Zračno hlajenje

ZRAČNO HLAJENJE

Vitalni deli računalnika pri svojem ''delu'' proizvedejo razmeroma velike količine toplote, ki se pa mora odvesti od le-teh komponent, saj previsoka temperatura lahko povzroči okvare strojne opreme. Najpogostejša varianta odvajanja toplote in hlajenja vročih kosov strojne opreme je zračno hlajenje. Pri le-tem se zrak usmeri na vročo površino strojne opreme, ki je ponavadi opremljena še z različnimi kovinskimi hladilnimi rebri, ki učinkoviteje odvajajo toploto in jo tudi učinkoviteje oddajo v okolico. Med zračna hlajenja štejemo pasivna zračna hlajenja ( samo hladilno telo, brez ventilatorja) in zračna hlajenja, kjer skrbi za pretok zraka čez hladilna rebra še ventilator.

FIZIKALNO OZADJE SEGREVANJA KOMPONENT( by: Jackal)

MOSFET
(kratica za Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) tranzistorji so najpogostejši in glavni sestavni del modernih mikročipov. Za globje razumevanje zakaj se razni procesorji v današnjih računalnikih segrevajo, pa je potrebno nekaj fizikalne razlage.



Ime FET prihaja od Field Effect Transistor, kar pomeni tranzistor, ki s pomočjo električnega polja ustvarja v polprevodniku prevoden kanal med izvorom (S - source) in ponorom (D - drain).
Drugi del imena (MOS) pa prihaja iz materialov uporabljenih za izdelavo tranzistorja. Osnova tranzistorja je substrat različno dopiranega polprevodnika. To, da je polprevodnik (Semiconductor) dopiran pomeni le to, da so mu primešane različne primesi, ki mu povečajo električno prevodnost.
Na plasti polprevodnika je potem nanešena še plast oksida (Oxide) in na oksidu je narejena elektroda vrat (G – Gate). V preteklosti je bila elektroda vrat narejena iz kovine (Metal). Dandanes se elektroda vrat naredi kar iz polisilicija, ker omogoča izdelavo hitrejših integriranih vezij.

Tranzistor si lahko predstavljate kot pipo z vodo - ventil pipe je kot vrata (G - gate) tranzistorja - spušča vodo iz rezervoarja v umivalnik. Rezervoar pri tranzistorju predstavlja izvor (S - source), umivalnik pa ponor (D - drain). Animacija

V proizvodnem postopku nastajajo tranzistorji iz večih plasti. Poenostavljen proizvodni postopek je prikazan tukaj
Vsi tisti pa ki bi radi izvedeli kaj več o izdelavi integriranih vezij pa ste vabljeni, da obiščete sledeči povezavi ->
Fabrication %28semiconductor%29 @ Wikipedia
Integrated circuit @ Wikipedia

Med samim postopkom izdelave integriranega vezja se uporabljajo razni postopki osvetljevanja mask, jedkanja, ionske implantacije, dopiranja in še bi lahko naštevali.
Problem teh postopkov je ta, da morajo biti zelo natančni, saj gre za zelo majhne dimenzije in še manjše tolerance. Že samo pri nanosu fotolaka je nemogoče zagotoviti čisto enakomerno razporejenost po celotni rezini polprevodnika.
En od glavnih razlogov, zakaj so oznake (steppingi) procesorjev tako pomembne, izhaja iz osvetljevanja fotolaka na polprevodniku z maskami. Namreč teh mask ni mogoče poravnati absolutno točno in pri tem najbolj trpijo ravno vezja, ki so najbolj na robovih rezine. Problem je še najbolj nazorno prikazan na spodnji sliki.

Za ponazoritev sta na silicijevi rezini narisana samo dva čipa - en na sredini in en ob robu.



Silicijeva rezina med izdelavo



Poenostavljena maska za našo silicijevo rezino.
Resnične maske za osvetljevanje izgledajo pa tako:



Pri poravnavi maske na silicijevo rezino pa lahko pride do napak.



Tako bo pri CPU 2 v tem koraku nastala precej zamaknjena plast, medtem ko se ri CPU 1 to skoraj ne bo poznalo.
Seveda je risba narisana močno pretirano. V resnici gre tu za zamike par nanometrov.


Zakaj se mikročipi segrevajo?

Iz zgradbe samega tranzistorja lahko vidimo, da elektroda vrat (G) in silicij pod njo delujeta kot kondenzator. V stanju 0 je ta kondenzator prazen - tranzistor ne prevaja, v stanju 1 pa je elektroda vrat pod napetostjo (kondenzator je nabit) - tranzistor prevaja.
Seveda pa ti kondenzatorji niso čisto idealni, zato v mirovnem stanju nekaj naboja že izgubimo preko izolatorja (oksida), vendar ta del sploh ni problematičen.
Največje izgube tako nastanejo pri preklopih tranzistorja med svojima stanjema 0 in 1.
Pri preklopu iz 0 v 1 se elektroda vrat nabije z nabojem. V tem primeru nastane nekaj izgub zaradi same upornosti priključnih žic.
Pri preklopu iz 1 v 0 se mora pa elektroda vrat razelektrit - kar pomeni, da mora naboj, ki je trenutno na elektrodi nekam odteči. Najlažje je tako spraznit naboj preko nekakšnega upora. Ker pa integrirani upori zavzamejo (pre)veliko površine na dragoceni silicijevi rezini, se namesto upora uporabi kar t.i. bremenski tranzistor.
Vsakdo pa ve, da se pri toku skozi nekakšen upor začne le-ta segrevat. In nič drugače ni v mikročipu - bremenski tranzistor se pri preklopu stanja iz 1 v 0 segreva.

Moč segrevanja pa je seveda odvisna od tega, kolikokrat v časovni enoti tranzistor preklopi med stanjema in pa seveda od same napetosti na elektrodi vrat - Kar v jeziku navijalcev računalnikov pomeni močnejše segrevanje pri navijanju in močnejše segrevanje pri višanju napetosti, ki jo različni procesorji rabijo za delovanje

KAKO IN KAJ?

Zračno hlajenje lahko razdelimo glede na komponente ki se hladijo:
-hlajenje CPU-ja
-Hlajenje GPU-ja
-Hlejenje chipseta
-Hlajenje trdih diskov
- hlajenje drugih komponent
-prezračenost ohišja


Kako je sestavljen zračni hladilnik?

Najbolj razširjen zračni hladilnik( HSF - Heatsink & fan - hladilno rebro in ventilator) sestoji iz:
-dna ( enakomerno razporedi toploto po površini hladilnika)

- reber ( prenašajo toploto z dna v zrak)

- ventilator ( pri pasivnem ga ni) ( odvajajo vroč zrak od hladilnih reber)

-pritrdilni mehanizem ( pritrja hladilnik na hlajen kos strojne opreme)



Kako deluje?

Zračni hladilniki delujejo na podlagi nekaterih fizikalnih zakonov. En izmed teh pravi, da toplota samodejno prehaja iz toplejših delov na hladnejše (recimo iz enega konca železne palice na drugega) toliko časa, dokler se temperaturi obeh delov ne izenačita. Takrat se prehajanje toplote ustavi. Seveda pa moramo v obzir vzet še toplotno prevodnost snovi iz katere je hladilnik zgrajen.Čim večja je toplotna prevodnost, tem bolje je, saj to pomeni, da lahko hladilnik odvede več toplote.


Toplotna prevodnost



Specifična toplota snovi je tudi pomemben dejavnik zračnega hlajenja. Ta nam pove, koliko energije v joulih je potrebno dovesti, da se 1 kilogram snovi segreje za 1 kelvin (ali stopinjo Celzija). Specifična toplota je v tem primeru pomembna za zrak, na katerega prehaja toplota iz hladilnika. Da segrejemo 1 kg zraka za 1 K, potrebujemo 1 kJ, oziroma 1000 J energije (za primerjavo: da segrejemo 1 kg vode za 1 K, potrebujemo 4200 J energije). Čim več energije v joulih zahteva neka snov, da se segreje za 1 kelvin, tem bolje je.
več o tem:
LINK 1
LINK 2
LINK 3

SPLOŠNE POVEZAVE:

Hlajenje GPU

Sodobne grafične kartice so eden izmed najtoplejših komponent v računalnikih, zato je za njihovo hlajenje še posebej treba poskrbet.


Vse današnje grafične imajo že nameščene tovarniške hladilnike, ki pa se od firme do firme lahko zelo razlikujejo. Večina stock hladilnikov sicer zmore hladiti grafično, vendar se pojavlja problem glasnosti in tudi pri navijanju nam jo lahko kak hladilnik prekriža načrte.

Pri nabavi novega hladilnika moramo poznat točno vrsto svoje kartice, saj kljub temu da je večina hladilnikov za grafične neke vrste ''unisex'', se lahko zgodi da kateri od njih ne paše na našo grafično.

Poleg hlajenja GPU-ja, pa nekateri hladilniki obenem lahko hladijo še rame na grafični, oziroma imajo priložene heatsinke za rame, ki se pa dajo tudi posebej dobit. Dejstvo pa je, da dobro ohlajen GPU ''ohladi'' tudi rame na grafični kartici.

Prilagam vam linke do nekaterih testov hladilnikov za GPU:
LINK 1


splošna razprava o hlajenju grafičnih kartic poteka v naslednjih temah:
[Zračno hlajenje Hlajenje ATI grafičnih kartic
[Zračno hlajenje Hlajenje nVidia grafičnih kartic

HLAJENJE TRDEGA DISKA

Trdi disk spada med komponente našega računalnika, hlajenje katerih je sicer drugotnega pomena, a vendar učinkovito hlajenje lahko podaljša življenjsko dobo našega diska. Načinov za hlajenje trdih diskov je kar nekaj. Lahko se kupijo za hlajenje trdega diska narejeni posebni hladilniku, lahko pa se problem hlajenja enostavno reši ( seveda v primeru da nam to dopušča ohišje) z namestitvijo kakega ventilatorja ki piha na disk.


več o tem:
LINK 1

Splošna razprava:
[Zračno hlajenje Hlajenje trdega diska

HLAJENJE RAM-A

Tudi Pomnilnik spada med komponente našega računalnika ki pri svojem delovanju oddaja lahko tudi precej toplote, zato je ( še posebej če želimo navijati) dobro, da poskrbimo za hlajenje le-tega. Veliko novih pomnilnikov ima že nameščene hladilnike ( heatspreaderje - porazdelilce toplote), ki za silo opravljajo svoje delo, vsekakor pa je pametno, če želimo doseči večje navitje ter večjo stabilnost sistema da poskrbimo za to, da bo kak ventilator skrbel za dovod hladnega zraka na rame, oziroma hladilnike le-teh. vsekakor je največja ovira pri hlajenju RAMa premalo mesta med RAMi samimi, kar vpliva na to, da na rame ne moremo opremiti tudi z bolj razsežnimi hladilnimi rebri ( le ta pa lahko uporabimo v primeru da imamo le eno palčko, redkeje v primerih ko imamo dve.



Splošna razprava:
[Zračno hlajenje Hlajenje rama

Bravo, sid911.

Spet eden tistih zelo uporabnih člankov!

Osnovne osvnove, katere je nujno treba poznati, ko navijamo. Ah, ja, jest sm za tist prvi del k obravnava teorijo segrevanja pa to šele zdele slišou zdaj saj vem kdo je krivec za segrevanje. (Ok, neposreden, posredn sm itaq jest ko navijem tolk)

Upam d bo tale tema leplivek postala,
čeprav vas bo večina potem zaspala,
ker bo brez dela ostala.

Jah, se vid d se učim slovo zadne cajte ja

Well done uglavnm, svaka čast!

Sid is on fire!!

(Ja, dejansko sem šele zdejle vidu tole temo!)

Bravo, sid911, lepo napisano! (Tudi jaz sem šele zdaj opazil to temo.)

Jest pa mam ene par pripomb še:

- vse odvečne luknje zalepit npr. one spredaj pod masko (da ne prihaja do recirkulacije zraka v sami kišti in da je vsiljen tekoči protok zraka) ....

- vent pod napajalcem (desno od Cpu venta) naj ima manjši pretok; če ima prevelik, ustvarja podtlak napajalcu in Cpu ventu, ter se ta slabše hladita v resnici ...

- oni HD cooler hladi samo elektroniko (bolje to kot nič), vendar je bolje ventič dat pravokotno na HD, tako hladi tudi ohišje, ki se segreva zaradi segrevanja ležajev na disk platah etc.