Вступ
Останнім часом гонка продуктивності настільних ПК піднялася на новий рівень. Ростуть тактові частоти, обчислювальні потужності, відбувся перехід на багатоядерну архітектуру, відбулося впровадження архітектури х64 покликане підняти продуктивність ПК на новий рівень. Але є зворотний бік медалі. При збільшенні тактових частот відповідно збільшується тепловиділення електронних компонентів. Так як у електронних схем працездатність забезпечується при вузькому діапазоні температур, то збільшення тепловиділення не може відбуватися нескінченно.
Саме тому, одним з провідних напрямків в роботі персонального комп'ютера є його система охолодження. Вона відповідає за підтримку оптимальної температури для роботи всіх компонентів. Іноді стандартного охолодження не вистачає, що б охолоджувати компоненти до потрібної температури, для цього встановлюється додаткове охолодження або воно модернізується.
При складанні потужних ПК використовуються безліч кулерів для активного охолодження або встановлюються додаткові мідні радіатори для пасивного охолодження, в деяких випадках цього мало, тому застосовують водну систему охолодження. Будова охолоджувальної конструкції може бути найрізноманітнішою – з водяною помпою або без, з різною кількістю вентиляторів. В якості холодоагенту може використовуватися як вода, так і будь-яка інша рідина з хорошим показником провідності тепла.
1. Загальний частина
1.1 Призначення системи охолодження персонального комп'ютера
Основою майже всіх комплектуючих комп'ютера є інтегральні мікросхеми - кристали кремнію, що складаються з сотень тисяч мікроскопічних напівпровідникових елементів - транзисторів. Велика частина енергії електричного струму, який проходить через ці транзистори під час роботи, перетворюється в тепло.
Технологія виробництва мікросхем безперервно удосконалюється, дозволяючи з більшою щільністю "упаковувати" в них елементи, що, з одного боку, знижує виділення тепла (так як дозволяє використовувати меншу напругу живлення), а з іншого-збільшує його.
Різні системи охолодження застосовуються для охолодження оперативної пам'яті, чіпсетів, відеокарт, жорстких дисків, корпусів і процесорів. Для зниження температури всього системного блоку застосовуються спеціальні вентилятори і блоки вентиляторів, спецвентілятори ставлять на призначені для них посадочні місця, а блоки вентиляторів розташовують в відсіках 3,5 "і 5,25". Для материнських плат системне охолодження зазвичай проводиться в формі заглушок PCI-слотів.
Для охолодження різних елементів системного блоку: жорстких дисків, відеокарт, процесорів і оперативної пам'яті застосовуються різні радіатори і вентилятори. Їх ставлять і в відсіки, і в PCI-слоти корпусу ПК, і безпосередньо встановлюють на самі пристрої. Вибір системи охолодження повинен проводитися в залежності від того, для якого саме пристрою планується оптимізувати температурний режим.
1.2 Різновиди охолодження компонентів персонального комп'ютера
В даний час розроблено досить велику кількість систем охолодження, які відрізняються один від одного принципом функціонування системи відводу тепла, тобто середовища, використовуваного для відводу тепла. Охолодження може бути: повітряним, водяним, кріогенним, нітрогенним.
Повітряне (аерогенне) - це пасивне охолодження плюс кулер, тобто радіатор з встановленим зверху вентилятором. Кулер - це, як відомо, вентилятор, що встановлюється наприклад, на процесор або на графічне ядро. Абсолютно всім вентиляторам властива маса характеристик, по яких можна оцінити їх профпридатність. Розміри вентилятора виражаються як висота х ширина х висота. Наприклад, 80х80х20. Всі значення виражаються в мм (міліметрах). Тут є різниця між розміром корпусу вентилятора (розмір кулера, записується як довжина/ширина) і розміром власне квадрата, в який вписане коло крильчатки (розмір вентилятора * довжина * ширина). Розмір кулера по всіх параметрах на пару міліметрів вище, ніж розмір вентилятора. Зазвичай про розміри кулера говорять не 80х80х20, а просто 80х80 (вісімдесят на вісімдесят). Кулери бувають розміром 40х40, 50х50, 60х60, 70х70, 80х80 і 120х120. Найпоширеніші - 40х40, 80х80 і 120х120.
Рисунок 1.1 - Повітряне охолодження
Тип підшипника: крильчатка вентилятора крутиться або підшипником ковзання (гільзовий), або підшипником кочення (кульковий). Вентилятор з таким підшипником просто весь обріс недоліками, до яких відносяться: невисокий термін служби в порівнянні з підшипником кочення, який ще й скорочується при знаходженні вентилятора з таким підшипником поблизу температури вище 50оС;. Переваг у кулерів з підшипником ковзання тільки два - вони дуже дешеві в порівнянні зі своїми шаровими-побратимами і тихіше працюють. Підшипник кочення. Пристрій дещо інший. Недоліки таких кулерів зворотні перевагам гільзових-кулерів , кулькові дорожче і гучніше, ніж гільзові. У плюсах - стійкість до високої температури, що передається радіатором, і велика довговічність.
Існує також комбіноване рішення: Вентилятор, який обертають і гільзовий і кульковий-підшипник. В даному випадку другий збільшує довговічність і знижує рівень шуму. Також бувають вентилятори з підшипником ковзання, але на їх роторі нарізана різьба, яка при обертанні не дає мастилі стікати в низ, завдяки чому вона безперервно циркулює всередині втулки.
Кількість обертів на хвилину. Швидкість обертання крильчатки вентилятора. Вимірюється даний параметр в RPM (Rotations Per Minute) і чим більше це значення, тим краще. Як правило, становить від 1500 до ... важко сказати скільки, так як значення rpm постійно підвищується виробниками. Але майте на увазі, що чим швидше крутиться вентилятор, тим голосніше він шумить. Тут вже доводиться вибирати: або швидкість, холод і шум, або тиша і високі температури. Роботу будь-якого вентилятора можна сповільнити, знизивши напругу, яка подається на мотор. Це можна зробити підключенням до канал 7 або навіть 5 V замість 12 V, або впайкой резистора 10-70 Ом в розрив дроту живлення вентилятора. Але майте на увазі! При подачі занадто низької напруги (нижче 6 V) вентилятору може просто не вистачити пороху, і він не заведеться, не забезпечить належного охолодження, через що охолоджувана їм залізяка просто загнеться, перегрівшись. Так що будьте обережні з заниженням живлення. Обсяг прогонюваного повітря за одну хвилину. Також називають ефективністю.
Вимірюється в CFM (Cubic Feet per Minute). Чим вище CFM, тим голосніше шум, видаваний вентилятором.
Рівень шуму. Вимірюється в дБ. Залежить від величини двох попередніх параметрів. Шум може бути механічним і аеродинамічним. На механічні шуми впливають величини RPM і CFM. Аеродинамічний залежить від кута загину крильчатки. Чим він вищий, тим сильніше б'ється повітря про лопаті і тим голосніше гул.
Спосіб підключення живлення. PC Plug (напряму до БП) або Molex (до материнської плати).
Рисунок 1.2 - Водяне охолодження
Водяне охолодження. Складається з ватерблока, радіатора, резервуара з водою або холодоагентом, помпи і сполучних шлангів (рисунок 1.2). Ватерблок з двома роз'ємами (штуцерами) для вхідного і вихідного шланга встановлюється на процесорі. До радіатора по вхідному шлангу з помпи закачується охолоджена вода (холодоагент), проходить через нього і по вихідному шлангу, будучи нагрітої теплом процесора, рухається до другого радіатора (на який встановлюється вентилятор), щоб віддати тепло, взяте у CPU. Після цього вода потрапляє назад в помпу, і цикл перекачування повторюється. Характеристики вентиляторів ви можете подивитися вище, а в самії водяній СО тільки два параметри: обсяг резервуара і потужність помпи. Перший вимірюють в л (літрах), а потужність – в
л / год. Чим вище потужність, тим вище видаваний помпою шум. Водяне охолодження має перевагу перед повітряним, так як використовується охолоджувальне речовина має набагато більшу теплоємність, ніж повітря, і тому ефективніше відводить тепло від того, що гріється. Але, не дивлячись ні на що, водяне охолодження не дуже поширене в силу своєї дорожнечі щодо повітряного охолодження і небезпеки короткого замикання в разі розгерметизації і протікання. Дуже шанована «оверлокерами», так як добре збиває температуру у розігнаних елементів.
Рисунок 1.3 - Кріогенне охолодження
Кріогенне охолодження. СО, яка охолоджує чіп за допомогою спеціального газу - фреону. Складається вона з компресора, конденсатора (конденсора), фільтра, капіляра, випарника і втягуючої трубки (рисунок 1.3). Працює фреонка наступним чином: газоподібний фреон поступає в компресор і там нагнітається. Далі газ під тиском потрапляє в конденсатор, де перетворюється в рідину і виділяє енергію в тепловому вигляді. Ця енергія розсіюється конденсатором в навколишнє середовище. Далі фреон, уже будучи рідиною, перетікає у фільтр, де очищається від випадкового сміття, яке може потрапити в капіляр і, закупоривши його, вивести систему охолодження з ладу. З капіляру рідкий фреон потрапляє у випарник, де під дією переданого від випарника тепла починає кипіти, активно поглинаючи одержувану від процесора теплову енергію, і по всмоктуючії трубці потрапляє назад в компресор і цикл повторюється.
Данна СО не поширена в силу своєї дорожнечі і необхідності поповнення фреону, так як він з часом випаровується і його доводиться додавати з систему охолодження. Також ефективна при розгоні, так як здатна створювати мінусові температури.
Рисунок 1.4 – Нітрогенне охолодження
Нітрогенне охолодження. Вся система охолодження складається із середніх розмірів ємності з залитим туди рідким азотом (рисунок 1.4). Нічого і нікуди не треба не підводити, не відводити. При нагріванні процесором рідкий азот випаровується, і, досягаючи "стелі" ємності, стає рідким і знову потрапляє на дно і знову випаровується. Нітрогенне охолодження, також як і фреонне, здатне забезпечити мінусову температуру (приблизно-196оС). Незручність у тому, що рідкий азот, також, як і фреон, має звичку википати, і доводиться додавати його в чималих кількостях. Крім того, азотне охолодження досить дороге.
Які компоненти нагріваються сильніше:
центральний процесор для настільного ПК містить до 820 мільйонів транзисторів, а адже чим больше транзисторів, тим сильніше нагрів! Зростає виділення тепла і в міру збільшення тактових частот. Тому не дивно, що найбільш потужні моделі процесорів при інтенсивній обчислювальної навантаженні можуть виділяти до 140 Вт тепла;
відеокарта - малопотужним відеоадаптерам для охолодження графічного процесора буде цілком достатньо невеликого радіатора без вентилятора. А от високопродуктивні відеокарти, призначені для ігор, можна визнати чи не найбільшими споживачами енергії з усіх комплектуючих ПК. Сучасні "наворочені" моделі споживають до 220 Ватт потужності, і більша її частина перетворюється в тепло. З цієї причини такі пристрої вимагають установки великогабаритної системи охолодження з масивним радіатором і повітряної "турбіною";
материнська плата - гарне охолодження потрібно чіпсету і елементам системи живлення процесора;
блок живлення - сучасні комп'ютери оснащуються блоками живлення щонайменше 400-ватної потужності. В ігрових системах з потужним процесором і двома відеокартами нерідко ставлять БП потужністю аж до 1000 ВТ. Тому майже всі блоки живлення мають один, а то і два вбудовані вентилятора охолодження. Виняток становлять пасивні БП, які охолоджуються величезним радіатором, виступаючим за межі корпусу ПК.