Aircooling: Διαχρονικά αξιόπιστο

[insomnia.gr]

Αν και όλο και περισσότεροι χρήστες χρησιμοποιούν πλέον ολοκληρωμένα και εργοστασιακά σφραγισμένα συστήματα υδρόψυξης (κλειστού βρόγχου ή κλειστού «κυκλώματος» τύπου AIO ή All-In-One), η πλειοψηφία εξακολουθεί να εμπιστεύεται την αερόψυξη, δηλαδή τις τυπικές ψύκτρες με ανεμιστήρες.

Οι βασικοί λόγοι που πολλοί χρήστες εγκαθιστούν ακόμα τις κλασικές ψύκτρες στους υπολογιστές τους είναι δύο: εμπιστοσύνη και κόστος. Στη δεύτερη περίπτωση, τα πράγματα είναι απλά, καθώς κατά κανόνα, οι τυπικές ψύκτρες είναι πιο προσιτές από ένα σύστημα υδρόψυξης και χωρίς να υπάρχουν σημαντικές διαφορές στην απόδοση όταν πρόκειται για καθημερινή χρήση (υπάρχουν βεβαίως και αρκετά παραδείγματα που μία λύση αερόψυξης είναι ακριβότερη από μία λύση υδρόψυξης, ωστόσο τέτοιες περιπτώσεις σπανίζουν ή συγκρίνονται διαφορετικής κατηγορίας λύσεις όπως ένα υψηλών προδιαγραφών προϊόν αερόψυξης με ένα οικονομικότερο ή προηγούμενης γενιάς προϊόν υδρόψυξης). Όταν δεν πρόκειται για απλή χρήση και μπαίνει στην εξίσωση ο υπερχρονισμός -κυρίως- τότε ένα σύστημα υδρόψυξης είναι μία καλύτερη, πιο ολοκληρωμένη λύση (υπάρχουν βεβαίως και εξαιρέσεις, με ψύκτρες όπως η νέα Dark Rock Pro 5 που «αντέχει» 270W ωστόσο περισσότερα για τη συγκεκριμένη περίπτωση αναφέρουμε παρακάτω).

Όσον αφορά στην πρώτη περίπτωση, της εμπιστοσύνης δηλαδή, πολλοί χρήστες δεν φαίνεται να είναι ακόμα σε θέση να εμπιστευτούν ένα σύστημα υδρόψυξης ή υγρόψυξης έστω και αν είναι εργοστασιακά σφραγισμένο. Τους φαίνεται πολύ προχωρημένη και τολμηρή ιδέα η τοποθέτηση ενός αρθρωτού συστήματος ψύξης με σωληνώσεις γεμάτες με υγρό εντός του υπολογιστή τους -έστω και αν γνωρίζουν ότι το ειδικό υγρό δεν πρόκειται να προκαλέσει βλάβη ακόμα και σε περίπτωση διαρροής.

Αυτοί είναι και οι βασικότεροι λόγοι που οι ψύκτρες εξακολουθούν να είναι δημοφιλείς στις μέρες μας (υπάρχουν βεβαίως και πολλές περιπτώσεις που η εγκατάσταση μίας ψύκτρας, με ή χωρίς ανεμιστήρα, είναι υποχρεωτική καθώς ενδέχεται να υπάρχουν περιορισμοί εξαιτίας του συντελεστή μορφής του υπολογιστή) αν και όπως αναφέραμε και στην εισαγωγή τα συστήματα υδρόψυξης αποκτούν σταδιακά ολοένα και μεγαλύτερο μερίδιο στην αγορά.

Αύξηση της πυκνότητας θερμοροής: ένα διαρκές ζήτημα

Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας, οι ηλεκτρονικές συσκευές γενικότερα -συμπεριλαμβανομένων και των ημιαγωγών- εξελίσσονται σιγά, σιγά προς την κατεύθυνση της «ενσωμάτωσης», της σμίκρυνσης και της λεπτότητας με όσο το δυνατόν λιγότερους συμβιβασμούς στην απόδοση. Αν και είναι φανερή η προσπάθεια των εταιρειών να ελαχιστοποιήσουν την κατανάλωση, σχεδόν πάντα, οι υψηλές επιδόσεις συνοδεύονται από υψηλή κατανάλωση ενέργειας. Δείτε για παράδειγμα έναν υπερσύγχρονο επεξεργαστή x86-64 όπως είναι ο Core i9-13980HX της Intel για φορητούς υπολογιστές: με την ενισχυμένη συχνότητα -Thermal Velocity Boost- να αγγίζει τα 5,6GHz, η κατανάλωση του, έστω και στιγμιαία, αγγίζει τα 157W. Στην αγορά των επιτραπέζιων υπολογιστών (desktop), 170W είναι το TDP (Thermal Design Power) του AMD Ryzen 9 7950X που κατασκευάζεται με την εξαιρετικά προηγμένη μέθοδο 5nm FinFET της TSMC.

Η ενσωμάτωση και το μικρό πάχος και μέγεθος των σημερινών επεξεργαστών -και γενικότερα των chips- έχουν ως αποτέλεσμα τη μείωση της επιφάνειας διάχυσης και απομάκρυνσης της θερμότητας και παράλληλα την αύξηση της πυκνότητας ροής θερμότητας ή την πυκνότητα θερμοροής (W/m²).

Σύμφωνα με τελευταίες έρευνες, η πυκνότητα ροής θερμότητας που προκαλείται από την ταχύτατη μεταφορά δεδομένων και την υψηλή συχνότητα φτάνει σε ορισμένες περιπτώσεις τα 200 W/cm² και αυτό έχει ως αποτέλεσμα την ταχεία θέρμανση της επιφάνειας των επεξεργαστών -και γενικότερα των μικροτσίπ- που επηρεάζει την αξιοπιστία και τη διάρκεια ζωής τους.

Αυτή η υψηλή πυκνότητα ροής θερμότητας, που προκαλείται κυρίως από την ανισορροπία μεταξύ της παραγωγής θερμότητας και της απομάκρυνσης της θερμότητας, αποτελεί τον μεγαλύτερο παράγοντα που εμποδίζει την κανονική λειτουργία των επεξεργαστών (κάπου θα έχετε ακούσει ή διαβάσει για throttling). H ανομοιόμορφη θερμοκρασία στην επιφάνεια του die (ή των chiplets) του επεξεργαστή είναι επίσης ένας παράγοντας που οδηγεί σε μειωμένη απόδοση, κατάρρευση και αστοχίες -παρά τις προσπάθειες ισομερής κατανομής των διάφορων στοιχείων-μικροκυκλωμάτων στο εσωτερικό του επεξεργαστή ή τη χρήση θερμοδιαχύτη (heatspreader) στη συσκευασία. Επομένως, η ανάγκη για ταχύτερη και αποτελεσματικότερη απομάκρυνση της θερμότητας είναι μεγάλη.    

Ανατομία μίας ψύκτρας

Ο ρόλος μίας ψύκτρας είναι κρίσιμης σημασίας για ένα σύστημα υπολογιστή καθώς φροντίζει να απομακρύνει ή να απάγει -όπως συνηθίζεται να λέμε- την υψηλή θερμότητα που αναπτύσσεται από τον επεξεργαστή εξαιτίας της υψηλής συχνότητας λειτουργίας του και του ηλεκτρικού ρεύματος που διαρρέει στο εσωτερικό του. Μία εργοστασιακή ψύκτρα (Stock CPU Cooler) είναι ελεγμένη και πιστοποιημένη για να διατηρεί τη θερμοκρασία του επεξεργαστή εντός των επιτρεπτών ορίων θερμοκρασίας για τη σωστή λειτουργία του. Πολλοί ωστόσο χρήστες υπερχρονίζουν τον επεξεργαστή τους, και ορισμένες φορές, για να σταθεροποιήσουν τη λειτουργία του πυρήνα σε μία συγκεκριμένη συχνότητα λειτουργίας ενισχύουν την τάση (Vcore). Η αύξηση της τάσης και της συχνότητας λειτουργίας, έχουν ως αποτέλεσμα την αύξηση της παραγόμενης θερμότητας, οπότε σε εφαρμογές υπερχρονισμού (overclocking), η χρήση μίας ανώτερης, aftermarket λύσης είναι απαραίτητη.

Πτερύγια

Οι ψύκτρες aftermarket διαθέτουν περισσότερο προσεγμένη σχεδίαση και ανώτερο ανεμιστήρα και συνήθως έχουν έναν μεγάλο ή δύο «πύργους» από πτερύγια αλουμινίου ή χαλκού σχεδιασμένα να μεγιστοποιούν την θερμοαπαγωγική επιφάνεια -άλλες φορές βαμμένα με ηλεκτροστατική ή άλλου τύπου κεραμική για παράδειγμα επίστρωση. Επίσης, διαθέτουν μία επίπεδη βάση που συνήθως είναι κατασκευασμένη από χαλκό και χάλκινους συνήθως -ή αλουμινένιους- θερμικούς αγωγούς ή θερμαγωγούς (heatpipes) που στο εσωτερικό τους περιλαμβάνουν μεταξύ άλλων υγρό, το οποίο εξατμίζεται και στη συνέχεια υγροποιείται σε μία διαδικασία που επαναλαμβάνεται διαρκώς.

 

Οι περισσότερες σημερινές λύσεις εφοδιάζονται με έναν ανεμιστήρα 90, 120 ή 140 mm και κάποιες με δύο ανεμιστήρες, που διαθέτουν ειδικά σχεδιασμένα πτερύγια που ελαχιστοποιούν την αντίσταση του αέρα και κατευθύνουν κατάλληλα τους στροβιλισμούς. Σε πολλές περιπτώσεις, ένας πύργος διαθέτει περισσότερα από 50 πτερύγια σε αριθμό που βρίσκονται σε συγκεκριμένη απόσταση μεταξύ τους.

Αγωγοί θερμότητας ή θερμαγωγοί (heatpipes)

Ο αγωγός θερμότητας ή θερμικός αγωγός είναι μία συσκευή που σχεδιάστηκε με βάση τις αρχές της θερμικής αγωγιμότητας και της αλλαγής φάσης για την αποτελεσματική μεταφορά θερμότητας μεταξύ δύο επιφανειών από δύο στερεά. Στη μία άκρη του αγωγού, το υγρό που υπάρχει στο εσωτερικό και έρχεται σε επαφή με μία θερμικά αγώγιμη στερεή επιφάνεια, σαν αυτή της βάσης της ψύκτρας, μετατρέπεται από την υγρή σε αέρια μορφή (σε ατμό) έχοντας απορροφήσει τη θερμότητα τη συγκεκριμένη επιφάνεια. Καθώς κινείται κατά μήκος του αγωγού θερμότητας, ψύχεται, και στο τέλος της διαδρομής, στην άλλη άκρη δηλαδή του αγωγού που είναι ψυχρότερη, συμπυκνώνεται ξανά στην υγρή μορφή του, απελευθερώνοντας τη λανθάνουσα θερμότητα. Χωρίς αυτή τη διαδικασία, ένας χάλκινος, μασίφ ή ακόμα και κούφιος αγωγός δεν θα μπορούσε να είναι το ίδιο αποτελεσματικός.

Σε υγρή μορφή, επιστρέφει στη συνέχεια στην θερμότερη άκρη του θερμαγωγού -ανάλογα την εφαρμογή είτε μέσω φυγοκεντρικής δύναμης, είτε μέσω τριχοειδούς δράσης ή μέσω της βαρύτητας- με τον κύκλο να επαναλαμβάνεται διαρκώς. Πολλές λύσεις ψύκτρας διαθέτουν πολλαπλούς αγωγούς θερμότητας. Η Dark Rock Pro 5 της be quiet! για παράδειγμα διαθέτει 7 υψηλής απόδοσης αγωγούς θερμότητας με ειδική επίστρωση που περιλαμβάνει κεραμικά μικροσωματίδια. 

Πως κατασκευάζονται; Φλοίδες χαλκού τυλίγονται τυλίγεται γύρω από μεγάλους κυλίνδρους για να αποκτήσουν σχήμα και αργότερα, καθαρίζονται, κόβονται, γεμίζονται με ένα μείγμα σκόνης χαλκού και τοποθετούνται σε «φούρνους» όπου ψήνονται στους 980°C -πρόκειται για μία διαδικασία που διαρκεί περίπου οκτώ ώρες και ονομάζεται πύρωση ή πυροσυσσωμάτωση. Στα τελευταία στάδια, ο αέρας που υπάρχει στο εσωτερικό τους απομακρύνεται για να πάρει τη θέση του απιονισμένο νερό  -μόνο μερικά χιλιοστόλιτρα ανά σωλήνα.

Βάση

Όπως αναφέραμε και πιο πάνω, οι περισσότερες σημερινές ψύκτρες διαθέτουν χάλκινες βάσεις, για να μεγιστοποιηθεί η αποτελεσματικότητα και η ταχύτητα μεταφοράς της θερμότητας από τον θερμοδιαχύτη του επεξεργαστή στην ψύκτρα. Στη περίπτωση της Dark Rock Pro 5, η χάλκινη βάση είναι επινικελωμένη και επομένως, δεν υπάρχει φόβος για διάβρωση αν χρησιμοποιηθεί κάποιο θερμοαγώγιμο υλικό «υγρού μετάλλου» όπως το DC2 Pro.

 

 

Ανεμιστήρες

Ανεμιστήρες υπάρχουν πολλοί και διαφορετικοί, με φτερωτή με «λεπίδες» που έχουν σχεδιασμό που ποικίλει (π.χ. με αυλακώσεις, με ανομοιογενή ή κυματοειδή επιφάνεια), με σφαιρικά ρουλεμάν, υδροδυναμικά ή μαγνητικής αιώρησης ρουλεμάν και με 4-πολικά ή 6-πολικά μοτέρ πολλαπλών φάσεων.

Η τεχνολογία Pulse Width Modulation (PWM) επιτρέπει στους συμβατούς ελεγκτές (με βύσματα 4-ακίδων), συμπεριλαμβανομένων και εκείνων που είναι ενσωματωμένοι σε πολλές μητρικές, να μεταβάλλουν με έξυπνο τρόπο την ταχύτητα περιστροφής και συνεπώς τον παραγόμενο θόρυβο. Χάρη στην τεχνολογία PWM αυξάνεται η ψυκτική ικανότητα όταν απαιτείται ή επιτυγχάνεται λειτουργία με χαμηλότερα επίπεδα θορύβου.

 

Στη περίπτωση της Dak Rock Pro 5, υπάρχει ένας διακόπτης στο άνω τμήμα της ψύκτρας, ο οποίος επιτρέπει στον χρήστη να επιλέξει μεταξύ δύο λειτουργιών: αθόρυβη λειτουργία (Q) ή υψηλή απόδοση (P).

 

Μερικές συμβουλές

• Επιλέξτε ένα προϊόν που περιλαμβάνει όλα τα εξαρτήματα που θα το καθιστούσαν συμβατό με όλες -ή σχεδόν με όλες- τις σύγχρονες πλατφόρμες (π.χ. Intel LGA1700, AMD AM5) ώστε σε περίπτωση μετάβασης από την μία πλατφόρμα στην άλλη, λόγω αναβάθμισης, να μην απαιτηθεί και η αλλαγή της ψύκτρας.
   
• Φροντίστε η ψύκτρα που θα επιλέξετε να διαθέτει τουλάχιστον χάλκινη βάση ή χάλκινους θερμοαγώγιμους σωλήνες άμεσης επαφής ώστε η θερμότητα από τον μεταλλικό διαχύτη του επεξεργαστή να μεταφέρεται ταχύτερα και αποτελεσματικότερα.
   
• Αν και οι ψύκτρες που είναι κατασκευασμένες εξολοκλήρου από χαλκό παρέχουν κατά γενική ομολογία αποτελεσματικότερη ψύξη από εκείνες που συνδυάζουν το αλουμίνιο με το χαλκό ή είναι κατασκευασμένες ως επί το πλείστον από αλουμίνιο, εντούτοις είναι σπάνιες, καθώς είναι αρκετά ακριβότερες. Η χρησιμοποίηση του χαλκού (δείκτης θερμικής αγωγιμότητας 397 °C * W/m έναντι 238 °C * W/m του αλουμινίου και 427 °C * W/m του ασημιού) έναντι του αλουμινίου ήταν δημοφιλής μία εποχή, ωστόσο το κόστος ανέβηκε σε τέτοια επίπεδα που πολλές εταιρείες εγκατέλειψαν τη χρήση του, τουλάχιστον για το ευρύτερο τμήμα της αγοράς.

• Η ειδική σχεδίαση των ψυκτρών επιτρέπει στον αέρα από τον προσαρμοσμένο ανεμιστήρα να φτάσει σε όσο το δυνατόν μεγαλύτερη επιφάνεια στην ψύκτρα -χρησιμοποιώντας εκατοντάδες, λεπτής κατασκευής πτερύγια- ενώ εφόσον μία εταιρεία έχει προχωρήσει και σε μελέτες αεροδυναμικής, θερμοδυναμικής και υλικών, μπορεί να επιτύχει λιγότερο θορυβώδη λειτουργία. Όσα περισσότερα πτερύγια έχει μια ψύκτρα [fins] τόσο μεγαλώνει η θερμοαγώγιμη επιφάνεια και άρα τόσο ταχύτερη –με τη βοήθεια βεβαίως του ανεμιστήρα της ψύκτρας και των υπόλοιπων ανεμιστήρων του συστήματος– είναι η απαγωγή της και η μεταφορά της θερμότητας από τη ψύκτρα προς το περιβάλλον. Είναι προτιμότερο μια ψύκτρα να διαθέτει πολλά αλλά λεπτότερα πτερύγια (fins) παρά λιγότερα και παχύτερα.
   
• Οι θερμοαγώγιμες σωληνώσεις ή θερμαγωγοί (heatpipes) που στο εσωτερικό τους διαθέτουν ένα ειδικό ψυκτικό μέσο, έφεραν επανάσταση στο σχεδιασμό των ψυκτρών καθώς διαπιστώθηκε ότι η χρήση τους εξασφαλίζει τη ταχύτερη μεταφορά της θερμότητας από τη βάση προς τα πτερύγια της ψύκτρας.
   
• Προτιμήστε ψύκτρα που να διαθέτει ανεμιστήρα διαμέτρου τουλάχιστον 120mm ή 140mm.Τα μεγαλύτερα πτερύγια σε συνδυασμό με χαμηλό ρυθμό περιστροφής έχουν όμοια ψυκτική ικανότητα με ένα μικρότερο πολύστροφο ανεμιστήρα αν και βεβαίως στις μέρες μας ο ρυθμός περιστροφής ρυθμίζεται δυναμικά χάρη σε καινοτομίες που έχουν ενσωματωθεί στις σύγχρονες μητρικές κάρτες.
   
• Ελέγξτε για τη συμβατότητα της ψύκτρας με τις μνήμες. Αν οι μνήμες διαθέτουν ογκώδη θερμοδιαχύτη ενδέχεται να «βρίσκουν» στην ψύκτρα. Ελέγξτε ότι η ψύκτρα αφήνει αρκετό χώρο για τις μνήμες.
   
• Μία από τις πιο ολοκληρωμένες λύσεις της αγοράς είναι η ψύκτρα Dark Rock Pro 5. Η νέα αυτή ψύκτρα από την be quiet! διαθέτει πολύ υψηλή ποιότητα κατασκευής και υπόσχεται πολύ καλή απόδοση σε όλες σχεδόν τις συνθήκες.

[Psyber]

Το ειδικό υγρό δε θα προκαλέσει βλάβη σε περίπτωση διαρροής; Που τα διαβάζουμε αυτά άραγε;....

[ontariyo]

εγω δεν θα τοποθετουσα τοσο ψηλη ψηκτρα και βαρια με τον χρονο προκαλει τραυματισμο στο σοκετ της μητρικης.

πρεπει να βρουνε αλλο τροπο να σφραγιζει ορμητικα ο επεξεργαστης - ψηκτρα