Охлаждение компьютера необходимо для удаления отработанного тепла, выделяемого компонентами компьютера , для поддержания компонентов в допустимых пределах рабочей температуры . Компоненты, подверженные временным сбоям или постоянным отказам при перегреве, включают интегральные схемы, такие как центральные процессоры (ЦП), чипсеты , графические карты , жесткие диски и твердотельные накопители .
Компоненты часто проектируются так, чтобы генерировать как можно меньше тепла, а компьютеры и операционные системы могут быть спроектированы так, чтобы снизить потребление энергии и последующий нагрев в соответствии с рабочей нагрузкой, но все равно может быть произведено больше тепла, чем можно удалить без внимания к охлаждению. Использование радиаторов, охлаждаемых потоком воздуха, снижает повышение температуры, производимое заданным количеством тепла. Внимание к схемам воздушного потока может предотвратить образование горячих точек. Компьютерные вентиляторы широко используются вместе с вентиляторами радиатора для снижения температуры путем активного отвода горячего воздуха. Существуют также другие методы охлаждения, такие как жидкостное охлаждение . Все современные процессоры спроектированы так, чтобы отключать или снижать свое напряжение или тактовую частоту, если внутренняя температура процессора превышает указанный предел. Это обычно известно как тепловое дросселирование в случае снижения тактовой частоты или тепловое отключение в случае полного отключения устройства или системы.
Охлаждение может быть разработано для снижения температуры окружающей среды в корпусе компьютера, например, путем отвода горячего воздуха, или для охлаждения одного компонента или небольшой области (точечное охлаждение). Компоненты, которые обычно охлаждаются индивидуально, включают ЦП, графический процессор (GPU) и северный мост .
Интегральные схемы (например, CPU и GPU) являются основными генераторами тепла в современных компьютерах. Выделение тепла можно уменьшить за счет эффективного проектирования и выбора рабочих параметров, таких как напряжение и частота, но в конечном итоге приемлемая производительность часто может быть достигнута только за счет управления значительным выделением тепла.
В процессе работы температура компонентов компьютера будет расти до тех пор, пока тепло, передаваемое в окружающую среду, не сравняется с теплом, вырабатываемым компонентом, то есть, пока не будет достигнуто тепловое равновесие . Для надежной работы температура никогда не должна превышать заданного максимально допустимого значения, уникального для каждого компонента. Для полупроводников критична мгновенная температура перехода , а не температура корпуса компонента, радиатора или окружающей среды.
Охлаждение может быть нарушено:
Поскольку высокие температуры могут значительно сократить срок службы или вызвать необратимое повреждение компонентов, а тепловыделение компонентов иногда может превышать охлаждающую способность компьютера, производители часто принимают дополнительные меры предосторожности, чтобы гарантировать, что температура остается в безопасных пределах. Компьютер с термодатчиками, встроенными в ЦП, материнскую плату, чипсет или графический процессор, может выключиться при обнаружении высоких температур, чтобы предотвратить необратимое повреждение, хотя это не может полностью гарантировать долгосрочную безопасную работу. До того, как перегретый компонент достигнет этой точки, его можно «затормозить» до тех пор, пока температура не упадет ниже безопасной точки с помощью технологии динамического масштабирования частоты . Затормозить снижает рабочую частоту и напряжение интегральной схемы или отключает несущественные функции чипа для снижения тепловыделения, часто за счет небольшого или значительного снижения производительности. Для настольных компьютеров и ноутбуков затормозить часто можно на уровне BIOS . Затормозить также обычно используют для управления температурой в смартфонах и планшетах, где компоненты плотно упакованы с небольшим или нулевым активным охлаждением и с дополнительным теплом, передаваемым от руки пользователя. [1]
Пользователь также может выполнить несколько задач, чтобы заранее предотвратить повреждение. Он может провести визуальный осмотр кулера и вентиляторов корпуса. Если какой-либо из них вращается неправильно, скорее всего, его придется заменить. Пользователь также должен тщательно очистить вентиляторы, так как пыль и мусор могут повысить температуру окружающего корпуса и повлиять на производительность вентилятора. Лучший способ сделать это — с помощью сжатого воздуха на открытом пространстве. Еще одним превентивным методом предотвращения повреждения является регулярная замена термопасты. [2]
По мере того, как электронные компьютеры становились больше и сложнее, охлаждение активных компонентов стало критическим фактором для надежной работы. Ранние компьютеры на вакуумных лампах с относительно большими корпусами могли полагаться на естественную или принудительную циркуляцию воздуха для охлаждения. Однако твердотельные устройства были упакованы гораздо плотнее и имели более низкие допустимые рабочие температуры.
Начиная с 1965 года IBM и другие производители мэйнфреймов спонсировали интенсивные исследования физики охлаждения плотно упакованных интегральных схем. Было разработано и исследовано множество систем воздушного и жидкостного охлаждения с использованием таких методов, как естественная и принудительная конвекция, прямое соударение воздуха, прямое погружение в жидкость и принудительная конвекция, кипение в бассейне, падающие пленки, кипение потока и соударение струи жидкости. Математический анализ использовался для прогнозирования повышения температуры компонентов для каждой возможной геометрии системы охлаждения. [3]
IBM разработала три поколения модуля теплопроводности (TCM), которые использовали охлаждаемую водой холодную пластину в прямом тепловом контакте с корпусами интегральных схем. Каждый корпус имел теплопроводящий штырь, прижатый к нему, а гелий окружал чипы и теплопроводящие штыри. Конструкция могла снимать до 27 Вт с чипа и до 2000 Вт на модуль, поддерживая при этом температуру корпуса чипа около 50 °C (122 °F). Системы, использующие TCM, были семейством 3081 (1980), ES/3090 (1984) и некоторыми моделями ES/9000 (1990). [3] В процессоре IBM 3081 TCM позволяли до 2700 Вт на одной печатной плате, поддерживая температуру чипа на уровне 69 °C (156 °F). [4] Модули теплопроводности с водяным охлаждением также применялись в мэйнфреймовых системах, производимых другими компаниями, включая Mitsubishi и Fujitsu.
Суперкомпьютер Cray-1, разработанный в 1976 году, имел характерную систему охлаждения. Машина была всего 77 дюймов (2000 мм) в высоту и 56+1 ⁄ 2 дюйма (1440 мм) в диаметре и потреблял до 115 киловатт; это сопоставимо со средней потребляемой мощностью нескольких десятков западных домов или автомобиля среднего размера. Интегральные схемы, используемые в машине, были самыми быстрыми из доступных в то время, используя эмиттерно-связанную логику ; однако скорость сопровождалась высоким потреблением энергии по сравнению с более поздними устройствами КМОП .
Отвод тепла был критически важным. Хладагент циркулировал по трубам, встроенным в вертикальные охлаждающие планки в двенадцати колонных секциях машины. Каждый из 1662 печатных модулей машины имел медный сердечник и был прикреплен к охлаждающей планке. Система была разработана для поддержания корпусов интегральных схем при температуре не более 54 °C (129 °F), при этом хладагент циркулировал при температуре 21 °C (70 °F). Окончательный отвод тепла осуществлялся через конденсатор с водяным охлаждением. [5] Трубопроводы, теплообменники и насосы для системы охлаждения были расположены в обитом сиденье скамьи вокруг внешней стороны основания компьютера. Около 20 процентов веса машины при работе составлял хладагент. [6]
В более позднем Cray-2, с его более плотно упакованными модулями, у Сеймура Крея возникли проблемы с эффективным охлаждением машины с использованием техники металлической проводимости с механическим охлаждением, поэтому он переключился на охлаждение «погружением в жидкость». Этот метод включал заполнение шасси Cray-2 жидкостью под названием Fluorinert . Fluorinert, как следует из его названия, является инертной жидкостью, которая не мешает работе электронных компонентов. Когда компоненты достигали рабочей температуры, тепло рассеивалось во Fluorinert, который откачивался из машины в теплообменник с охлажденной водой. [7]
Производительность на ватт современных систем значительно улучшилась; гораздо больше вычислений можно выполнить при заданном энергопотреблении, чем это было возможно с интегральными схемами 1980-х и 1990-х годов. Недавние проекты суперкомпьютеров, такие как Blue Gene , полагаются на воздушное охлаждение, которое снижает стоимость, сложность и размер систем по сравнению с жидкостным охлаждением.
Вентиляторы используются, когда естественной конвекции недостаточно для отвода тепла. Вентиляторы могут быть установлены на корпусе компьютера или прикреплены к ЦП, ГП, чипсетам, блокам питания (БП), жестким дискам или как карты, вставленные в слот расширения. Обычные размеры вентиляторов включают 40, 60, 80, 92, 120 и 140 мм. Вентиляторы 200, 230, 250 и 300 мм иногда используются в высокопроизводительных персональных компьютерах.
Компьютер имеет определенное сопротивление потоку воздуха через шасси и компоненты. Это сумма всех более мелких препятствий потоку воздуха, таких как впускные и выпускные отверстия, воздушные фильтры, внутренние шасси и электронные компоненты. Вентиляторы — это простые воздушные насосы, которые обеспечивают давление воздуха на стороне впуска относительно стороны выпуска. Эта разница давлений перемещает воздух через шасси, при этом воздух течет в области с более низким давлением.
Вентиляторы обычно имеют две опубликованные характеристики: свободный поток воздуха и максимальный перепад давления. Свободный поток воздуха — это количество воздуха, которое вентилятор будет перемещать при нулевом противодавлении. Максимальный перепад давления — это количество давления, которое вентилятор может создавать при полной блокировке. Между этими двумя крайностями находится ряд соответствующих измерений потока в зависимости от давления, который обычно представлен в виде графика. Каждая модель вентилятора будет иметь уникальную кривую, как пунктирные кривые на соседней иллюстрации. [8]
Вентиляторы можно устанавливать параллельно друг другу, последовательно или в комбинации того и другого. При параллельной установке вентиляторы устанавливаются рядом друг с другом. При последовательной установке второй вентилятор устанавливается в линию с другим вентилятором, например, приточным и вытяжным. Для упрощения обсуждения предполагается, что вентиляторы одной модели.
Параллельные вентиляторы обеспечат двойной свободный поток воздуха, но не дополнительное давление привода. Последовательная установка, с другой стороны, удвоит доступное статическое давление, но не увеличит скорость свободного потока воздуха. На соседней иллюстрации показан один вентилятор против двух вентиляторов, подключенных параллельно, с максимальным давлением 0,15 дюйма (3,8 мм) водяного столба и удвоенной скоростью потока около 72 кубических футов в минуту (2,0 м 3 /мин).
Обратите внимание, что расход воздуха изменяется как квадратный корень давления. Таким образом, удвоение давления увеличит расход только в 1,41 ( √ 2 ) раз, а не в два раза, как можно было бы предположить. Другой способ взглянуть на это так: давление должно увеличиться в четыре раза, чтобы удвоить расход.
Чтобы определить расход через шасси, можно измерить кривую сопротивления шасси, наложив произвольное давление на вход в шасси и измерив расход через шасси. Для этого требуется довольно сложное оборудование. После определения кривой сопротивления шасси (представленной сплошными красными и черными линиями на соседней кривой) фактический расход через шасси, создаваемый конкретной конфигурацией вентилятора, графически отображается там, где кривая сопротивления шасси пересекает кривую вентилятора. Наклон кривой сопротивления шасси является функцией квадратного корня, где удвоение расхода требует четырехкратного перепада давления.
В этом конкретном примере добавление второго вентилятора обеспечило незначительное улучшение, при этом поток для обеих конфигураций составил приблизительно 27–28 кубических футов в минуту (0,76–0,79 м 3 /мин). Хотя это не показано на графике, второй вентилятор в серии обеспечит немного лучшую производительность, чем параллельная установка. [ необходима цитата ]
Уравнение для требуемого потока воздуха через шасси имеет вид
где
Простое консервативное практическое правило для требований к потоку охлаждения, не учитывающее такие эффекты, как потеря тепла через стенки корпуса и ламинарный или турбулентный поток, а также учитывающее константы удельной теплоемкости и плотности на уровне моря, выглядит следующим образом:
Например, типичное шасси с нагрузкой 500 Вт, максимальной внутренней температурой 130 °F (54 °C) при температуре окружающей среды 100 °F (38 °C), т.е. разница составляет 30 °F (17 °C):
Это будет фактический поток через шасси, а не номинальный свободный воздух вентилятора. Следует также отметить, что "Q", передаваемое тепло, является функцией эффективности теплопередачи кулера ЦП или ГП к воздушному потоку.
«Двойная пьезоэлектрическая охлаждающая струя», запатентованная GE , использует вибрации для прокачки воздуха через устройство. Первоначальное устройство имеет толщину три миллиметра и состоит из двух никелевых дисков, которые с обеих сторон соединены с полоской пьезоэлектрической керамики. Переменный ток, проходящий через керамический компонент, заставляет его расширяться и сжиматься со скоростью до 150 раз в секунду, так что никелевые диски действуют как меха. При сжатии края дисков раздвигаются и всасывают горячий воздух. Расширение сводит никелевые диски вместе, выталкивая воздух с высокой скоростью.
Устройство не имеет подшипников и не требует двигателя. Оно тоньше и потребляет меньше энергии, чем обычные вентиляторы. Струя может перемещать тот же объем воздуха, что и охлаждающий вентилятор в два раза больше, потребляя при этом вдвое меньше электроэнергии и за меньшие деньги. [9]
Пассивное охлаждение радиатора подразумевает прикрепление блока обработанного или прессованного металла к детали, требующей охлаждения. Может использоваться термоклей. Чаще всего для ЦП персонального компьютера зажим удерживает радиатор непосредственно над чипом, с нанесенной между ними термопастой или термопрокладкой. Этот блок имеет ребра и выступы для увеличения площади поверхности. Теплопроводность металла намного лучше, чем у воздуха, и он излучает тепло лучше, чем компонент, который он защищает (обычно интегральная схема или ЦП). Алюминиевые радиаторы с вентиляторным охлаждением изначально были нормой для настольных компьютеров, но в настоящее время многие радиаторы имеют медную пластину основания, медный круг основания или полностью сделаны из меди.
Накопление пыли между металлическими ребрами радиатора постепенно снижает эффективность, но с этим можно бороться с помощью газового пылеуловителя, сдувающего пыль вместе с другими нежелательными излишками материала.
Пассивные радиаторы обычно встречаются в старых процессорах, деталях, которые не сильно нагреваются (например, чипсет), маломощных компьютерах и встраиваемых устройствах.
Обычно радиатор крепится к интегрированному распределителю тепла (IHS), по сути, большой плоской пластине, прикрепленной к ЦП, с нанесенной между ними токопроводящей пастой. Это рассеивает или распределяет тепло локально. В отличие от радиатора, распределитель предназначен для перераспределения тепла, а не для его удаления. Кроме того, IHS защищает хрупкий ЦП.
Пассивное охлаждение не подразумевает шума от вентилятора, поскольку конвекционные силы перемещают воздух над радиатором.
.jpg/1280px-Toby_and_the_Mineral_Oil_Cooled_Rig_(4958369451).jpg)
Еще одна растущая тенденция из-за увеличения плотности тепла компьютеров, графических процессоров, ПЛИС и ASIC заключается в погружении всего компьютера или выбранных компонентов в теплопроводящую, но не электропроводящую жидкость. Хотя для охлаждения персональных компьютеров [10] оно используется редко, погружение в жидкость является обычным методом охлаждения крупных компонентов распределения питания, таких как трансформаторы . Оно также становится популярным в центрах обработки данных. [11] [12] Персональные компьютеры, охлаждаемые таким образом, могут не требовать ни вентиляторов, ни насосов и могут охлаждаться исключительно за счет пассивного теплообмена между компьютерным оборудованием и корпусом, в котором оно размещено. [12] [13] Однако теплообменник (т. е. сердечник нагревателя или радиатор) все еще может потребоваться, и трубопровод также должен быть правильно размещен. [14]
Используемая охлаждающая жидкость должна иметь достаточно низкую электропроводность , чтобы не мешать нормальной работе компьютера. Если жидкость является в некоторой степени электропроводящей, она может вызвать короткое замыкание между компонентами или дорожками и навсегда повредить их. [15] По этим причинам предпочтительно, чтобы жидкость была изолятором ( диэлектриком ) и не проводила электричество.
Для этой цели существует широкий спектр жидкостей, включая трансформаторные масла , синтетические однофазные и двухфазные диэлектрические охлаждающие жидкости, такие как 3M Fluorinert или 3M Novec. Нецелевые масла, включая кулинарные, моторные и силиконовые масла , успешно использовались для охлаждения персональных компьютеров.
Некоторые жидкости, используемые в иммерсионном охлаждении, особенно материалы на основе углеводородов, такие как минеральные масла, кулинарные масла и органические эфиры, могут разрушать некоторые распространенные материалы, используемые в компьютерах, такие как резина, поливинилхлорид (ПВХ) и термопасты . Поэтому крайне важно проверить совместимость материалов таких жидкостей перед использованием. Было обнаружено, что минеральное масло, в частности, оказывает отрицательное воздействие на изоляцию проводов на основе ПВХ и резины. [16] Сообщалось, что термопасты, используемые для передачи тепла к радиаторам от процессоров и графических карт, растворяются в некоторых жидкостях, однако с незначительным влиянием на охлаждение, если только компоненты не были сняты и не работали на воздухе. [17]
Испарение, особенно для двухфазных охладителей, может представлять проблему, [18] и жидкость может потребовать либо регулярной дозаправки, либо герметизации внутри корпуса компьютера. Иммерсионное охлаждение может обеспечить чрезвычайно низкие значения PUE 1,05, по сравнению с 1,35 воздушного охлаждения, и обеспечить до 100 кВт вычислительной мощности (тепловыделение, TDP) на 19-дюймовую стойку , в отличие от воздушного охлаждения, которое обычно обрабатывает до 23 кВт. [19]
Если мощные компьютеры с большим количеством функций не требуются, можно использовать менее мощные компьютеры или компьютеры с меньшим количеством функций. По состоянию на 2011 год [обновлять]материнская плата VIA EPIA с ЦП обычно рассеивает около 25 Вт тепла, тогда как более производительная материнская плата Pentium 4 и ЦП обычно рассеивают около 140 Вт. Компьютеры могут питаться постоянным током от внешнего блока питания , который не генерирует тепло внутри корпуса компьютера. Замена дисплеев с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) на более эффективные жидкокристаллические (ЖК) дисплеи с тонким экраном в начале двадцать первого века значительно снизила потребление энергии.
Компонент может быть установлен в хорошем тепловом контакте с радиатором, пассивным устройством с большой теплоемкостью и с большой площадью поверхности относительно его объема. Радиаторы обычно изготавливаются из металла с высокой теплопроводностью , такого как алюминий или медь, [20] и включают ребра для увеличения площади поверхности. Тепло от относительно небольшого компонента передается на больший радиатор; равновесная температура компонента плюс радиатор намного ниже, чем была бы у одного компонента. Тепло отводится от радиатора конвективным или принудительно создаваемым вентилятором потоком воздуха. Вентиляторное охлаждение часто используется для охлаждения процессоров и видеокарт, потребляющих значительное количество электроэнергии. В компьютере типичный тепловыделяющий компонент может быть изготовлен с плоской поверхностью. Блок металла с соответствующей плоской поверхностью и ребристой конструкцией, иногда с прикрепленным вентилятором, крепится к компоненту. Чтобы заполнить плохо проводящие воздушные зазоры из-за неидеально плоских и гладких поверхностей, между компонентом и радиатором можно поместить тонкий слой термопасты , термопрокладки или термоклея .
Тепло отводится от радиатора конвекцией , в некоторой степени излучением и, возможно, теплопроводностью , если радиатор находится в тепловом контакте, скажем, с металлическим корпусом. Недорогие алюминиевые радиаторы с вентиляторным охлаждением часто используются на стандартных настольных компьютерах. Радиаторы с медными основаниями или изготовленные из меди имеют лучшие тепловые характеристики, чем алюминиевые. Медный радиатор более эффективен, чем алюминиевый того же размера, что актуально в отношении компонентов с высоким энергопотреблением, используемых в высокопроизводительных компьютерах.
Пассивные радиаторы обычно встречаются в старых процессорах, деталях, которые не рассеивают много энергии (например, чипсетах), компьютерах с маломощными процессорами и оборудовании, где бесшумная работа имеет решающее значение, а шум вентилятора неприемлем.
Обычно радиатор крепится к интегрированному распределителю тепла (IHS), плоской металлической пластине размером с корпус ЦП, которая является частью сборки ЦП и распределяет тепло локально. Между ними помещается тонкий слой термопасты для компенсации дефектов поверхности. Основная цель распределителя — перераспределять тепло. Ребра радиатора повышают его эффективность.
Несколько марок модулей памяти DDR2, DDR3, DDR4 и DDR5 DRAM оснащены ребристым радиатором, закрепленным на верхнем крае модуля. Та же техника используется для видеокарт, которые используют ребристый пассивный радиатор на графическом процессоре.
Высокопроизводительные твердотельные накопители M.2 могут быть подвержены значительному тепловыделению, поэтому они могут продаваться с радиатором в комплекте, или же пользователь может прикрепить радиатор стороннего производителя во время установки.
Пыль имеет тенденцию накапливаться в щелях ребристых радиаторов, особенно при высоком потоке воздуха, создаваемом вентиляторами. Это удерживает воздух вдали от горячего компонента, снижая эффективность охлаждения; однако удаление пыли восстанавливает эффективность.
Переходы Пельтье, как правило, имеют эффективность, составляющую всего лишь около 10–15 % от эффективности идеального холодильника ( цикл Карно ), по сравнению с 40–60 %, достигаемыми традиционными системами компрессионного цикла (обратные системы Ренкина , использующие сжатие/расширение). [21] Из-за этой более низкой эффективности термоэлектрическое охлаждение обычно используется только в средах, где твердотельная природа (отсутствие движущихся частей , низкие эксплуатационные расходы, компактный размер и нечувствительность к ориентации) перевешивает чистую эффективность.
Современные ТЭП используют несколько сложенных блоков, каждый из которых состоит из десятков или сотен термопар, расположенных рядом друг с другом, что обеспечивает значительную теплопередачу . Для термопар чаще всего используется комбинация висмута и теллура .
Как активные тепловые насосы, потребляющие электроэнергию, ТЭЦ могут производить температуры ниже температуры окружающей среды, что невозможно с пассивными радиаторами, жидкостным охлаждением радиатора и HSF с тепловыми трубками. Однако при перекачке тепла модуль Пельтье обычно потребляет больше электроэнергии, чем перекачиваемое количество тепла.
Также возможно использовать элемент Пельтье вместе с хладагентом высокого давления (двухфазное охлаждение) для охлаждения процессора. [22] [23]
Жидкостное охлаждение является высокоэффективным методом удаления избыточного тепла, при этом наиболее распространенной теплопередающей жидкостью в настольных ПК является (дистиллированная) вода. Преимущества водяного охлаждения перед воздушным включают более высокую удельную теплоемкость и теплопроводность воды .
Принцип, используемый в типичной (активной) системе жидкостного охлаждения для компьютеров, идентичен принципу, используемому в двигателе внутреннего сгорания автомобиля , при этом вода циркулирует с помощью водяного насоса через водоблок, установленный на ЦП (а иногда и на дополнительных компонентах, таких как ГП и северный мост) [24] и выходит в теплообменник , обычно радиатор . Сам радиатор обычно дополнительно охлаждается с помощью вентилятора . [ 24] Помимо вентилятора, его, возможно, можно также охлаждать другими способами, такими как охладитель Пельтье (хотя элементы Пельтье чаще всего размещаются непосредственно поверх охлаждаемого оборудования, а охлаждающая жидкость используется для отвода тепла от горячей стороны элемента Пельтье). [25] [26] Резервуар для охлаждающей жидкости часто также подключается к системе. [27]
Помимо активных систем жидкостного охлаждения иногда используются также пассивные системы жидкостного охлаждения. [28] [29] [30] [31] [32] В этих системах часто отсутствует вентилятор или водяной насос, что теоретически повышает их надежность и делает их тише, чем активные системы. Недостатками этих систем является то, что они гораздо менее эффективны в отводе тепла и, следовательно, также нуждаются в гораздо большем количестве охлаждающей жидкости — и, следовательно, в гораздо большем резервуаре для охлаждающей жидкости — давая охлаждающей жидкости больше времени для охлаждения.
Жидкости позволяют передавать больше тепла от охлаждаемых деталей, чем воздух, что делает жидкостное охлаждение подходящим для разгона и высокопроизводительных компьютерных приложений. [33] По сравнению с воздушным охлаждением, жидкостное охлаждение также меньше зависит от температуры окружающей среды. [34] Сравнительно низкий уровень шума жидкостного охлаждения выгодно отличается от воздушного охлаждения, которое может быть довольно шумным.
Недостатки жидкостного охлаждения включают сложность и потенциальную утечку охлаждающей жидкости. Утечка воды (и любых добавок в воде) может повредить электронные компоненты, с которыми она вступает в контакт, а необходимость проверки и устранения утечек делает установку более сложной и менее надежной. (Первый крупный набег в область жидкостного охлаждения персональных компьютеров для общего пользования, высокопроизводительные версии Power Mac G5 от Apple , в конечном итоге был обречен из-за склонности к утечкам охлаждающей жидкости. [35] ) Воздушный радиатор, как правило, намного проще в сборке, установке и обслуживании, чем решение для водяного охлаждения, [36] хотя также можно найти специальные комплекты водяного охлаждения для ЦП, которые могут быть так же просты в установке, как и воздушный охладитель. Они не ограничиваются ЦП, и жидкостное охлаждение видеокарт также возможно. [37]
Первоначально жидкостное охлаждение ограничивалось мэйнфреймовыми компьютерами, но впоследствии стало практикой, в значительной степени связанной с разгоном в виде готовых комплектов «все в одном» (AIO) или самодельных установок, собранных из индивидуально собранных деталей. [38] За последние несколько лет [ когда? ] возросла популярность жидкостного охлаждения в предварительно собранных настольных компьютерах средней и высокой производительности. Герметичные («замкнутые») системы, включающие небольшой предварительно заполненный радиатор, вентилятор и водоблок, упрощают установку и обслуживание водяного охлаждения при незначительной стоимости эффективности охлаждения по сравнению с более крупными и сложными установками. Жидкостное охлаждение обычно сочетается с воздушным охлаждением, используя жидкостное охлаждение для самых горячих компонентов, таких как ЦП или ГП, при этом сохраняя более простое и дешевое воздушное охлаждение для менее требовательных компонентов.
Система IBM Aquasar использует охлаждение горячей водой для достижения энергоэффективности , вода также используется для отопления зданий. [39] [40]
С 2011 года эффективность водяного охлаждения привела к появлению серии комплексных (AIO) решений для водяного охлаждения. [41] Комплексные решения значительно упрощают установку устройства, и большинство устройств получили положительные отзывы на сайтах отзывов.
Тепловая трубка — это полая трубка, содержащая теплопередающую жидкость. Жидкость поглощает тепло и испаряется на одном конце трубки. Пар перемещается на другой (более холодный) конец трубки, где он конденсируется, отдавая свое скрытое тепло . Жидкость возвращается на горячий конец трубки под действием силы тяжести или капиллярного действия и повторяет цикл. Тепловые трубки имеют гораздо более высокую эффективную теплопроводность, чем твердые материалы. Для использования в компьютерах радиатор на ЦП крепится к большему радиатору-радиатору. Оба радиатора полые, как и соединение между ними, создавая одну большую тепловую трубку, которая передает тепло от ЦП к радиатору, который затем охлаждается каким-либо традиционным способом. Этот метод обычно используется, когда пространство ограничено, как в ПК малого форм-фактора и ноутбуках, или где шум вентилятора недопустим, как в аудиопроизводстве. Из-за эффективности этого метода охлаждения многие настольные процессоры и графические процессоры, а также высокопроизводительные чипсеты используют тепловые трубки или испарительные камеры в дополнение к активному охлаждению на основе вентилятора и пассивным радиаторам, чтобы оставаться в пределах безопасной рабочей температуры. Испарительная камера работает по тем же принципам, что и тепловая трубка, но принимает форму пластины или листа вместо трубы. Тепловые трубки могут быть размещены вертикально сверху и образовывать часть испарительных камер. Испарительные камеры также могут использоваться в высокопроизводительных смартфонах .
Технология охлаждения, разрабатываемая Kronos и Thorn Micro Technologies, использует устройство, называемое ионным ветровым насосом (также известное как электростатический ускоритель жидкости). Основной принцип работы ионного ветрового насоса — коронный разряд , электрический разряд вблизи заряженного проводника, вызванный ионизацией окружающего воздуха.
Охладитель коронного разряда, разработанный Kronos, работает следующим образом: на кончике катода, который расположен с одной стороны ЦП, создается сильное электрическое поле. Высокий энергетический потенциал заставляет молекулы кислорода и азота в воздухе ионизироваться (становиться положительно заряженными) и создавать корону (ореол заряженных частиц). Размещение заземленного анода на противоположном конце ЦП заставляет заряженные ионы в короне ускоряться по направлению к аноду, сталкиваясь по пути с нейтральными молекулами воздуха. Во время этих столкновений импульс передается от ионизированного газа к нейтральным молекулам воздуха, что приводит к движению газа по направлению к аноду.
Преимущества охладителя на основе коронного разряда заключаются в отсутствии движущихся частей, что устраняет некоторые проблемы с надежностью, а также в работе с практически нулевым уровнем шума и умеренным потреблением энергии. [42]
Мягкое охлаждение — это практика использования программного обеспечения для использования преимуществ энергосберегающих технологий ЦП с целью минимизации потребления энергии. Это делается с помощью инструкций halt для отключения или перевода в режим ожидания неиспользуемых подчастей ЦП или путем понижения тактовой частоты ЦП. Хотя это приводит к снижению общей скорости, это может быть очень полезно при разгоне ЦП для улучшения пользовательского опыта , а не для увеличения чистой вычислительной мощности, поскольку это может предотвратить необходимость в более шумном охлаждении. Вопреки тому, что предполагает этот термин, это не форма охлаждения, а уменьшение тепловыделения.
Понижение напряжения — это практика работы ЦП или любого другого компонента с напряжением ниже спецификаций устройства. Пониженное напряжение компонента потребляет меньше энергии и, таким образом, выделяет меньше тепла. Возможность сделать это зависит от производителя, линейки продуктов и даже различных производственных партий одного и того же продукта (а также других компонентов в системе), но процессоры часто указываются для использования напряжений выше, чем строго необходимо. Этот допуск гарантирует, что процессор будет иметь больше шансов на правильную работу в неоптимальных условиях, таких как некачественная материнская плата или низкое напряжение питания. Ниже определенного предела процессор не будет работать правильно, хотя слишком большое понижение напряжения обычно не приводит к необратимому повреждению оборудования (в отличие от перенапряжения).
Андервольтинг используется для тихих систем , так как требуется меньше охлаждения из-за снижения тепловыделения, что позволяет отказаться от шумных вентиляторов. Он также используется, когда необходимо максимально продлить срок службы аккумулятора.
Все традиционные методы охлаждения прикрепляют свой «охлаждающий» компонент к внешней стороне корпуса компьютерного чипа. Этот метод «присоединения» всегда будет демонстрировать некоторое тепловое сопротивление, что снижает его эффективность. Тепло может быть более эффективно и быстро удалено путем непосредственного охлаждения локальных горячих точек чипа внутри корпуса. В этих местах может происходить рассеивание мощности более 300 Вт/см 2 (типичный ЦП составляет менее 100 Вт/см 2 ), хотя ожидается, что будущие системы превысят 1000 Вт/см 2 . [43] Эта форма локального охлаждения имеет важное значение для разработки чипов с высокой плотностью мощности. Эта идеология привела к исследованию интеграции охлаждающих элементов в компьютерный чип. В настоящее время существует две технологии: микроканальные радиаторы и струйное охлаждение.
В микроканальных радиаторах каналы изготавливаются в кремниевом чипе (ЦП), и охлаждающая жидкость прокачивается через них. Каналы спроектированы с очень большой площадью поверхности, что приводит к большой теплопередаче. Сообщалось о рассеивании тепла 3000 Вт/см2 с помощью этой технологии. [ 44] Рассеивание тепла может быть дополнительно увеличено, если применить двухфазное потоковое охлаждение. К сожалению, система требует больших перепадов давления из-за небольших каналов, а тепловой поток ниже с диэлектрическими охлаждающими жидкостями, используемыми в электронном охлаждении.
Другой метод локального охлаждения чипа — это струйное охлаждение. В этом методе охлаждающая жидкость протекает через небольшое отверстие, образуя струю. Струя направлена к поверхности чипа ЦП и может эффективно отводить большие тепловые потоки. Сообщалось о рассеивании тепла более 1000 Вт/см2. [ 45] Система может работать при более низком давлении по сравнению с микроканальным методом. Теплопередача может быть дополнительно увеличена с помощью двухфазного проточного охлаждения и путем интеграции каналов обратного потока (гибрид между микроканальными радиаторами и струйным охлаждением).
Охлаждение с изменением фазы является чрезвычайно эффективным способом охлаждения процессора. Парокомпрессионный охладитель с изменением фазы представляет собой блок, который обычно располагается под ПК с трубкой, ведущей к процессору. Внутри блока находится компрессор того же типа, что и в кондиционере . Компрессор сжимает газ (или смесь газов), который поступает из испарителя (охладитель ЦП, обсуждаемый ниже). Затем очень горячий пар высокого давления подается в конденсатор (устройство рассеивания тепла), где он конденсируется из горячего газа в жидкость, обычно переохлажденную на выходе конденсатора, затем жидкость подается в расширительное устройство (ограничение в системе), чтобы вызвать падение давления и испарить жидкость (заставить ее достичь давления, при котором она может закипеть при желаемой температуре); используемое расширительное устройство может быть простой капиллярной трубкой к более сложному терморегулирующему клапану. Жидкость испаряется (меняет фазу), поглощая тепло от процессора, поскольку он получает дополнительную энергию из окружающей среды, чтобы приспособиться к этому изменению (см. скрытая теплота ). Испарение может создавать температуры, достигающие примерно от −15 до −150 °C (от 5 до −238 °F). Жидкость поступает в испаритель, охлаждающий ЦП, превращаясь в пар при низком давлении. В конце испарителя этот газ стекает в компрессор, и цикл начинается снова. Таким образом, процессор может быть охлажден до температур в диапазоне от −15 до −150 °C (от 5 до −238 °F), в зависимости от нагрузки, мощности процессора, системы охлаждения (см. охлаждение ) и используемой газовой смеси. Этот тип системы страдает от ряда проблем (стоимость, вес, размер, вибрация, обслуживание, стоимость электроэнергии, шум, необходимость в специализированной компьютерной башне), но, в основном, нужно беспокоиться о точке росы и надлежащей изоляции всех поверхностей ниже окружающей среды, что должно быть сделано (трубы будут потеть, капая вода на чувствительную электронику).
В качестве альтернативы разрабатывается новый тип системы охлаждения, вставляющий насос в термосифонный контур. Это добавляет еще одну степень гибкости для инженера-конструктора, поскольку тепло теперь может эффективно транспортироваться от источника тепла и либо возвращаться, либо рассеиваться в окружающую среду. Температуру соединения можно настраивать, регулируя давление системы; более высокое давление соответствует более высоким температурам насыщения жидкости. Это позволяет использовать меньшие конденсаторы, меньшие вентиляторы и/или эффективно рассеивать тепло в среде с высокой температурой окружающей среды. Эти системы, по сути, являются парадигмой охлаждения жидкости следующего поколения, поскольку они примерно в 10 раз эффективнее однофазной воды. Поскольку система использует диэлектрик в качестве среды переноса тепла, утечки не вызывают катастрофического отказа электрической системы.
Этот тип охлаждения рассматривается как более экстремальный способ охлаждения компонентов, поскольку блоки относительно дороги по сравнению со средним настольным компьютером. Они также создают значительный уровень шума, поскольку по сути являются холодильниками; однако выбор компрессора и системы воздушного охлаждения является основным определяющим фактором, что обеспечивает гибкость в снижении шума на основе выбранных деталей.
«Термосифон» традиционно относится к закрытой системе, состоящей из нескольких труб и/или камер, с большей камерой, содержащей небольшой резервуар с жидкостью (часто имеющей точку кипения чуть выше температуры окружающей среды, но не обязательно). Большая камера расположена максимально близко к источнику тепла и предназначена для передачи как можно большего количества тепла от него в жидкость, например, охлаждающая пластина ЦП с камерой внутри нее, заполненной жидкостью. Одна или несколько трубок выходят вверх в какой-то радиатор или подобную область рассеивания тепла, и все это настроено таким образом, что ЦП нагревает резервуар и содержащуюся в нем жидкость, которая начинает кипеть, и пар перемещается вверх по трубке(ам) в радиатор/область рассеивания тепла, а затем после конденсации капает обратно в резервуар или стекает по стенкам трубки. Он не требует подвижных частей и чем-то похож на тепловой насос, за исключением того, что капиллярное действие не используется, что делает его потенциально лучшим в некотором смысле (возможно, самое главное, лучшее в том, что его гораздо проще построить, и он гораздо более настраиваемый для конкретных случаев использования, а поток хладагента/пара может быть организован в гораздо большем диапазоне положений и расстояний, и имеет гораздо большую тепловую массу и максимальную мощность по сравнению с тепловыми трубками, которые ограничены количеством присутствующего хладагента, а также скоростью и расходом хладагента, которых может достичь капиллярное действие с использованием фитиля, часто спеченного медного порошка на стенках трубки, которые имеют ограниченную скорость потока и мощность).
Поскольку жидкий азот кипит при температуре -196 °C (-320,8 °F), что намного ниже точки замерзания воды, он ценен в качестве экстремального охлаждающего вещества для коротких сеансов разгона.
В типичной установке охлаждения жидким азотом медная или алюминиевая трубка монтируется поверх процессора или видеокарты. После того, как система была тщательно изолирована от конденсации, жидкий азот заливается в трубку, что приводит к температурам значительно ниже −100 °C (−148 °F).
Устройства испарения, начиная от вырезанных радиаторов с трубками, прикрепленными к специально фрезерованным медным контейнерам, используются для удержания азота, а также для предотвращения больших перепадов температуры. Однако после испарения азота его необходимо заполнить. В сфере персональных компьютеров этот метод охлаждения редко используется в других контекстах, кроме пробных запусков разгона и попыток установления рекордов, поскольку процессор обычно выходит из строя в течение относительно короткого периода времени из-за температурного стресса , вызванного изменениями внутренней температуры.
Хотя жидкий азот не горюч, он может конденсировать кислород непосредственно из воздуха. Смеси жидкого кислорода и горючих материалов могут быть взрывоопасными .
Охлаждение жидким азотом, как правило, используется только для тестирования производительности процессоров, поскольку его постоянное использование может привести к необратимому повреждению одной или нескольких частей компьютера, а при неосторожном обращении даже нанести вред пользователю, вызвав обморожение .
Жидкий гелий , более холодный, чем жидкий азот, также использовался для охлаждения. Жидкий гелий кипит при температуре −269 °C (−452,20 °F), а диапазон температур, измеряемых с помощью радиатора, составляет от −230 до −240 °C (−382,0 до −400,0 °F). [46] Однако жидкий гелий дороже и его сложнее хранить и использовать, чем жидкий азот. Кроме того, чрезвычайно низкие температуры могут привести к прекращению работы интегральных схем. Например, кремниевые полупроводники замерзнут при температуре около −233 °C (−387,4 °F). [47]
Охлаждение можно улучшить несколькими методами, которые могут потребовать дополнительных расходов или усилий. Эти методы часто используются, в частности, теми, кто использует части своего компьютера (например, ЦП и ГП) на более высоких напряжениях и частотах, чем указано производителем ( разгон ), что увеличивает тепловыделение.
Установка более производительного, нестандартного охлаждения также может считаться моддингом . Многие оверклокеры просто покупают более эффективные и часто более дорогие комбинации вентилятора и радиатора, в то время как другие прибегают к более экзотическим способам охлаждения компьютера, таким как жидкостное охлаждение, тепловые насосы с эффектом Пельтье, тепловые трубки или охлаждение с изменением фаз.
Существуют также некоторые сопутствующие практики, которые оказывают положительное влияние на снижение температуры системы:
Часто называется материалом термического интерфейса (TIM). [48]
Идеально плоские поверхности в контакте обеспечивают оптимальное охлаждение, но идеальная плоскость и отсутствие микроскопических воздушных зазоров практически невозможны, особенно в массовом оборудовании. Очень тонкий слой термопасты , которая намного более теплопроводна, чем воздух, хотя и намного менее, чем металл, может улучшить тепловой контакт и охлаждение, заполняя воздушные зазоры. Если использовать только небольшое количество пасты, достаточное только для заполнения зазоров, будет достигнуто наилучшее снижение температуры.
Существует много споров о достоинствах компаундов, и оверклокеры часто считают, что некоторые компаунды превосходят другие. Главное соображение заключается в использовании минимального количества термопасты, необходимого для выравнивания поверхностей, поскольку теплопроводность компаунда обычно составляет от 1/3 до 1/400 от теплопроводности металла, хотя и намного лучше, чем у воздуха. Теплопроводность компаунда радиатора составляет от примерно 0,5 до 80 Вт/мК [49] (см. статьи); у алюминия она составляет около 200, у воздуха — около 0,02. Также используются теплопроводящие прокладки , которые производители часто устанавливают на радиаторы. Они менее эффективны, чем правильно нанесенная термопаста, но их проще наносить, и, если они закреплены на радиаторе, их нельзя пропустить пользователям, не знающим о важности хорошего теплового контакта, или заменить толстым и неэффективным слоем компаунда.
В отличие от некоторых обсуждаемых здесь методов, использование термопасты или прокладок практически универсально при отводе значительных объемов тепла.
Массово производимые теплораспределители ЦП и основания радиаторов никогда не бывают идеально плоскими или гладкими; если эти поверхности находятся в наилучшем возможном контакте, будут воздушные зазоры, которые уменьшают теплопроводность. Это можно легко смягчить с помощью термопасты, но для наилучших возможных результатов поверхности должны быть максимально плоскими. Этого можно добиться с помощью трудоемкого процесса, известного как притирка , который может снизить температуру ЦП обычно на 2 °C (4 °F). [50]
Большинство старых ПК используют плоские ленточные кабели для подключения накопителей ( IDE или SCSI ). Эти большие плоские кабели значительно затрудняют поток воздуха, вызывая сопротивление и турбулентность. Оверклокеры и моддеры часто заменяют их круглыми кабелями, в которых проводящие провода плотно скручены вместе, чтобы уменьшить площадь поверхности. Теоретически параллельные жилы проводников в ленточном кабеле служат для уменьшения перекрестных помех (проводники, несущие сигнал, вызывают сигналы в соседних проводниках), но нет никаких эмпирических доказательств того, что округление кабелей снижает производительность. Это может быть связано с тем, что длина кабеля достаточно коротка, так что эффект перекрестных помех незначителен. Проблемы обычно возникают, когда кабель не защищен от электромагнитного излучения , а его длина значительна, что чаще встречается со старыми сетевыми кабелями.
Затем эти компьютерные кабели можно прикрепить к корпусу или другим кабелям для дальнейшего улучшения циркуляции воздуха.
Эта проблема менее актуальна для новых компьютеров, использующих последовательный интерфейс ATA , который имеет гораздо более узкий кабель.
Чем холоднее охлаждающая среда (воздух), тем эффективнее охлаждение . Температуру охлаждающего воздуха можно улучшить, следуя этим рекомендациям:
Меньшее количество вентиляторов, но стратегически размещенных, улучшит поток воздуха внутри ПК и, таким образом, снизит общую внутреннюю температуру корпуса по отношению к условиям окружающей среды. Использование более крупных вентиляторов также повышает эффективность и снижает количество отработанного тепла, а также количество шума, создаваемого вентиляторами во время работы.
Мало кто согласен относительно эффективности различных конфигураций размещения вентиляторов, и мало что было сделано в плане систематического тестирования. Для прямоугольного корпуса ПК (ATX) вентилятор спереди с вентилятором сзади и одним сверху оказался подходящей конфигурацией. Однако в руководстве AMD по охлаждению системы (несколько устаревших) отмечается, что «передний вентилятор охлаждения, по-видимому, не является необходимым. Фактически, в некоторых экстремальных ситуациях тестирование показало, что эти вентиляторы рециркулируют горячий воздух, а не вводят холодный воздух». [51] Возможно, вентиляторы на боковых панелях могут иметь аналогичный пагубный эффект — возможно, за счет нарушения нормального потока воздуха через корпус. Однако это не подтверждено и, вероятно, зависит от конфигурации.
Грубо говоря, положительное давление означает, что впуск в корпус сильнее, чем выпуск из корпуса. Такая конфигурация приводит к тому, что давление внутри корпуса выше, чем в окружающей среде. Отрицательное давление означает, что выпуск сильнее, чем впуск. Это приводит к тому, что внутреннее давление воздуха ниже, чем в окружающей среде. Обе конфигурации имеют свои преимущества и недостатки, причем положительное давление является более популярной из двух конфигураций. Отрицательное давление приводит к тому, что корпус втягивает воздух через отверстия и вентиляционные отверстия отдельно от вентиляторов, поскольку внутренние газы будут пытаться достичь равновесного давления с окружающей средой. Следовательно, это приводит к попаданию пыли в компьютер во всех местах. Положительное давление в сочетании с фильтрованным впуском решает эту проблему, поскольку воздух будет только стремиться выходить через эти отверстия и вентиляционные отверстия, чтобы достичь равновесия с окружающей средой. Тогда пыль не сможет попасть в корпус, кроме как через впускные вентиляторы, которые должны иметь пылевые фильтры.
Настольные компьютеры обычно используют один или несколько вентиляторов для охлаждения. Хотя почти все блоки питания настольных компьютеров имеют по крайней мере один встроенный вентилятор, блоки питания никогда не должны забирать нагретый воздух из корпуса, так как это приводит к более высоким рабочим температурам блока питания, что снижает энергоэффективность, надежность и общую способность блока питания обеспечивать стабильную подачу питания на внутренние компоненты компьютера. По этой причине все современные корпуса ATX (за некоторыми исключениями, встречающимися в сверхбюджетных корпусах) оснащены креплением блока питания в нижней части, с выделенным воздухозаборником блока питания (часто со своим собственным фильтром) под местом крепления, что позволяет блоку питания забирать холодный воздух из-под корпуса.
Большинство производителей рекомендуют подавать прохладный, свежий воздух в нижнюю переднюю часть корпуса и выводить теплый воздух из верхней задней части [ требуется ссылка ] . Если вентиляторы установлены так, чтобы нагнетать воздух в корпус более эффективно, чем он удаляется, давление внутри становится выше, чем снаружи, что называется «положительным» потоком воздуха (противоположный случай называется «отрицательным» потоком воздуха). Стоит отметить, что положительное внутреннее давление предотвращает накопление пыли в корпусе только в том случае, если воздухозаборники оснащены пылевыми фильтрами. [52] Корпус с отрицательным внутренним давлением будет страдать от более высокой скорости накопления пыли, даже если воздухозаборники отфильтрованы, поскольку отрицательное давление будет втягивать пыль через любое доступное отверстие в корпусе
Воздушный поток внутри типичного корпуса настольного компьютера обычно недостаточно силен для пассивного радиатора ЦП. Большинство радиаторов настольных компьютеров являются активными, включая один или даже несколько напрямую подключенных вентиляторов или нагнетателей.
Каждый сервер может иметь независимую внутреннюю систему охлаждения; Вентиляторы охлаждения сервера в корпусах (1 U ) обычно располагаются в середине корпуса, между жесткими дисками спереди и пассивными радиаторами ЦП сзади. Более крупные (высокие) корпуса также имеют вытяжные вентиляторы, а начиная примерно с 4U они могут иметь активные радиаторы. Блоки питания обычно имеют собственные вытяжные вентиляторы, обращенные назад.
Шкаф-стойка — типичный корпус для горизонтально монтируемых серверов. Воздух обычно втягивается спереди стойки и выпускается сзади. Каждый шкаф может иметь дополнительные опции охлаждения; например, они могут иметь подключаемый модуль Close Coupled Cooling или интегрироваться с элементами шкафа (например, дверцы охлаждения в серверной стойке iDataPlex ).
Другой способ размещения большого количества систем в небольшом пространстве — использовать шасси лезвий , ориентированное вертикально, а не горизонтально, для облегчения конвекции . Воздух, нагретый горячими компонентами, имеет тенденцию подниматься, создавая естественный поток воздуха вдоль плат ( эффект стека ), охлаждая их. Некоторые производители используют этот эффект. [53] [54]
Поскольку центры обработки данных обычно содержат большое количество компьютеров и других рассеивающих мощность устройств, они рискуют перегреть оборудование; для предотвращения этого используются обширные системы HVAC . Часто используется фальшпол, поэтому область под полом может использоваться как большой пленум для охлажденного воздуха из CRAC (кондиционер для компьютерного зала) или CRAH (обработчик воздуха для компьютерного зала) [55] и силовых кабелей. Также может присутствовать пленум, сделанный с помощью подвесного потолка. [55] В центрах обработки данных также используется сдерживание горячего коридора или сдерживание холодного коридора для повышения эффективности охлаждения. [56] В качестве альтернативы можно использовать плитные полы, которые похожи на обычные полы, а для охлаждения можно использовать верхние воздуховоды. [57] [58]
Прямое жидкостное охлаждение оказалось более эффективным, чем варианты воздушного охлаждения, что привело к уменьшению занимаемой площади, снижению капитальных затрат и снижению эксплуатационных расходов, чем воздушное охлаждение. Оно использует теплую жидкость вместо воздуха для отвода тепла от самых горячих компонентов. Повышение энергоэффективности от жидкостного охлаждения также способствует его внедрению. [59] [60] Одно- и двух-/двухфазное охлаждение погружением/открытой ванной и одно- и двухфазное охлаждение непосредственно на чипе [61], а также охлаждение погружением, ограниченное отдельными серверными блейд-модулями [62] [63], также были предложены для использования в центрах обработки данных. [64] [65] Внутрирядное охлаждение, [66] [67] [68] охлаждение стойки, [69] [70] теплообменники задней двери, [71] охлаждение на стойке, при котором теплообменники размещаются над стойкой, [72] [73] верхнее охлаждение над проходами [74] [75] или вентиляторные стены/тепловые стены в центре обработки данных [76] [77] также могут использоваться. Прямое жидкостное охлаждение (DLC) с холодными пластинами для охлаждения чипов в серверах может использоваться из-за более высокой теплоотводящей способности этих систем. [61] Эти системы могут охлаждать некоторые или все компоненты на сервере, используя резиновые или медные трубки соответственно. [78] [70] [79] Теплообменники на задней двери традиционно использовались для охлаждения высокой плотности тепла в центрах обработки данных, но они не получили широкого распространения. [80] Их можно охлаждать хладагентом [81] или охлажденной водой. [82] Охлаждаемые охлажденной водой могут быть активными, имеющими вентиляторы, [83] или пассивными, не имеющими вентиляторов. [84] Теплообменники жидкость-воздух (радиаторы) могут использоваться для охлаждения серверов, охлаждаемых с помощью прямого жидкостного охлаждения чипа, чтобы избежать установки водопровода для воды в помещении. Эти теплообменники можно устанавливать отдельно от стоек или в качестве задней двери на стойке. [85] [86] [87] [88]
Ноутбуки представляют собой сложную механическую конструкцию воздушного потока, рассеивание мощности и проблему охлаждения. Ограничения, характерные для ноутбуков, включают: устройство в целом должно быть максимально легким; форм-фактор должен быть построен вокруг стандартной раскладки клавиатуры; пользователи находятся очень близко, поэтому шум должен быть сведен к минимуму, а внешняя температура корпуса должна быть достаточно низкой, чтобы его можно было использовать на коленях. Охлаждение обычно использует принудительное воздушное охлаждение, но также распространены тепловые трубки и использование металлического шасси или корпуса в качестве пассивного радиатора. Решения для снижения нагрева включают использование процессоров ARM или Intel Atom с низким энергопотреблением .
Мобильные устройства, такие как телефоны, обычно не имеют дискретных систем охлаждения, поскольку мобильные чипы CPU и GPU разработаны для максимальной энергоэффективности из-за ограничений батареи устройства. Некоторые устройства с более высокой производительностью могут включать в себя теплоотвод, который помогает передавать тепло внешнему корпусу телефона или планшета.
