라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 프로세서 냉각. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전 최신 컴퓨터 장치의 냉각 장치는 열 교환 시스템, 냉각수 송풍기, 모니터링 및 제어 장치, 냉각 물체에 대한 부착 지점을 포함하는 복잡한 구조입니다. 이러한 시스템에 대한 사양은 일반적으로 사용할 수 없으며 사용자는 자신의 경험에 의존해야 합니다. 독자의 관심을 끄는 기사는 장치의 복잡성과 냉각 장치 사용을 이해하는 데 도움이 될 것입니다. 아시다시피 Intel은 프로세서의 작동 온도를 +66...78 °С, AMD는 +85...90 °С로 제한합니다. 방의 +23 °C에서 컴퓨터 시스템 장치 내부의 공기 온도는 10...15 °C 더 높고 프로세서는 20...35 °C 더 높습니다. 결과적으로 프로세서 온도는 +75 °C에 도달할 수 있으며 더운 날씨(+35...40 °C) - +92 °C에 도달할 수 있습니다. 따라서 최대 부하 상태의 최신 프로세서에는 효과적인 냉각이 필요하며 모든 쿨러(쿨러-쿨러)가 이를 제공할 수 있는 것은 아닙니다. 컴퓨터에서 가능한 모든 것을 짜내고 싶어하는 사람들은 말할 것도 없습니다. 그들에게는 효율적인 쿨러가 필수입니다. 따라서 어떤 냉각기를 선택해야 하는가에 대한 질문이 자주 발생합니다. 현재 전 세계적으로 많은 유형의 냉각 장치가 생산되고 있습니다. 이들은 냉각수가 공기인 냉각기, 최근에 등장한 물 및 열전 냉각 장치, 히트 파이프의 냉각기, 심지어 증기 압축 냉동 장치와 같은 이국적인 것입니다. 그리고 아마추어들은 액화 가스와 드라이 아이스로 실험하기도 합니다. 현재 열 출력 수준에서 공기를 냉각제로 사용하는 냉각기가 널리 사용되며 컴퓨터 구성 요소 냉각 작업에 성공적으로 대처합니다. 열교환 방식에 따라 자연대류식과 강제환기식으로 나뉜다. 전자는 최대 10 ... 15W의 열 방출 시스템에 사용되며 두 번째는 최대 100W의 열 방출 수준에서 사용됩니다. 두 번째 그룹의 냉각기에서 제거되는 화력은 라디에이터의 표면적에 비례합니다 (이하이 용어는 컴퓨터 문헌에서 잘 정립되어 있으므로 사용됨). , 그리고 공기 흐름의 속도. 가장 일반적인 것은 늑골이 있는 라디에이터이며 덜 복잡한 핀 및 터빈 유형을 사용합니다. 잘 알려진 GoldenOrb에서 최신 모델에 이르는 터빈형 냉각기는 고효율로 인해 잘 입증되었습니다. 지느러미의 작은 면적에도 불구하고 저자가 이미 5년 동안 사용한 GoldenOrb는 긍정적인 측면에서만 그 자체를 보여주었습니다. 프로세서에서 마더보드 위로 퍼지는 공기 흐름을 생성하여 프로세서에 있는 구성 요소에 추가 냉각을 제공하는 이 디자인의 속성 때문에 선택되었습니다. 효과가 있는 이유는 무엇입니까? 분석 결과 일정 단면 핀이 있는 터빈형 라디에이터에서 공기 채널은 공기 흐름을 따라 단면적이 증가하여 일정하고 높은 가열 공기 유속을 보장하는 것으로 나타났습니다. 낮은 팬 전력. 또한 공기 흐름을 따라 꼬이는 핀의 올바른 방향은 가스 역학적 저항을 줄이고 냉각 공기의 속도는 핀이 있는 라디에이터(최대 2m/s)보다 더 빠릅니다(최대 2,5m/s). 결과적으로 열 저항은 면적이 약 50배 더 큰 핀이 있는 방열판의 열 저항에 상응합니다. 이 모델의 구리 쿨러를 사용하면 최대 XNUMXW의 방열이 가능합니다. 예를 들어 단면이 일정한 채널(리브 - 사다리꼴 모양)이 있는 이 유형의 다른 냉각기는 효율이 낮습니다. 니들 히트싱크가 있는 쿨러는 동일한 치수의 핀이 있는 히트싱크보다 더 큰 표면적 때문에 높은 효율을 보였습니다. 골이 있는 방열판이 있는 쿨러가 가장 광범위하게 적용됩니다. 계산하기 쉽고 제조 비용이 저렴합니다. 이러한 장치의 특성을 설명하는 주요 종속성을 고려해 보겠습니다. 먼저 열 균형 방정식은 다음과 같습니다. 여기서 P는 라디에이터에 의해 제거된 화력입니다. c는 공기의 비열 용량입니다. p - 공기 밀도; V - 채널의 공기 속도; 스캔 - 채널 섹션 영역; ΔТ = Тр - Тс - 덕트의 공기 가열 온도; Tr - 라디에이터 온도; Тс는 환경(공기)의 온도입니다. a는 라디에이터의 열전달 계수입니다. S는 표면적입니다. 열 저항 Rp(입력 전력 1W당 방열판의 과열 온도, °С/W와 숫자로 같음)는 열 흐름의 모든 요소의 직렬 회로에서 온도 강하를 특성화하며, 이 경우 프로세서 방열판의 열 저항: 여기서 Рр는 라디에이터에 공급되고 라디에이터에 의해 소실되는 전력 W입니다. ΔT는 접촉면의 온도차입니다. 열 회로의 각 링크에 대한 열 저항을 알면 방열판에서 프로세서 칩까지의 온도 분포를 추정할 수 있습니다. 여기서 Tr은 라디에이터의 온도입니다. Tc - 결정 온도; Rproc - 프로세서가 소비하는 전력 RK_K - 열 저항 크리스탈 프로세서 케이스; RK - 프로세서 케이스 라디에이터의 열 저항 Rp - 열 저항 라디에이터 환경. 열 흐름 경로의 두 요소 사이에 열 전도 페이스트를 사용할 때 접촉면의 열 저항은 실험식으로 추정할 수 있습니다. 여기서 Sn은 접촉면의 면적입니다. 기존 프로세서의 접촉 표면적은 약 2~15cm2이고 열 저항 RK는 1~0,15°C/W이며 열 전도성 페이스트를 사용하면 0,5~0,07°C/W로 감소합니다. 비충전 접착제를 사용하는 경우 건식 접촉면에 해당하는 값에 가장 적합한 RK 값을 얻을 수 있으며 충전 접착제를 사용하면 열전도성 페이스트를 사용하여 얻은 값에 가까운 RK 값을 얻을 수 있습니다. 사실 비 건조 열전도 페이스트는 고정 메커니즘의 압력으로 퍼지고 최소 두께의 층을 얻고 빠르게 경화되는 접착제는 초기 설치 중에 발생한 간격을 유지하고 열 저항을 크게 결정합니다. 이러한 연결의 주요 단점은 강성입니다. 가열되면 라디에이터의 변형이 기계적 응력의 형태로 프로세서 케이스에 전달되어 그 결과가 슬플 수 있습니다. 물론 프로세서-쿨러 쌍의 열 영역을 계산하는 프로세스는 훨씬 더 복잡하지만 위의 공식은 시스템에서 발생하는 프로세스를 이해하기에 충분합니다. 그리고 평가 계산을 수행하기 위해 특수 문헌을 참조할 수 있습니다(예를 들어, R. G. Varlamov가 편집한 REE 디자이너 핸드북 참조. - M .: 소련 라디오, 1980). 액체 냉각기에는 중력 및 강제 펌핑의 두 가지 유형이 있습니다. 첫 번째는 공기보다 열용량이 높은 냉각수(물)를 사용했음에도 불구하고 예상보다 훨씬 낮은 최고의 공기 냉각기에 상응하는 특성을 가지고 있습니다. 이는 냉각수의 낮은 유속과 프로세서 및 열 교환기에서 열 제거 장치의 압력 강하를 생성하는 데 필요한 온도 차이로 설명됩니다. 강제 펌핑을 사용하면 열 제거가 더 효율적이고 프로세서 온도가 이전 경우보다 10...15 °C 더 낮습니다. 그러나 튜브 연결의 품질이 정확성을 통해서만 보장 될 수 있다면 연결 튜브에 과도한 압력이 가해지면 견고성을 보장하는 문제를 해결하기가 더 어렵습니다. 물은 체적 팽창 계수가 높으므로 시스템의 최상위 노드 위에 추가 컨테이너가 필요하다는 사실을 잊지 마십시오. 규칙에 따라 이 컨테이너에는 주변 공기와 냉각 시스템의 압력을 균등화하는 장치가 있어야 합니다. 가장 간단한 경우 외부 환경과 소통하는 구멍입니다. 결과적으로 수증기는 항상 시스템 장치의 부피에 들어갑니다. 밀봉된 압력 균등화 장치를 사용하면 설계의 신뢰성이 떨어집니다. 제조업체가 작성하지 않았지만 전자 장비 수냉 시스템으로 작업한 모든 사람이 직면한 어려움도 있습니다. 이들은 미생물입니다. 이러한 편안한 조건에서 성장을 방지하려면 특별한 조치를 취하고 최소 XNUMX년에 한 번 시스템을 세척해야 합니다. 액체 냉각기의 사용은 1000와트 이상의 전력에서 효과적입니다. 전력 출력이 낮고 작동이 복잡하기 때문에 프로세서 냉각에는 권장되지 않습니다. 또 다른 유형의 냉각기는 Peltier 열전 소자를 사용하는 장치입니다. 예를 들어 최대 462W의 열 부하를 위한 SwiftTech의 MCX100+T 공랭식 냉각기가 있습니다. 이 제품은 액체 냉각이 허용되지 않는 시스템에서 사용하기 위한 것입니다. 이 냉각기의 127개 열전대는 출력 전압 320V 및 부하 전류 12A로 회사에서 권장하는 Meanwell S15,2-24 전원 공급 장치로 구동됩니다. 이 장치는 최대 냉각 용량 226W 및 온도 차이 67 °C 이상. 팬이 없는 가격은 약 $90이고 전체 세트의 가격은 $130...170입니다. 사실 펠티에 소자는 히트펌프입니다. 프로세서에서 방열판으로 열 전달을 제공하고 에너지를 소비하고 프로세서에서 생성된 열에 자체 열을 추가합니다. 이는 약 50%의 효율로 출력에 비례하며 이는 열 분산을 증가시킵니다. 시스템 단위. 프로세서의 가열에 따라 서모파일의 "스마트" 제어를 제공하여 온도가 과도하게 감소하여 결과적으로 습기가 응결되는 것을 방지해야 합니다. 열 요소의 냉각 용량을 조정하면 프로세서의 열 방출을 유연하게 모니터링하고 전력 소비를 최적화할 수 있습니다. Peltier 요소 기반 냉각기의 장점은 프로세서의 작동 온도를 67 ° C 낮추는 기능, 단점은 높은 전력 소비 (최대 100W) 및 열 방출, 설계 복잡성 및 자동 마더 보드 부재입니다. 제어 장치. 프로세서의 온도 제어가 없으면 프로세서와 마더보드가 고장날 수 있습니다. 이러한 유형의 냉각기는 제어 장치와 함께 작동할 때 "오버클러킹" 마이크로프로세서를 사용한 실험에 권장할 수 있습니다. 이러한 냉각기를 직접 설치하지 않도록 경고하고 싶습니다. "최상의"경우에는 프로세서가 손실되고 최악의 경우 마더 보드도 손실됩니다. 사실 효과적인 냉각을 위해서는 두 쌍의 표면(프로세서-열전소자 및 열전소자-라디에이터)을 엄격하게 지정된 압축력에서 최소 열 저항과 일치시켜야 합니다. 고품질의 경우 이러한 장치로 작업한 경험이 풍부한 전문가만이 이 작업을 수행할 수 있습니다. 고장난 경우 이러한 냉각기를 사용하면 추가 문제가 발생합니다. 방열판 재질(알루미늄 합금, 구리)에 따른 핀형 방열판이 있는 표준 공기 냉각기의 열적 특성과 효율을 평가하기 위해 P4 프로세서의 냉각기를 중심으로 계산했습니다. 위에서 언급한 참조 설명서에 설명된 방법론. 초기 데이터: 표면적이 1560cm2인 늑골이 있는 라디에이터, 표면이 거칠고 검게 변하고 마운트가 표준입니다. 전력 손실 - 80W, 기온 - +40°С, 송풍 속도 - 약 1m/s. 계산 결과는 그림에 표시된 표와 그래프로 설명됩니다. 표에는 다음과 같은 명칭이 허용됩니다. Тcr - 같은 경우 결정 온도; Рras는 라디에이터에서 소비되는 총 전력입니다. Rras. izl. 검은색 - 검게 변한 라디에이터에 의해 방사를 통해 소산된 전력. 그림에서 알 수 있듯이 알루미늄 합금(AI) 라디에이터는 라디에이터 온도 +77°C에서 약 52W의 열 출력(ceteris paribus)을 제공하고 구리(Cu)는 라디에이터 온도에서 거의 80W를 제공합니다. 약 +34,5, 1,5 °C. 즉, 고려중인 경우 동일한 화력으로 구리 라디에이터의 온도가 1 배 낮습니다. 따라서 강력한 프로세서를 냉각하기 위해 쿨러에 구리 방열판을 사용하도록 권장할 수 있습니다. 그들은 물과 열전 장치의 단점없이 작업 (핀 두께가 XNUMXmm 이상)에 성공적으로 대처합니다. 이 표를 통해 이러한 지점에 대한 결정 온도를 추정할 수 있습니다. 계산된 라디에이터는 접촉 열 저항 RK = 열전도 페이스트가 있는 경우 0,2°С/W이고 없는 경우 0,4°С/W입니다. 알루미늄 합금 라디에이터의 열 저항은 0,67 °C / W, 구리 - 0,45 °C / W입니다(두 경우 모두 정격 출력에서). 열 균형 방정식(1)을 분석하고 냉각 시스템의 운영 경험을 바탕으로 다음을 권장할 수 있습니다.
그리고 해킹으로 인해 논의 할 수없는 일반적인 권장 사항이지만 실제로는 모든 전문가가 준수하지 않는 것으로 나타났습니다. 서멀 그리스를 적절하게 바르면 프로세서 작동이 용이해집니다. 냉각기를 제거할 때 전체 접촉면에 얇고 거의 투명한 페이스트 층이 보여야 합니다. 나는 중앙에서 때리는 것만 반복적으로보아야했습니다. 이러한 페이스트 사용은 냉각 조건을 악화시킬 뿐입니다. 요약해보자. 프로세서에서 화력이 제거되는 방식을 이해하려면 몇 가지 프로비저닝과 종속성을 알아야 합니다.
저자: A.Sorokin, Raduzhny, Vladimir 지역 다른 기사 보기 섹션 컴퓨터. 읽고 쓰기 유용한 이 기사에 대한 의견. 과학 기술의 최신 뉴스, 새로운 전자 제품: 정원의 꽃을 솎아내는 기계
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