آشنایی با سیستم های خنک کننده مایع

0 

مقاله‌ی مرتبط:

    • آشنایی با انواع خنک‎ کننده ‎های پردازنده و مقایسه‎ی کارایی سیستم ‎های هوایی و آبی

اکثر کاربران برای خنک کردن پردازنده‌ی سیستم خود به سیستم تهویه‌ی هوایی و فن کارخانه‌ای (یا به اصطلاح استوک) پردازنده وابسته هستند. اما آن دسته از کاربرانی که قصد دارند پردازنده‌ی خود را اورکلاک کنند، باید از خنک کننده‌ای قوی‌تر یا سیستم‌های خنک کننده‌ی مایع استفاده کنند. در ادامه با سازوکار این سیستم‌های خنک کننده بیشتر آشنا خواهیم شد.

سیستم خنک‌کننده‌ی مایع

همه‌ی خنک کننده‌های حلقه‌ی بسته‌ی مایع (Closed Loop Liquid Cooling) که به اختصار CLC نامیده می‌شوند، دارای یک پمپ برای گردش مایع از سطح داغ پردازنده به رادیاتور هستند. پس از انتقال آب به رادیاتور، خنک‌ سازی به‌وسیله‌ی جریان هوای ایجاد شده از فن‌های پشت رادیاتور انجام می‌شود. اگرچه خنک‌کننده‌های مایع از طراحی یکسانی استفاده نمی‌کنند، اما مبنای همه‌ی آن‌ها استفاده از آب (به دلیل ظرفیت گرمایی بالای آن) برای جذب «افزایش حرارت ناگهانی حرارت» از سطح گرما (مکان اتصال خنک‌کننده به پردازنده) است.

سیستم داخلی خنک کننده مایع

شرکت‌های تولید کننده‌ی سیستم‌های خنک کننده‌ی مایع به دو دسته تقسیم می‌شوند؛ دسته‌ی اول شرکت‌هایی مانند Asetek ،CoolIT ،Dynatron و Apaltek هستند که قطعاتی شامل پمپ، شلنگ، رادیاتور و مایع خنک کننده را به شرکت‌های تولید کننده ارائه می‌دهند و دسته‌ی دوم، تولید کننده‌های پکیج کامل خنک کننده‌ی مایع مانند شرکت‌های شناخته‌شده‌ی DeepCool ،Thermaltake ،EVGA ،Corsair و NZXT هستند.

Asetek یکی از بزرگ ترین تأمین کننده‌های قطعات سیستم‌های خنک کننده‌ی مایع است که از قطعات آن در محصولات شرکت NZXT در سری کراکن (Kraken)، مدل‌های H100iV2 و H115i شرکت Corsair، محصولات شرکت Thermaltake ،Antec ،EVGA و سری جدید سلسیوس (Celsius) شرکت Fractal استفاده شده است. پس از Asetek، که بیش از نیمی از سهم بازار تأمین قطعات سیستم‌های خنک کننده را دراختیار دارد، شرکت‌هایCoolIT (که تأمین کننده‌ی نیمی از محصولات Corsair است) و تأمین کننده‌های کوچکی مانند Dynatron و Apaltek برای به دست آوردن بقیه‌ی سهم بازار در رقابت هستند.

در جدول زیر برخی از شرکت‌های سازنده خنک کننده‌های مایع همراه با تأمین کننده‌های آنها آمده است.

جدول لیست تأمین کننده‌ها و سازنده‌های سیستم‌های خنک کننده‌ی مایع

تولید کننده

محصولات

تأمین کننده

نمونه‌ی محصول

Corsair

H50
H55
H70
H75
H80i GTX
H95
H105
H100i GTX
H110i GTX

Asetek

Corsair H100i GTX
۱۱۰ دلار

Corsair

H60
H80
H80i
H100
H100i
H100i GT

CoolIT

Corsair H80i GT

۱۰۰ دلار

NZXT

Kraken X30
Kraken X40
Kraken X60
Kraken X31
Kraken X41
Kraken X61

Asetek

NZXT Kraken X61
۱۴۰ دلار

Enermax

Liqtech 120X
Liqtech 240
Liqmax 120
Liqmax 240

Apaltek

Enermax Liqtech 120X
۸۸ دلار

LEPA

AquaChanger 120
AquaChanger 240
EXllusion 240

Apaltek

LEPA AquaChanger 240
۸۰ دلار

Cooler Master

Seidon 120V
Seidon 120V Plus
Seidon 120M
Seidon 120XL
Nepton 140XL
Seidon 240M
Nepton 280L

Cooler Master

Cooler Master Seidon 120V
۶۰ دلار

Cooler Master

Glacer 240L

Swiftech

Cooler Master Glacer 240L
۹۶ دلار

Fractal Design

Kelvin T12
Kelvin S24
Kelvin S36

Alphacool

Swiftech

H220

Swiftech

DeepCool

Captain
Maelstrom

Could be DeepCool

DeepCool Captain 240
۸۰ دلار

Antec

Kuhler 1250

Dynatron

Antec 1250
۹۸ دلار

Antec

Kuhler 620

Asetek

توقف تولید

SilverStone

Tundra TD02
Tundra TD03

Apaltek

SilverStone TD02
|۷۴ دلار

Gigabyte

Waterforce GPU cooler

Cooler Master

خارج از دسترس

Scythe

Apsalus

Asetek

خارج از دسترس

Thermaltake

Water 3.0 360

Asetek

Thermaltake Water 3.0

۹۵ دلار

Intel CPU

Stock Liquid

Asetek

خارج از دسترس

Intel CPU

(Stock Air (old

Cooler Master

خارج از دسترس

AMD CPU

Stock Air

Cooler Master

خارج از دسترس

AMD CPU

Stock Liquid

Asetek

خارج از دسترس

AMD GPU

AMD R9 295X2

Asetek

AMD R9 295X2
۱۱۰۰ دلار

AMD GPU

AMD R9 Fury X

Cooler Master

AMD R9 Fury X
۶۵۰ دلار

در این میان، بالارده‌ترین سیستم‌های خنک کننده را شرکت‌های NZXT ،Corsair ،EVGA و Thermaltake برای کاربران حرفه‌ای تولید می‌کنند. همان‌طور که از جدول بالا مشخص است، تأمین کننده‌ی اکثر این شرکت‌ها و خنک‌کننده‌های حرفه‌ای آن‌ها، Asetek است. در طرف دیگر CoolIT بیشتر با محصولات شرکت Corsair و سیستم‌های خنک کننده‌ی دیتاسنتر شناخته شده است و Cooler Master نیز بیشتر قطعات سیستم‌های خنک‌کننده‌اش را خود تولید می‌کند. جالب است بدانید اکثر فن‌های استوک پردازنده‌های AMD و اینتل نیز ساخت Cooler Master است.

برسی سیستم داخلی خنک کننده‌های مایع

برای فهم کامل سیستم داخلی، خنک کننده مایع Kraken X42 ساخت شرکت NZXT را بررسی می‌کنیم.

خنک کننده‌ی مایع NZXT Kraken

دما در هسته‌ی CPU از طریق «لایه انتقال دهنده حرارت (TIM)» و «لایه‌ی نازک لحیم شده به بدنه پردازنده»، به پوسته‌ی پردازنده (IHS) انتقال داده می‌شود. این گرما سپس از طریق مواد انتقال دهنده‌ی حرارت از بدنه پردازنده به خنک کننده منتقل می‌شود.

CPU ITM IHS

مواد انتقال دهنده‌ی حرارت بین سطح پوسته‌ی پردازنده و خنک کننده باعث می‌شود که گپ‌های هوایی میکروسکوپی روی سطح پوسته‌ی پردازنده و خنک کننده گرفته شود. در غیر این صورت ضریب انتقال حرارت از پردازنده به خنک کننده بسیار کاهش پیدا می‌کند. نمونه‌های قدیمی‌تر خنک‌کننده‌ها دارای سطحی خشن بودند؛ اما در حال حاضر با بهینه‌سازی در طراحی، روند تولید و ریخته‌گری، خنک کننده‌ها با سطحی صیقلی‌تر تولید می‌شود.

سطح انتقال دهنده‌ی حرارت

در گذشته برخی از تولید کننده‌ها، داخل سطح خنک کننده یک فرورفتگی (به‌قرینه‌ی شکل سطح پردازنده) ایجاد می‌کردند تا سطح اتصال خنک‌کننده و پردازنده افزایش پیدا کند؛ اما ازآنجایی که پیچیدگی تولید چنین سطوحی بسیار بالاست و هزینه‌ی ناشی از آن ارزش افزایش اندک انتقال حرارت را ندارد، بیشتر خنک کننده‌های مایع امروزی سطحی کاملا تخت دارند.

پشت سطح انتقال دهنده‌ی حرارت، لبه‌های شیارداری از جنس مس وجود دارد. وجود این شیارها باعث می‌شود سطح تماس با مایع درحال جریان چندین برابر افزایش پیدا کند و درنتیجه انتقال حرارت با سرعت بالاتری انجام بگیرد. حجم و تراکم این لبه‌ها به سرعت پمپ و طراحی رادیاتور بستگی دارد.

شیار های پشت انتقال دهند‌ی حرارت

همان‌طور که در تصویر زیر دیده می‌شود، برخی از خنک کننده‌ها از یک واشر لاستیکی بین سطح خنک کننده و محل حرکت مایع استفاده می‌کنند. این تکنیک که به «جریان دوگانه» شهرت دارد باعث می‌شود تا مایع بتواند در همه‌ی قسمت‌های سطح خنک کننده جریان داشته باشد و تمام نقاط یک‌سان خنک شوند. درمقابل جریان دوگانه، سیستم انتقال مایع غیر بهینه‌ی «جریان مستقیم» قرار دارد که همچنان می‌توان آن را در بسیاری از خنک‌کننده‌ها یافت.پمپ خنک کننده‌ی مایع

حرکت مایع درون خنک‌کننده با استفاده از یک پروانه‌ی دوار صورت می‌گیرد. خنک‌کننده‌های جدید Corsair، NZXT و EVGA همگی از پروانه‌های ۸ قطبی استفاده می‌کنند. ازآنجایی که اکثر بایوس‌ها برای اندازه‌گیری سرعت پروانه‌های ۴ قطبی برنامه‌ریزی شده‌اند؛ درصورت استفاده از سیستم خنک‌کننده با پروانه‌ی ۸ قطبی، سرعت نشان داده شده (بر حسب RPM) در بایوس سیستم نادرست خواهد بود. البته برخی مادربرد‌های جدید از هدرهای مخصوصی با عنوان «AIO Header» یا «pump Header» استفاده می‌کنند که در صورت استفاده از آن‌ها، محاسبات اندازه گیری سرعت پمپ متناسب با قطب‌های موتور اصلاح می‌شود.

موتور  خنک کننده‌ی مایع

حداکثر سرعت چرخش پمپ‌های بهترین خنک‌کننده‌های مایع ۱۲ ولتی، بین ۲۸۰۰ تا ۳۰۰۰ دور بر دقیقه است. برخی از تأمین کننده‌ها برای کاهش سر و صدای پمپ در این سرعت از یک لایه فوم بین موتور پمپ و پوسته خارجی استفاده کرده‌اند. همان‌طور که در تصاویر مشاهده می‌کنید، در بازگشایی Kraken X42 شاهد استفاده از یک فوم نسبتا برزگ برای کاهش صدا و لرزش پمپ هستیم.

فوم  خنک کننده‌ی مایع

فرآیند خنک‌کنندگی به این صورت است که مایع پمپ شده به سمت رادیاتور، ابتدا به نیمه‌ی بالایی آن وارد می‌شود و سپس در مسیری U شکل وارد نیمه‌ی پایینی می‌شود. مایع در نیمه‌ی بالایی بیشترین حرارت را دارد؛ که با استفاده از جریان هوا در اطراف باله‌های آلومینیومی رادیاتور، دمای آن کاهش پیدا می‌کند. درنهایت دمای مایع هنگام خروج از رادیاتور با توجه به ترکیبات شیمیایی آن و میزان گرمای پردازنده بین ۲۶ تا ۳۲ درجه سانتی‌گراد خواهد بود.

مایع استفاده شده در سیستم‌های خنک‌کننده‌ی مایع ترکیبی از پروپیلن گلیکول (Propylene glycol) و آب مقطر است. بعضی از تولید کننده‌ها از درصد بیشتری از گلیکول در این ترکیب استفاده می‌کنند تا از انجماد مایع در دماهایی حتی نزدیک به ۴۰- درجه نیز جلوگیری شود؛ اما بیشتر تولید کننده‌ها ترجیح می‌دهند درصد گلیکول و آب مقطر را به‌گونه‌ای تنظیم کنند تا مایع بتواند دمای ۲۰- درجه را تحمل کند. این درصد، تعادل مناسبی بین منجمد نشدن مایع در طول مسیر ارسال کالا، و غلظت آب مقطر برای افزایش ضریب انتقال گرما ایجاد می‌کند.

شلنگ خنک کننده‌ی مایع

شیلنگ‌های استفاده شده در خنک‌کننده‌های مایع معمولا از جنس FEP یا EPDM هستند. شیلنگ‌های FEP استحکام بالا و نشتی بسیار کمی دارند؛ اما به دلیل انعطاف پذیری پایین در هنگام نصب مشکل ساز هستند. خم شدن زیاد شیلنگ‌ها FEP باعث ترک خوردگی لایه داخلی PTFE شیلنگ‌ شده و در نتیجه حرکت مایع را مختل می‌کند. شیلنگ‌های EPDM انعطاف پذیر هستند و در مقابل خم شدن خراب نمی‌شوند؛ اما هزینه‌ی تحقیق و توسعه‌ی (R&D) آن‌ها برای دستیابی به ترکیبی که مانع نشتی شود، بسیار بالا است. تمامی این شیلنگ‌ها دارای استهلاک هستند و بعد از مدتی نشتی‌های خفیفی در آن‌ها ایجاد می‌شود. اکثر خنک کننده‌های مایع عمری در حدود ۴ تا ۶ سال دارند و معمولا پس از ۴ تا ۵ سال به دلیل هوا کشیدن شیلنگ‌ها، سر و صدای آنها افزایش پیدا می‌کند. کابران با نصب افقی خنک کننده می‌توانند از این مشکل تا حدی جلوگیری کنند.

برد  خنک کننده‌ی مایع

تمامی خنک کننده‌های مایع صرف‌نظر از تولید کننده، دارای یک بورد الکترونیکی کوچک هستند. وظیفه‌ی اصلی این بورد راه‌اندازی و کنترل موتور پمپ است؛ اما در برخی محصولات وظیفه‌ی کنترل نور پردازی، تنظیم سرعت پمپ و ذخیره تنظیمات کاربران نیز بر عهده‌ی همین بورد است. برخی تولیدکنندگان مانند NZXT از بوردهای اختصاصی خود استفاده می‌کنند؛ اما بیشتر شرکت‌ها از بوردهای از پیش آماده‌ی تأمین کننده‌هایی مانند Asetek استفاده می‌کنند. برای مثال بوردهای اکثر خنک‌کننده‌های EVGA و Corsair یکسان و ساخت Asetek است و تنها فرم‌ور آن‌ها با یکدیگر تفاوت دارد.

با مشاهده‌ی ویدئوی زیر می‌توانید با قطعات مختلف خنک‌کننده‌های مایع بیشتر آشنا شوید.

لینک دانلود

این مطلب را به اشتراک بگذارید:

متن دیدگاه