring næsten universel, når der bortledes betydelige mængder varme.

Kølelegeme

Masseproducerede CPU-varmespredere og kølelegemer er aldrig helt flade eller glatte; hvis disse overflader placeres i den bedst mulige kontakt, vil der være luftgab, der reducerer varmeledning. Dette kan let afbødes ved brug af termisk forbindelse, men for de bedst mulige resultater skal overflader være så flade som muligt. Dette kan opnås ved en besværlig proces kendt som lapping , som kan reducere CPU -temperaturen med typisk 2 ° C (4 ° F).

Afrundede kabler

De fleste ældre pc'er bruger flade båndkabler til at forbinde lagerdrev ( IDE eller SCSI ). Disse store flade kabler hindrer luftstrømmen kraftigt ved at forårsage træk og turbulens. Overclockere og moddere erstatter ofte disse med afrundede kabler, med de ledende ledninger samlet tæt sammen for at reducere overfladearealet. Teoretisk set tjener de parallelle tråde af ledere i et båndkabel til at reducere krydstale (signalbærende ledere, der fremkalder signaler i nærliggende ledere), men der er ikke empirisk tegn på, at kabler kan reducere ydeevnen. Dette kan skyldes, at kabellængden er kort nok, så virkningen af ​​krydstale er ubetydelig. Problemer opstår normalt, når kablet ikke er elektromagnetisk beskyttet, og længden er betydelig, en hyppigere forekomst med ældre netværkskabler.

Disse computerkabler kan derefter bindes kabel til chassiset eller andre kabler for yderligere at øge luftstrømmen.

Dette er mindre et problem med nye computere, der bruger seriel ATA, som har et meget smallere kabel.

Luftstrøm

Jo koldere kølemediet (luften) er, desto mere effektiv er køling . Køletemperatur kan forbedres med disse retningslinjer:

• Tilfør kold luft til de varme komponenter så direkte som muligt. Eksempler er luftsnorkler og tunneler, der direkte og udelukkende fodrer udeluft til CPU- eller GPU -køleren. For eksempel foreskriver BTX -kabinedesignet en CPU -lufttunnel.
• Fjern varm luft så direkte som muligt. Eksempler er: Almindelige PC ( ATX ) strømforsyninger blæser den varme luft ud af bagsiden af ​​kabinettet. Mange grafikkortdesign med dobbelt slot blæser den varme luft gennem dækslet til den tilstødende slot. Der er også nogle eftermarkedskølere, der gør dette. Nogle CPU -kølekonstruktioner blæser den varme luft direkte mod bagsiden af ​​kabinettet, hvor den kan skubbes ud af en ventilator.
• Luft, der allerede er blevet brugt til at afkøle en komponent, bør ikke genbruges til at afkøle en anden komponent (dette følger af de tidligere emner). BTX -kabinetdesignet overtræder denne regel, da det bruger CPU -kølerens udstødning til at afkøle chipsættet og ofte grafikkortet. Man kan støde på gamle eller ultra-lave budget ATX-sager, der har en PSU-holder i toppen. De fleste moderne ATX -sager har dog en PSU -holder i bunden af ​​kabinettet med en filtreret luftventil lige under PSU'en.
• Foretrækker kølig indsugningsluft, undgå at indånde udsugningsluft (udeluft over eller i nærheden af ​​udstødninger). For eksempel ville en CPU -køleluftkanal på bagsiden af ​​et tårnhus inhalere varm luft fra et grafikkortudstødning. At flytte alle udstødninger til den ene side af sagen, normalt bagsiden/toppen, hjælper med at holde indsugningsluften kølig.
• Skjul kabler bag bundkortbakken eller simpelthen anvende lynlås og stikke kabler væk for at give uhindret luftstrøm.

Færre blæsere, men strategisk placeret, vil forbedre luftstrømmen internt i pc'en og dermed sænke den samlede interne kabinetemperatur i forhold til omgivende forhold. Brugen af ​​større ventilatorer forbedrer også effektiviteten og sænker mængden af ​​spildvarme sammen med mængden af ​​støj, der genereres af ventilatorerne, mens de er i drift.

Der er lidt enighed om effektiviteten af ​​forskellige ventilatorplaceringskonfigurationer, og der er ikke foretaget lidt systematisk testning. For en rektangulær pc (ATX) sag har en blæser foran med en blæser bag og en i toppen vist sig at være en passende konfiguration. Imidlertid bemærker AMDs (noget forældede) retningslinjer for systemkøling, at "En køleventilator foran ser ikke ud til at være afgørende. Faktisk viste testning i nogle ekstreme situationer, at disse ventilatorer recirkulerede varm luft frem for at indføre kølig luft." Det kan være, at ventilatorer i sidepanelerne kan have en lignende skadelig virkning - muligvis ved at forstyrre den normale luftstrøm gennem kabinettet. Dette er imidlertid ubekræftet og varierer sandsynligvis med konfigurationen.

Lufttryk

1) Negativt tryk 2) Positivt tryk

Løst sagt betyder positivt tryk, at indtag i sagen er stærkere end udstødning fra sagen. Denne konfiguration resulterer i, at trykket inde i sagen er højere end i dets miljø. Negativt tryk betyder, at udstødning er stærkere end indtag. Dette resulterer i, at det interne lufttryk er lavere end i miljøet. Begge konfigurationer har fordele og ulemper, idet positivt tryk er den mere populære af de to konfigurationer. Negativt tryk resulterer i, at sagen trækker luft gennem huller og ventiler adskilt fra ventilatorerne, da de interne gasser vil forsøge at nå et ligevægtstryk med omgivelserne. Dette resulterer derfor i, at der kommer støv ind i computeren alle steder. Positivt tryk i kombination med filtreret indtag løser dette problem, da luft kun vil hældes til at blive udtømt gennem disse huller og ventilationsåbninger for at nå en ligevægt med sit miljø. Støv er derefter ude af stand til at komme ind i sagen, undtagen gennem indsugningsventilatorerne, som skal have støvfiltre.

Computertyper

Stationære computere

Illustration af køleluftens luftstrøm i en computerkasse under computerkøling

Stationære computere bruger typisk en eller flere blæsere til køling. Selvom næsten alle stationære strømforsyninger har mindst en indbygget blæser, bør strømforsyninger aldrig trække opvarmet luft inde i kabinettet, da dette resulterer i højere PSU-driftstemperaturer, som reducerer PSU'ens energieffektivitet, pålidelighed og generelle evne til at levere en stabil strømforsyning til computerens interne komponenter. Af denne grund har alle moderne ATX-kabinetter (med nogle undtagelser i tilfælde med meget lavt budget) en strømforsyningsholder i bunden med et dedikeret PSU-luftindtag (ofte med eget filter) under monteringsstedet, hvilket gør det muligt at PSU til at trække kølig luft ind under kabinettet.

De fleste producenter anbefaler at bringe kølig, frisk luft ind nederst foran på kabinettet og udmattende varm luft fra toppen bagpå. Hvis ventilatorer er monteret for at tvinge luft ind i kassen mere effektivt, end den fjernes, bliver trykket indeni højere end udvendigt, kaldet en "positiv" luftstrøm (det modsatte tilfælde kaldes "negativ" luftstrøm). Værd at bemærke er, at positivt indre tryk kun forhindrer støvophobning i kabinettet, hvis luftindtagene er udstyret med støvfiltre. En kuffert med negativt indvendigt tryk vil lide en højere støvophobning, selvom indtagene filtreres, da det negative tryk vil trække støv ind gennem en tilgængelig åbning i kassen

Luftstrømmen inde i den typiske desktop -taske er normalt ikke stærk nok til en passiv CPU -køleplade. De fleste stationære køleplader er aktive, inklusive en eller endda flere direkte tilsluttede blæsere eller blæsere.

Servere

En server med syv fans i midten af ​​chassiset, mellem drev til højre og hoved bundkort til venstre

Luk visning af serverkølere

Server køler

Hver server kan have et uafhængigt internt kølesystem; Server køleventilatorer i (1 U ) kabinetter er normalt placeret i midten af ​​kabinettet, mellem harddiskene foran og passive CPU -køleplader bagpå. Større (højere) kabinetter har også udstødningsventilatorer, og fra cirka 4U kan de have aktive køleplader. Strømforsyninger har generelt deres egne bagudvendte udstødningsventilatorer.

Rackmonterede kølere

Rack -kabinet er et typisk kabinet til vandret monterede servere. Luft trækkes typisk ind foran på stativet og udmattet bagtil. Hvert kabinet kan have yderligere køleindstillinger; for eksempel kan de have et modul til tæt kobling , der kan vedhæftes, eller integreres med skabselementer (f.eks. køledøre i iDataPlex -serverrack ).

En anden måde at rumme et stort antal systemer på et lille rum er at bruge bladchassis , orienteret lodret frem for vandret, for at lette konvektion . Luft opvarmet af de varme komponenter har en tendens til at stige, hvilket skaber en naturlig luftstrøm langs brædderne ( stakkeffekt ), og køler dem. Nogle producenter drager fordel af denne effekt.

Datacenter køling

Fordi datacentre typisk indeholder et stort antal computere og andre strømafledende enheder, risikerer de overophedning af udstyr; omfattende HVAC -systemer bruges til at forhindre dette. Ofte bruges et hævet gulv, så området under gulvet kan bruges som en stor plenum til kølet luft og strømkabler.

Direkte kontakt væskekøling er vist sig mere effektiv end luftkøling, hvilket resulterer i mindre fodaftryk, lavere kapitalkrav og lavere driftsomkostninger end luftkøling. Den bruger varm væske i stedet for luft til at flytte varme væk fra de varmeste komponenter. Energieffektivitetsgevinster ved flydende køling driver også dens vedtagelse.

Bærbare computere

En bærbar computers CPU og GPU køleribber, og kobbervarmerør overfører varme til en udstødningsventilator, der udsender varm luft

Varmen fjernes fra en bærbar computer af en udstødningscentrifugalventilator.

Bærbare computere præsenterer et vanskeligt mekanisk luftstrømdesign, strømafbrydelse og køleudfordring. Begrænsninger, der er specifikke for bærbare computere, omfatter: enheden som helhed skal være så let som muligt; formfaktoren skal bygges op omkring standardtastaturlayoutet; brugerne er meget tætte, så støj skal holdes på et minimum, og sagens udvendige temperatur skal holdes lav nok til at kunne bruges på et skød. Køling bruger generelt tvungen luftkøling, men varmeledninger og brugen af ​​metalchassiset eller kabinettet som en passiv køleplade er også almindelige. Løsninger til at reducere varme omfatter brug af lavere strømforbrug ARM- eller Intel Atom- processorer.

Mobile enheder

Mobilenheder har normalt ingen diskrete kølesystemer, da mobile CPU- og GPU -chips er designet til maksimal strømeffektivitet på grund af begrænsningerne i enhedens batteri. Nogle enheder med højere ydeevne kan omfatte en varmespreder, der hjælper med at overføre varme til det eksterne etui på en telefon eller tablet.

Se også

• CPU -strømafbrydelse
• Termisk designkraft
• Termisk styring af elektroniske apparater og systemer

Referencer

eksterne links

• CPU -køligere tommelfingerregler
• Nedsænkningskøling Patentansøgning
• DIY nedsænkningskøling ( fisketank + mineralolie) Gametrailers.com Forum - Videoer [1] . [2] , [3] .
• "Microsofts nye måde at køle sine datacentre på: Kast dem i havet" .