Охлаждение компьютера необходимо для отвода отходящего тепла , выделяемого компонентами компьютера , чтобы поддерживать компоненты в допустимых пределах рабочей температуры . К компонентам, которые подвержены временному сбою или постоянному выходу из строя в случае перегрева, относятся интегральные схемы , такие как центральные процессоры (ЦП), наборы микросхем , видеокарты , жесткие диски и твердотельные накопители .
Компоненты часто проектируются так, чтобы выделять как можно меньше тепла, а компьютеры и операционные системы могут быть спроектированы так, чтобы снизить энергопотребление и последующий нагрев в зависимости от рабочей нагрузки, но все равно может выделяться больше тепла, чем можно удалить, не уделяя внимания охлаждению. Использование радиаторов, охлаждаемых потоком воздуха, снижает повышение температуры, вызываемое заданным количеством тепла. Внимание к структуре воздушного потока может предотвратить развитие горячих точек. Компьютерные вентиляторы широко используются вместе с вентиляторами радиатора для снижения температуры за счет активного отвода горячего воздуха. Существуют и другие методы охлаждения, например жидкостное охлаждение . Все современные процессоры спроектированы таким образом, чтобы отключать или снижать напряжение или тактовую частоту, если внутренняя температура процессора превышает определенный предел. Это обычно известно как Thermal Throttling в случае снижения тактовой частоты или Thermal Shutdown в случае полного выключения устройства или системы.
Охлаждение может быть предназначено для снижения температуры окружающей среды внутри корпуса компьютера, например, за счет отвода горячего воздуха, или для охлаждения одного компонента или небольшой площади (точечное охлаждение). К компонентам, обычно охлаждаемым индивидуально, относятся ЦП, графический процессор (GPU) и северный мост .
Интегральные схемы (например, ЦП и ГП) являются основными генераторами тепла в современных компьютерах. Выделение тепла можно уменьшить за счет эффективной конструкции 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 повышаться до тех пор, пока тепло, передаваемое в окружающую среду, не станет равным теплу, производимому компонентом, то есть до достижения теплового равновесия . Для обеспечения надежной работы температура никогда не должна превышать установленное максимально допустимое значение, уникальное для каждого компонента. Для полупроводников решающее значение имеет мгновенная температура перехода , а не температура корпуса компонента, радиатора или окружающей среды.
Охлаждение может быть нарушено из-за:
Поскольку высокие температуры могут значительно сократить срок службы или привести к необратимому повреждению компонентов, а тепловая мощность 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 процессор, материнскую плату, набор микросхем или графический процессор, может отключаться при обнаружении высоких температур, чтобы предотвратить необратимые повреждения, хотя это не может полностью гарантировать долгосрочную безопасную работу. Прежде чем перегревающийся компонент достигнет этой точки, его можно «регулировать» до тех пор, пока температура не упадет ниже безопасной точки, используя технологию динамического масштабирования частоты . Регулирование снижает рабочую частоту и напряжение интегральной схемы или отключает несущественные функции чипа для снижения тепловыделения, часто за счет незначительного или значительного снижения производительности. Для настольных компьютеров и ноутбуков регулирование часто контролируется на уровне BIOS . Регулирование также часто используется для управления температурой в смартфонах и планшетах, где компоненты плотно упакованы вместе практически без активного охлаждения и с дополнительной передачей тепла от руки пользователя. [1]
Пользователь также может многое сделать, чтобы заранее предотвратить ущерб. Они могут провести визуальный осмотр кулера и вентиляторов корпуса. Если какой-либо из них вращается неправильно, вероятно, его необходимо заменить. Пользователю также следует тщательно очистить вентиляторы, поскольку пыль и мусор могут повысить температуру окружающей среды и повлиять на производительность вентилятора. Лучший способ сделать это — использовать сжатый воздух на открытом пространстве. Еще один превентивный метод предотвращения повреждений — регулярная замена термопасты. [2]
По мере того как электронные компьютеры становились больше и сложнее, охлаждение активных компонентов стало решающим фактором для их надежной работы. Первые ламповые компьютеры с относительно большими шкафами 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. Многие системы воздушного и жидкостного охлаждения были разработаны и исследованы с использованием таких методов, как естественная и вынужденная конвекция, прямое воздействие воздуха, прямое погружение в жидкость и вынужденная конвекция, кипение в бассейне, падающие пленки, кипение в потоке и столкновение струи жидкости. Математический анализ использовался для прогнозирования повышения температуры компонентов для каждой возможной геометрии системы охлаждения. [3]
IBM разработала три поколения модуля теплопроводности (TCM), в которых использовалась холодная пластина с водяным охлаждением, находящаяся в прямом тепловом контакте с корпусами интегральных схем. На каждом корпусе был прижат теплопроводящий штифт, а газообразный гелий окружал чипы и теплопроводящие штифты. Такая конструкция позволяла снимать до 27 Вт с чипа и до 2000 Вт с каждого модуля, сохраняя при этом температуру корпуса чипа около 50 °C (122 °F). К системам, использующим TCM, относились семейство 3081 (1980 г.), ES/3090 (1984 г.) и некоторые модели ES /9000 (1990 г.). [3] В процессоре IBM 3081 TCM обеспечивал мощность до 2700 Вт на одной печатной плате при поддержании температуры чипа на уровне 69 °C (156 °F). [4] Модули теплопроводности с водяным охлаждением также использовались в мэйнфреймах других компаний, включая Mitsubishi и Fujitsu.
Суперкомпьютер Cray-1 , разработанный в 1976 году, имел необычную систему охлаждения. Машина имела всего 77 дюймов (2000 мм) в высоту и 56+диаметром 1 ⁄ дюйма (1440 мм) и потребляемой мощностью до 115 киловатт; это сопоставимо со средним энергопотреблением нескольких десятков западных домов или автомобиля среднего размера. Интегральные схемы, использованные в машине, были самыми быстрыми из доступных на тот момент и использовали логику с эмиттерной связью ; однако эта скорость сопровождалась высоким энергопотреблением по сравнению с более поздними устройствами CMOS .
Отвод тепла имел решающее значение. Хладагент циркулировал по трубам, встроенным в вертикальные охлаждающие штанги в двенадцати колонных секциях машины. Каждый из 1662 печатных модулей машины имел медный сердечник и крепился к охлаждающей планке. Система была разработана для поддержания в корпусах интегральных схем температуры не выше 54 °C (129 °F) при температуре циркулирующего хладагента 21 °C (70 °F). Окончательный отвод тепла осуществлялся через конденсатор с водяным охлаждением. [5] Трубопроводы, теплообменники и насосы системы охлаждения были расположены на мягком сиденье вокруг основания компьютера. Около 20 процентов веса работающей машины составлял хладагент. [6]
В более позднем Cray-2 с его более плотно упакованными модулями у Сеймура Крея были проблемы с эффективным охлаждением машины с использованием метода металлической проводимости с механическим охлаждением, поэтому он переключился на охлаждение «жидким погружением». Этот метод включал заполнение шасси Cray-2 жидкостью под названием Fluorinert . Флуоринерт, как следует из названия, представляет собой инертную жидкость, не мешающую работе электронных компонентов. Когда компоненты достигали рабочей температуры, тепло рассеивалось во Fluorinert, который откачивался из машины в теплообменник с охлажденной водой. [7]
Производительность современных систем на ватт значительно улучшилась; при заданном энергопотреблении можно выполнить гораздо больше вычислений, чем это было возможно с помощью интегральных схем 1980-х и 1990-х годов. Недавние проекты суперкомпьютеров, такие как Blue Gene, основаны на воздушном охлаждении, которое снижает стоимость, сложность и размер систем по сравнению с жидкостным охлаждением.
Вентиляторы используются, когда естественной конвекции недостаточно для отвода тепла. Вентиляторы можно устанавливать в корпус компьютера или прикреплять к процессорам, графическим процессорам, наборам микросхем, блокам питания (PSU), жестким дискам или в виде карт, подключаемых к слоту расширения. Общие размеры вентиляторов включают 40, 60, 80, 92, 120 и 140 мм. Вентиляторы диаметром 200, 230, 250 и 300 мм иногда используются в высокопроизводительных персональных компьютерах.
Компьютер имеет определенное сопротивление воздуху, проходящему через корпус и компоненты. Это сумма всех меньших препятствий потоку воздуха, таких как впускные и выпускные отверстия, воздушные фильтры, внутреннее шасси и электронные компоненты. Вентиляторы — это простые воздушные насосы, которые создают давление воздуха на стороне впуска относительно стороны выхода. 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 перемещает при нулевом противодавлении. Максимальный перепад давления — это величина давления, которую может создать вентилятор при полной блокировке. Между этими двумя крайностями находится серия соответствующих измерений зависимости расхода от давления, которая обычно представлена в виде графика. Каждая модель вентилятора будет иметь уникальную кривую, похожую на пунктирные кривые на соседнем рисунке. [8]
Вентиляторы можно устанавливать параллельно друг другу, последовательно или комбинированно. При параллельной установке вентиляторы устанавливаются рядом. Последовательная установка будет представлять собой второй вентилятор рядом с другим вентилятором, например приточным и вытяжным вентилятором. Для упрощения обсуждения предполагается, что вентиляторы относятся к одной и той же модели.
Параллельные вентиляторы обеспечивают двойной свободный поток воздуха, но не создают дополнительного рабочего давления. С другой стороны, последовательная установка удвоит доступное статическое давление, но не увеличит скорость свободного потока воздуха. На соседнем рисунке показан одиночный вентилятор по сравнению с двумя вентиляторами, подключенными параллельно, с максимальным давлением воды 0,15 дюйма (3,8 мм) и удвоенной скоростью потока около 72 кубических футов в минуту (2,0 м 3 /мин).
Обратите внимание, что расход воздуха изменяется пропорционально квадратному корню из давления. Таким образом, удвоение давления увеличит расход только в 1,41 ( √ 2 ) раза, а не в два раза, как можно было бы предположить. Другой взгляд на это заключается в том, что давление должно увеличиться в четыре раза, чтобы удвоить скорость потока.
Чтобы определить скорость потока через шасси, можно измерить кривую импеданса шасси, приложив произвольное давление на входе в шасси и измерив поток через шасси. Для этого требуется достаточно сложное оборудование. После определения кривой импеданса корпуса (представленной сплошными красными и черными линиями на соседней кривой), фактический поток через корпус, создаваемый конкретной конфигурацией вентилятора, графически отображается там, где кривая импеданса шасси пересекает кривую вентилятора. Наклон кривой импеданса шасси представляет собой функцию квадратного корня, где удвоение скорости потока требует четырехкратного перепада давления.
В этом конкретном примере добавление второго вентилятора обеспечило незначительное улучшение: расход для обеих конфигураций составил примерно 27–28 кубических футов в минуту (0,76–0,79 м 3 /мин). Хотя это и не показано на графике, второй последовательный вентилятор обеспечит немного лучшую производительность, чем параллельная установка. [ нужна цитата ]
Уравнение для требуемого воздушного потока через корпус:
где
Простое консервативное правило для требований к потоку охлаждения, не учитывающее такие эффекты, как потери тепла через стенки корпуса и ламинарный поток по сравнению с турбулентным, а также учитывающее константы удельной теплоемкости и плотности на уровне моря:
Например, типичное шасси с нагрузкой 500 Вт и максимальной внутренней температурой 130 °F (54 °C) при температуре окружающей среды 100 °F (38 °C), т. е. разница в 30 °F (17 °C):
Это будет фактический поток через корпус, а не номинальная мощность вентилятора на открытом воздухе. Следует также отметить, что «Q», передаваемое тепло, является функцией эффективности теплопередачи кулера процессора или графического процессора воздушному потоку.
«Двойная пьезоэлектрическая охлаждающая форсунка», 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 сильфоны. Сжимаясь, края дисков раздвигаются и всасывают горячий воздух. При расширении никелевые диски сближаются, вытесняя воздух с большой скоростью.
Устройство не имеет подшипников и не требует двигателя. Он тоньше и потребляет меньше энергии, чем обычные вентиляторы. Струя может перемещать тот же объем воздуха, что и охлаждающий вентилятор в два раза больше своего размера, потребляя при этом вдвое меньше электроэнергии и с меньшими затратами. [9]
Пассивное охлаждение радиатора предполагает прикрепление блока обработанного или экструдированного металла к детали, которая нуждается в охлаждении. Можно использовать термоклей. Чаще всего для процессора персонального компьютера зажим удерживает радиатор непосредственно над чипом, между которыми распределяется термопаста или термопрокладка. Этот блок имеет ребра и гребни для увеличения площади его поверхности. Теплопроводность металла намного лучше, чем у воздуха, и он лучше излучает тепло, чем защищаемый им компонент (обычно интегральная схема или процессор). Алюминиевые радиаторы с вентиляторным охлаждением изначально были нормой для настольных компьютеров, но в настоящее время многие радиаторы имеют медные опорные пластины или полностью изготовлены из меди.
Накопление пыли между металлическими ребрами радиатора постепенно снижает эффективность, но с этим можно бороться с помощью газовой тряпки, сдувая пыль вместе с любым другим нежелательным лишним материалом.
Пассивные радиаторы обычно встречаются в старых процессорах, частях, которые не сильно нагреваются (например, набор микросхем), компьютерах с низким энергопотреблением и встроенных устройствах.
Обычно к встроенному распределителю тепла (IHS) прикрепляется радиатор, представляющий собой большую плоскую пластину, прикрепленную к процессору, с нанесенной между ними проводящей пастой. Это рассеивает или распространяет тепло локально. В отличие от радиатора, распределитель предназначен для перераспределения тепла, а не для его отвода. Кроме того, IHS защищает хрупкий процессор.
Пассивное охлаждение не предполагает шума вентилятора, поскольку силы конвекции перемещают воздух над радиатором.
.jpg/1280px-Toby_and_the_Mineral_Oil_Cooled_Rig_(4958369451).jpg)
Другая растущая тенденция, связанная с увеличением тепловой плотности компьютеров, графических процессоров, FPGA и ASIC, — это погружение всего компьютера или отдельных компонентов в теплопроводящую, но не электрически проводящую жидкость. Хотя жидкостная иммерсия редко используется для охлаждения персональных компьютеров, [10] она является обычным методом охлаждения крупных компонентов распределения энергии, таких как трансформаторы . Он также становится популярным среди центров 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 аппаратным обеспечением компьютера и корпусом, в котором он установлен. [12] [13] Теплообменник (т. е. сердечник обогревателя или радиатор) все равно может потребоваться, и трубопроводы также необходимо разместить правильно. [14]
Используемая охлаждающая жидкость должна иметь достаточно низкую электропроводность, чтобы не мешать нормальной работе компьютера. Если жидкость обладает некоторой электропроводностью, это может вызвать короткое замыкание между компонентами или проводами и привести к их необратимому повреждению. [15] По этим причинам предпочтительно, чтобы жидкость была изолятором ( диэлектриком ) и не проводила электричество.
Для этой цели существует широкий выбор жидкостей, включая трансформаторные масла , синтетические однофазные и двухфазные диэлектрические охлаждающие жидкости, такие как 3M Fluorinert или 3M Novec. Масла нецелевого назначения, в том числе кулинарные, моторные и силиконовые , успешно применяются для охлаждения персональных компьютеров.
Некоторые жидкости, используемые при 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 очень важно перед использованием проверить совместимость материалов таких жидкостей. В частности, было обнаружено, что минеральное масло оказывает негативное воздействие на изоляцию проводов на основе ПВХ и резины. [16] Сообщалось, что термопасты, используемые для передачи тепла к радиаторам процессоров и графических карт, растворяются в некоторых жидкостях, однако с незначительным влиянием на охлаждение, если только компоненты не были сняты и эксплуатировались на воздухе. [17]
Испарение, особенно двухфазных охлаждающих жидкостей, может создать проблему [18] , и жидкость может потребоваться либо регулярно доливать, либо герметизировать внутри корпуса компьютера. Иммерсионное охлаждение может обеспечить чрезвычайно низкие значения PUE , равные 1,05, по сравнению с воздушным охлаждением, равным 1,35, и обеспечить до 100 кВт вычислительной мощности (рассеяние тепла, TDP) на 19-дюймовую стойку , в отличие от воздушного охлаждения, которое обычно обеспечивает до 23 КВт. [19]
Там, где мощные компьютеры с множеством 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 мощная материнская плата и ЦП Pentium 4 обычно рассеивают около 140 Вт. Компьютеры могут питаться постоянным током от внешнего блока питания , не выделяющего тепла внутри корпуса компьютера. Замена дисплеев с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) на более эффективные тонкоэкранные жидкокристаллические дисплеи (ЖКД) в начале двадцать первого века значительно снизила энергопотребление.
Компонент может быть установлен в хорошем тепловом контакте с радиатором — пассивным устройством с большой теплоемкостью и большой площадью поверхности по отношению к его объему. Радиаторы обычно изготавливаются из металла с высокой теплопроводностью , такого как алюминий или медь, [20] и имеют ребра для увеличения площади поверхности. Тепло от относительно небольшого компонента передается более крупному радиатору; равновесная температура компонента плюс радиатора намного ниже, чем была бы температура отдельного компонента. Тепло отводится от радиатора конвективным или вентиляторным 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. К детали крепится металлический блок с соответствующей плоской поверхностью и оребренной конструкцией, иногда с прикрепленным вентилятором. Чтобы заполнить воздушные зазоры с плохой проводимостью из-за несовершенно плоских и гладких поверхностей, между компонентом и радиатором можно поместить тонкий слой термопасты , термопрокладки или термоклея .
Тепло от радиатора отводится за счет конвекции , в некоторой степени за счет излучения и, возможно, за счет проводимости , если радиатор находится в тепловом контакте, скажем, с металлическим корпусом. Недорогие алюминиевые радиаторы с вентиляторным охлаждением часто используются в стандартных настольных компьютерах. Радиаторы с медными опорными пластинами или изготовленные из меди имеют лучшие тепловые характеристики, чем радиаторы из алюминия. Медный радиатор более эффективен, чем алюминиевый блок того же размера, что актуально с учетом компонентов с высоким энергопотреблением, используемых в высокопроизводительных компьютерах.
Пассивные радиаторы обычно встречаются в старых процессорах, деталях, которые не рассеивают много энергии (например, набор микросхем), компьютерах с маломощными процессорами и оборудовании, где бесшумная работа имеет решающее значение, а шум вентилятора неприемлем.
Обычно радиатор крепится к встроенному распределителю тепла (IHS), плоской металлической пластине размером с корпус ЦП, которая является частью сборки ЦП и локально распределяет тепло. Между ними помещается тонкий слой термопасты для компенсации дефектов поверхности. Основная цель распределителя – перераспределение тепла. Ребра радиатора повышают его эффективность.
Модули памяти DRAM DDR2, DDR3, DDR4 и DDR5 некоторых марок оснащены ребристым радиатором, прикрепленным к верхнему краю модуля. Тот же метод используется для видеокарт, в которых на графическом процессоре используется ребристый пассивный радиатор.
Пыль имеет тенденцию скапливаться в щелях ребристых радиаторов, особенно при сильном потоке воздуха, создаваемом вентиляторами. Это удерживает воздух от горячего компонента, снижая эффективность охлаждения; однако удаление пыли восстанавливает эффективность.
Переходы Пельтье обычно примерно на 10–15% эффективнее идеального холодильника ( цикл Карно ) по сравнению с 40–60%, достигаемыми обычными системами с циклом сжатия (обратными системами Ренкина , использующими сжатие/расширение). [21] Из-за более низкой эффективности термоэлектрическое охлаждение обычно используется только в средах, где твердотельная природа (отсутствие движущихся частей , низкие эксплуатационные расходы, компактные размеры и нечувствительность к ориентации) перевешивает чистую эффективность.
В современных ТЭП используются несколько расположенных друг над другом блоков, каждый из которых состоит из десятков или сотен термопар, расположенных рядом друг с другом, что обеспечивает значительный объем теплопередачи . Для термопар чаще всего используется комбинация висмута и теллура .
Являясь активными тепловыми насосами, которые потребляют электроэнергию, TEC могут создавать температуры ниже температуры окружающей среды, что невозможно при использовании пассивных радиаторов, жидкостного охлаждения с радиаторным охлаждением и HSF с тепловыми трубками. Однако при откачке тепла модуль Пельтье обычно потребляет больше электроэнергии, чем перекачиваемое количество тепла.
Для охлаждения процессора также можно использовать элемент Пельтье вместе с хладагентом под высоким давлением (двухфазное охлаждение). [22] [23]
Жидкостное охлаждение — это высокоэффективный метод отвода избыточного тепла, при этом наиболее распространенным теплоносителем в настольных ПК является (дистиллированная) вода. К преимуществам водяного охлаждения перед воздушным охлаждением относятся более высокая удельная теплоемкость и теплопроводность воды .
Принцип, используемый в типичной (активной) системе жидкостного охлаждения для компьютеров, идентичен тому, который используется в автомобильном двигателе внутреннего сгорания , при этом вода циркулирует водяным насосом через водяной блок, установленный на процессоре (а иногда и дополнительные компоненты, такие как графический процессор). и северный мост) [24] и к теплообменнику , обычно к радиатору . Сам радиатор обычно охлаждается дополнительно с помощью вентилятора . [24] Помимо вентилятора, его можно охлаждать и другими средствами, например, охладителем Пельтье (хотя элементы Пельтье чаще всего размещаются непосредственно на охлаждаемом оборудовании, а охлаждающая жидкость используется для отвода тепла). от горячей стороны элемента Пельтье). [25] [26] К системе часто также подсоединяется резервуар с охлаждающей жидкостью. [27]
Помимо систем активного жидкостного охлаждения иногда используются и пассивные системы жидкостного охлаждения. [28] [29] [30] [31] [32] В этих системах часто не используются вентилятор или водяной насос, что теоретически повышает их надежность и делает их тише, чем активные системы. Недостатком этих систем является то, что они гораздо менее эффективны в отводе тепла и, следовательно, требуют гораздо большего количества охлаждающей жидкости – и, следовательно, гораздо большего резервуара для охлаждающей жидкости – что дает 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 меньше зависит от температуры окружающей среды. [34] Сравнительно низкий уровень шума жидкостного охлаждения выгодно отличается от воздушного охлаждения, которое может быть довольно шумным.
К недостаткам жидкостного охлаждения относятся сложность и возможность утечки 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 на область персональных компьютеров с жидкостным охлаждением для общего использования — высокопроизводительные версии Apple Power Mac G5 — в конечном итоге был обречен из-за склонности к утечкам охлаждающей жидкости. [35] ) Радиатор с воздушным охлаждением как правило, его гораздо проще построить, установить и обслуживать, чем решение с водяным охлаждением, [36] хотя также можно найти комплекты водяного охлаждения для конкретного процессора, которые могут быть так же просты в установке, как и воздушный охладитель. Они не ограничиваются процессорами, возможно также жидкостное охлаждение карт графического процессора. [37]
Первоначально жидкостное охлаждение ограничивалось мэйнфреймами , но теперь оно стало практикой, в значительной степени связанной с разгоном, в виде либо готовых комплектов «все в одном» (AIO), либо установок «сделай сам», собранных из индивидуально собранных деталей. [38] Последние несколько лет [ когда? ] наблюдается рост популярности 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 небольших затратах на эффективность охлаждения по сравнению с более крупными и сложными установками. Жидкостное охлаждение обычно комбинируется с воздушным охлаждением, при этом жидкостное охлаждение используется для самых горячих компонентов, таких как процессоры или графические процессоры, при этом сохраняется более простое и дешевое воздушное охлаждение для менее требовательных компонентов.
В системе IBM Aquasar для достижения энергоэффективности используется охлаждение горячей водой , причем вода также используется для обогрева зданий. [39] [40]
С 2011 года эффективность водяного охлаждения привела к появлению серии универсальных решений для водяного охлаждения (AIO). [41] Решения AIO значительно упрощают установку устройства, и большинство устройств получили положительные отзывы на обзорных сайтах.
Тепловая трубка представляет собой полую трубку, содержащую жидкий теплоноситель. Жидкость поглощает тепло и испаряется на одном конце трубы. Пар перемещается к другому (более холодному) концу трубки, где конденсируется, отдавая скрытое тепло . Жидкость возвращается к горячему концу трубки под действием силы тяжести или капиллярного действия и повторяет цикл. Тепловые трубки имеют гораздо более высокую эффективную теплопроводность, чем твердые материалы. При использовании в компьютерах радиатор ЦП прикрепляется к радиатору большего размера. Оба радиатора полые, как и соединение между ними, образующее одну большую тепловую трубку, передающую тепло от процессора к радиатору, который затем охлаждается каким-либо традиционным методом. Этот метод обычно используется в условиях ограниченного пространства, например, в компьютерах и ноутбуках малого форм-фактора, или там, где недопустим шум вентилятора, например, при производстве звука. Из-за эффективности этого метода охлаждения многие настольные процессоры и графические процессоры, а также высокопроизводительные чипсеты используют тепловые трубки или паровые камеры в дополнение к активному охлаждению с помощью вентиляторов и пассивным радиаторам, чтобы поддерживать безопасную рабочую температуру. Паровая камера работает по тем же принципам, что и тепловая трубка, но вместо трубы принимает форму плиты или листа. Тепловые трубки могут располагаться сверху вертикально и составлять часть паровых камер. Испарительные камеры также можно использовать в смартфонах высокого класса .
В технологии охлаждения, разрабатываемой компаниями Kronos и Thorn Micro Technologies, используется устройство, называемое ионным ветровым насосом (также известным как электростатический жидкостный ускоритель). Основным принципом работы ионного ветрового насоса является коронный разряд — электрический разряд вблизи заряженного проводника, вызванный ионизацией окружающего воздуха.
Охладитель коронного разряда, разработанный Kronos, работает следующим образом: на кончике катода, расположенного на одной стороне процессора, создается сильное электрическое поле. Высокий энергетический потенциал заставляет молекулы кислорода и азота в воздухе ионизироваться (положительно заряжаться) и создавать корону (гало из заряженных частиц). Размещение заземленного анода на противоположном конце процессора заставляет заряженные ионы в короне ускоряться к аноду, сталкиваясь на пути с нейтральными молекулами воздуха. Во время этих столкновений импульс передается от ионизированного газа к нейтральным молекулам воздуха, что приводит к движению газа к аноду.
Плюсами коронного кулера является отсутствие движущихся частей, что позволяет исключить определенные проблемы с надежностью и работать с околонулевым уровнем шума и умеренным энергопотреблением. [42]
Мягкое охлаждение — это практика использования программного обеспечения, позволяющая использовать преимущества технологий энергосбережения процессора для минимизации энергопотребления. Это делается с помощью инструкций остановки для выключения или перевода в режим ожидания тех частей ЦП, которые не используются, или путем понижения тактовой частоты ЦП. Хотя это приводит к снижению общей скорости, это может быть очень полезно при разгоне процессора для улучшения пользовательского опыта , а не для увеличения чистой вычислительной мощности, поскольку это может предотвратить необходимость более шумного охлаждения. Вопреки тому, что предполагает этот термин, это не форма охлаждения, а уменьшение выделения тепла.
Андервольтинг — это практика работы ЦП или любого другого компонента с напряжением ниже технических характеристик устройства. Компонент с пониженным напряжением потребляет меньше энергии и, следовательно, выделяет меньше тепла. Возможность сделать это зависит от производителя, линейки продуктов и даже от разных серий производства одного и того же продукта (а также других компонентов системы), но процессоры часто используют напряжения, превышающие строго необходимые. Этот допуск гарантирует, что у процессора будет больше шансов правильно работать в неоптимальных условиях, таких как материнская плата более низкого качества или низкое напряжение источника питания. Ниже определенного предела процессор не будет работать правильно, хотя слишком низкое напряжение обычно не приводит к необратимому повреждению оборудования (в отличие от повышенного напряжения).
Понижение напряжения используется для тихих систем , поскольку требуется меньшее охлаждение из-за уменьшения тепловыделения, что позволяет отказаться от шумных вентиляторов. Он также используется, когда необходимо максимально увеличить срок службы аккумулятора.
Все традиционные методы охлаждения прикрепляют свой «охлаждающий» компонент к внешней стороне корпуса компьютерного чипа. Этот метод «присоединения» всегда будет проявлять некоторое термическое сопротивление, что снижает его эффективность. Тепло можно более эффективно и быстро отводить путем непосредственного охлаждения локальных горячих точек чипа внутри корпуса. В этих местах может возникнуть рассеиваемая мощность более 300 Вт/см 2 (типичный процессор менее 100 Вт/см 2 ), хотя в будущих системах ожидается, что она превысит 1000 Вт/см 2 . [43] Такая форма локального охлаждения необходима для разработки чипов с высокой удельной мощностью. Эта идеология привела к исследованию возможности интеграции охлаждающих элементов в компьютерный чип. В настоящее время существует два метода: микроканальные радиаторы и струйное охлаждение.
В микроканальных радиаторах каналы встроены в кремниевый чип (ЦП), и через них прокачивается охлаждающая жидкость. Каналы имеют очень большую площадь поверхности, что приводит к большой теплопередаче. Сообщается, что при использовании этого метода тепловыделение составляет 3000 Вт/см 2 . [44] Тепловыделение можно дополнительно увеличить, если применить двухфазное охлаждение потоком. К сожалению, система требует больших перепадов давления из-за небольших каналов, а тепловой поток ниже при использовании диэлектрических охлаждающих жидкостей, используемых в электронном охлаждении.
Еще одним методом локального охлаждения чипа является струйное охлаждение. В этом методе охлаждающая жидкость подается через небольшое отверстие, образуя струю. Струя направлена к поверхности чипа ЦП и может эффективно отводить большие тепловые потоки. Сообщается о тепловыделении более 1000 Вт/см 2 . [45] Система может работать при более низком давлении по сравнению с микроканальным методом. Теплопередачу можно дополнительно увеличить за счет двухфазного проточного охлаждения и интеграции каналов обратного потока (гибрид микроканальных радиаторов и струйного ударного охлаждения).
Охлаждение фазовым переходом — чрезвычайно эффективный способ охлаждения процессора. Охладитель с фазовым переходом при компрессии пара — это устройство, которое обычно устанавливается под ПК и имеет трубку, ведущую к процессору. Внутри агрегата находится компрессор того же типа, что и в кондиционере . Компрессор сжимает газ (или смесь газов), поступающий из испарителя (охладитель процессора, обсуждаемый ниже). Затем очень горячий пар под высоким давлением подается в конденсатор (устройство рассеивания тепла), где он конденсируется из горячего газа в жидкость, обычно переохлажденную на выходе конденсатора, после чего жидкость подается в расширительное устройство (ограничение в в системе), чтобы вызвать падение давления и испарение жидкости (заставить ее достичь давления, при котором она может закипеть при желаемой температуре); Используемое расширительное устройство может представлять собой от простой капиллярной трубки до более сложного терморасширительного клапана. Жидкость испаряется (меняет фазу), поглощая тепло от процессора, поскольку он черпает дополнительную энергию из окружающей среды, чтобы приспособиться к этому изменению (см. «Скрытое тепло »). В результате испарения температура может достигать от -15 до -150 ° C (от 5 до -238 ° F). Жидкость поступает в испаритель, охлаждая процессор, превращаясь в пар при низком давлении. В конце испарителя этот газ стекает в компрессор, и цикл начинается заново. Таким образом, процессор можно охладить до температуры 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 имеет ряд проблем (стоимость, вес, размер, вибрация, техническое обслуживание, стоимость электроэнергии, шум, необходимость в специализированной компьютерной башне), но, главным образом, необходимо учитывать точку росы и надлежащую изоляцию системы. все поверхности, находящиеся под окружающей средой, которые необходимо обработать (трубы будут потеть, капая вода на чувствительную электронику).
Альтернативно разрабатывается новая разновидность системы охлаждения, включающая насос в термосифонную петлю. Это добавляет еще одну степень гибкости для инженера-конструктора, поскольку теперь тепло можно эффективно отводить от источника тепла и либо утилизировать, либо рассеивать в окружающую среду. Температуру соединения можно регулировать, регулируя давление в системе; более высокое давление соответствует более высоким температурам насыщения флюидом. Это позволяет использовать конденсаторы меньшего размера, вентиляторы меньшего размера и/или эффективно рассеивать тепло в условиях высокой температуры окружающей среды. Эти системы, по сути, представляют собой парадигму жидкостного охлаждения следующего поколения, поскольку они примерно в 10 раз более эффективны, чем однофазная вода. Поскольку в качестве теплоносителя в системе используется диэлектрик, утечки не приводят к катастрофическому выходу из строя электрической системы.
Этот тип охлаждения считается более экстремальным способом охлаждения компонентов, поскольку такие устройства относительно дороги по сравнению со средним настольным компьютером. Они также создают значительный шум, поскольку по сути представляют собой холодильники; однако выбор компрессора и системы воздушного охлаждения является основным фактором, определяющим это, что обеспечивает гибкость в снижении шума в зависимости от выбранных деталей.
«Термосифон» традиционно относится к закрытой системе, состоящей из нескольких труб и/или камер, с камерой большего размера, содержащей небольшой резервуар с жидкостью (часто имеющей температуру кипения чуть выше температуры окружающей среды, но не обязательно). Большая камера расположена как можно ближе к источнику тепла и предназначена для отвода от нее как можно большего количества тепла в жидкость, например, охлаждающая пластина процессора с камерой внутри нее, заполненной жидкостью. Одна или несколько труб проходят вверх в какой-то радиатор или аналогичную зону рассеивания тепла, и все это устроено так, что ЦП нагревает резервуар и содержащуюся в нем жидкость, которая начинает кипеть, а пар поднимается по трубке (трубкам) в Радиатор/область рассеивания тепла, а затем после конденсации стекает обратно в резервуар или стекает по бокам трубки. Для этого не требуются движущиеся части, и он чем-то похож на тепловой насос, за исключением того, что не используется капиллярное действие, что потенциально делает его в некотором смысле лучше (возможно, самое главное, лучше в том смысле, что его гораздо проще построить и его гораздо легче настроить для в конкретных случаях использования и поток охлаждающей жидкости/пара могут быть расположены в гораздо более широком диапазоне положений и расстояний и иметь гораздо большую тепловую массу и максимальную мощность по сравнению с тепловыми трубками, которые ограничены количеством присутствующей охлаждающей жидкости, а также скоростью и потоком. Скорость охлаждающей жидкости, которую можно достичь капиллярным действием, используя капиллярный, часто спеченный медный порошок на стенках трубки, которые имеют ограниченную скорость потока и пропускную способность.)
Поскольку жидкий азот кипит при температуре -196 °C (-320,8 °F), что намного ниже точки замерзания воды, он ценен в качестве экстремальной охлаждающей жидкости для коротких сеансов разгона.
В типичной установке охлаждения жидким азотом медная или алюминиевая трубка монтируется поверх процессора или видеокарты. После того, как система была надежно изолирована от конденсации, в трубу заливается жидкий азот, в результате чего температура становится значительно ниже -100 ° C (-148 ° F).
Устройства для испарения, начиная от вырезанных радиаторов с трубками, прикрепленными к изготовленным на заказ медным контейнерам, используются для удержания азота, а также для предотвращения больших перепадов температуры. Однако после испарения азота его необходимо долить. В области персональных компьютеров этот метод охлаждения редко используется в других контекстах, кроме пробного разгона и попыток установления рекордов, поскольку срок службы процессора обычно истекает в течение относительно короткого периода времени из-за температурного стресса , вызванного изменениями внутреннего состояния. температура.
Хотя жидкий азот негорюч, он может конденсировать кислород непосредственно из воздуха. Смеси жидкого кислорода и легковоспламеняющихся материалов могут быть взрывоопасными .
Охлаждение жидким азотом, как правило, используется только для тестирования процессора, поскольку постоянное использование может привести к необратимому повреждению одной или нескольких частей компьютера и при небрежном обращении может 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 на радиаторе были измерены температуры от -230 до -240 ° C (от -382,0 до -400,0 ° F). [46] Однако жидкий гелий дороже и труднее хранить и использовать, чем жидкий азот. Кроме того, чрезвычайно низкие температуры могут привести к прекращению работы интегральных схем. Например, полупроводники на основе кремния замерзают при температуре около -233 °C (-387,4 °F). [47]
Охлаждение можно улучшить с помощью нескольких методов, которые могут потребовать дополнительных затрат или усилий. Эти методы часто используются, в частности, теми, кто запускает части своего компьютера (такие как ЦП и ГП) при более высоких напряжениях и частотах, чем указано производителем ( разгон ), что увеличивает выделение тепла.
Модификацией также можно считать установку более производительного, не стокового охлаждения . Многие оверклокеры просто покупают более эффективные и зачастую более дорогие комбинации вентилятора и радиатора, в то время как другие прибегают к более экзотическим способам охлаждения компьютера, таким как жидкостное охлаждение, тепловые насосы на эффекте Пельтье, тепловые трубки или охлаждение с фазовым переходом.
Существуют также некоторые сопутствующие методы, которые оказывают положительное влияние на снижение температуры системы:
Часто называемый термоинтерфейсным материалом (TIM). [48]
Идеально плоские контактирующие поверхности обеспечивают оптимальное охлаждение, но идеальная плоскостность и отсутствие микроскопических воздушных зазоров практически невозможны, особенно в серийном оборудовании. Очень тонкий слой термопасты , который гораздо более теплопроводен, чем воздух, хотя и гораздо хуже, чем металл, может улучшить тепловой контакт и охлаждение за счет заполнения воздушных зазоров. Если используется только небольшое количество состава, достаточное для заполнения зазоров, будет достигнуто наилучшее снижение температуры.
О достоинствах соединений ведется много споров, и оверклокеры часто считают, что одни соединения превосходят другие. Основное внимание следует уделять использованию минимального количества термопасты, необходимого для выравнивания поверхностей, поскольку теплопроводность паста обычно составляет от 1/3 до 1/400 теплопроводности металла, хотя и намного лучше, чем у воздуха. Проводимость радиаторного соединения колеблется примерно от 0,5 до 80 Вт/мК [49] (см. статьи); у алюминия 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 прикреплены к радиатору, пользователи, не осознающие важность хорошего теплового контакта, не могут их игнорировать или заменять толстым и неэффективным слоем компаунда.
В отличие от некоторых обсуждаемых здесь методов, использование термопасты или прокладки практически универсально при рассеивании значительного количества тепла.
Массовые распределители тепла ЦП и основания радиаторов никогда не бывают идеально плоскими или гладкими; если эти поверхности расположены в максимально возможном контакте, появятся воздушные зазоры, которые уменьшат теплопроводность. Это можно легко исправить с помощью термопасты, но для достижения наилучших результатов поверхности должны быть как можно более плоскими. Этого можно достичь с помощью трудоемкого процесса, известного как притирка , который может снизить температуру процессора обычно на 2 °C (4 °F). [50]
В большинстве старых ПК для подключения накопителей ( IDE или SCSI ) используются плоские ленточные кабели . Эти большие плоские кабели сильно затрудняют воздушный поток, вызывая сопротивление и турбулентность. Оверклокеры и моддеры часто заменяют их закругленными кабелями, в которых токопроводящие провода плотно сложены вместе, чтобы уменьшить площадь поверхности. Теоретически параллельные жилы ленточного кабеля служат для уменьшения перекрестных помех (проводники, передающие сигнал, вызывают сигналы в соседних проводниках), но нет эмпирических доказательств того, что закругление кабелей снижает производительность. Это может быть связано с тем, что длина кабеля достаточно коротка, поэтому влияние перекрестных помех незначительно. Проблемы обычно возникают, когда кабель не имеет электромагнитной защиты и имеет значительную длину, что чаще случается со старыми сетевыми кабелями.
Эти компьютерные кабели затем можно привязать к корпусу или другим кабелям для дальнейшего увеличения воздушного потока.
Это менее проблематично для новых компьютеров, использующих последовательный интерфейс ATA с гораздо более узким кабелем.
Чем холоднее охлаждающая среда (воздух), тем эффективнее охлаждение . Температуру охлаждающего воздуха можно улучшить с помощью следующих рекомендаций:
Меньшее количество вентиляторов, но их правильное расположение улучшит воздушный поток внутри ПК и, таким образом, снизит общую внутреннюю температуру корпуса по сравнению с условиями окружающей среды. Использование вентиляторов большего размера также повышает эффективность и снижает количество отходящего тепла, а также уровень шума, создаваемого вентиляторами во время работы.
Нет единого мнения об эффективности различных конфигураций размещения вентиляторов, и мало что было проведено в области систематических испытаний. Для прямоугольного корпуса ПК (ATX) подходящей конфигурацией оказался вентилятор спереди, один вентилятор сзади и один сверху. Однако в (несколько устаревших) рекомендациях AMD по охлаждению системы отмечается, что «передний охлаждающий вентилятор не кажется необходимым. Фактически, в некоторых экстремальных ситуациях тестирование показало, что эти вентиляторы рециркулируют горячий воздух, а не подают холодный воздух». [51] Возможно, вентиляторы на боковых панелях могут иметь аналогичный вредный эффект — возможно, нарушая нормальный поток воздуха через корпус. Однако это не подтверждено и, вероятно, зависит от конфигурации.
Грубо говоря, положительное давление означает, что всасывание в корпус сильнее, чем выхлоп из корпуса. Такая конфигурация приводит к тому, что давление внутри корпуса оказывается выше, чем в окружающей среде. Отрицательное давление означает, что выхлоп сильнее, чем впуск. В результате внутреннее давление воздуха оказывается ниже, чем в окружающей среде. Обе конфигурации имеют свои преимущества и недостатки, причем положительное давление является более популярным из двух конфигураций. Отрицательное давление приводит к тому, что корпус вытягивает воздух через отверстия и вентиляционные отверстия, отделенные 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 фильтрацией всасывания решает эту проблему, поскольку воздух будет выходить через эти отверстия и вентиляционные отверстия только для того, чтобы достичь равновесия с окружающей средой. В этом случае пыль не сможет попасть в корпус, кроме как через приточные вентиляторы, которые должны быть оснащены пылевыми фильтрами.
Настольные компьютеры обычно используют один или несколько вентиляторов для охлаждения. Хотя почти все настольные блоки питания имеют по крайней мере один встроенный вентилятор, блоки питания никогда не должны забирать нагретый воздух изнутри корпуса, так как это приводит к более высоким рабочим температурам блока питания, которые снижают энергоэффективность, надежность и общую способность блока питания обеспечивать стабильную работу. подача питания к внутренним компонентам компьютера. По этой причине все современные корпуса ATX (за некоторыми исключениями, встречающимися в сверхбюджетных корпусах) имеют крепление блока питания внизу, а также специальный воздухозаборник блока питания (часто с собственным фильтром) под местом установки, что позволяет Блок питания для забора прохладного воздуха из-под корпуса.
Большинство производителей рекомендуют подавать прохладный свежий воздух в нижнюю переднюю часть корпуса и вытягивать теплый воздух через верхнюю заднюю часть . Если вентиляторы установлены для более эффективной подачи воздуха в корпус, чем его удаления, давление внутри становится выше, чем снаружи, что называется «положительным» воздушным потоком (противоположный случай называется «отрицательным» воздушным потоком). Стоит отметить, что положительное внутреннее давление предотвращает накопление пыли 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 фильтруются, поскольку отрицательное давление будет втягивать пыль через любое доступное отверстие в корпусе.
Поток воздуха внутри обычного корпуса настольного компьютера обычно недостаточно силен для пассивного радиатора процессора. Большинство настольных радиаторов являются активными, включая один или даже несколько напрямую подключенных вентиляторов или воздуходувок.
Каждый сервер может иметь независимую внутреннюю систему охлаждения; Вентиляторы охлаждения серверов в корпусах (1 U ) обычно располагаются в середине корпуса, между жесткими дисками спереди и пассивными радиаторами процессора сзади. В более крупных (более высоких) корпусах также имеются вытяжные вентиляторы, а начиная примерно с 4U они могут иметь активные радиаторы. Источники питания обычно имеют собственные вытяжные вентиляторы, расположенные сзади.
Стойка представляет собой типичный корпус для горизонтально монтируемых серверов. Воздух обычно всасывается в передней части стойки и выпускается сзади. Каждый шкаф может иметь дополнительные возможности охлаждения; например, они могут иметь подключаемый модуль закрытого охлаждения или быть интегрированы с элементами шкафа (например, охлаждающими дверцами в серверной стойке iDataPlex ).
Другой способ размещения большого количества систем в небольшом пространстве — использование лопастного шасси , ориентированного вертикально, а не горизонтально, чтобы облегчить конвекцию . Воздух, нагретый горячими компонентами, стремится подняться вверх, создавая естественный поток воздуха вдоль плат ( эффект стека ), охлаждая их. Некоторые производители пользуются этим эффектом. [53] [54]
Поскольку центры обработки данных обычно содержат большое количество компьютеров и других устройств, рассеивающих электроэнергию, существует риск перегрева оборудования; Чтобы предотвратить это, используются обширные системы HVAC . Часто используется фальшпол, поэтому пространство под полом можно использовать как большую камеру для охлажденного воздуха от кондиционера CRAC [55] и силовых кабелей. Также может присутствовать пленум с подвесным потолком. [55] Ограничение «горячего» или «холодного» коридора также используется в центрах обработки данных для повышения эффективности охлаждения. [56] В качестве альтернативы можно использовать плиточные перекрытия, аналогичные обычным перекрытиям, а для охлаждения можно использовать верхние воздуховоды. [57] [58]
Жидкостное охлаждение с прямым контактом оказалось более эффективным, чем варианты воздушного охлаждения, что приводит к уменьшению занимаемой площади, меньшим капитальным затратам и меньшим эксплуатационным затратам, чем воздушное охлаждение. Он использует теплую жидкость вместо воздуха для отвода тепла от самых горячих компонентов. Повышение энергоэффективности за счет жидкостного охлаждения также способствует его внедрению. [59] [60] Одно- и двухфазное/двухфазное охлаждение с погружением/открытой ванной, а также одно- и двухфазное охлаждение непосредственно на кристалле [61], а также иммерсионное охлаждение, ограниченное отдельными блейд-серверами [62] [63] также были предлагается для использования в дата-центрах. [64] [65] Внутрирядное охлаждение, [66] [67] Охлаждение стойки, [68] [69] Теплообменники задней двери, [70] Охлаждение верхней части стойки, при котором теплообменники размещаются над стойкой, [71] Верхнее охлаждение над стойкой Также можно использовать проходы [72] или вентиляторные стены/тепловые стены в центрах обработки данных [73] [74] . Прямое жидкостное охлаждение (DLC) с холодными пластинами для охлаждения чипов в серверах может быть использовано благодаря более высокой способности этих систем отводить тепло. [61] Эти системы могут охлаждать некоторые или все компоненты сервера с помощью резиновых или медных трубок соответственно. [75] [69] [76] Теплообменники с задней дверью традиционно использовались для охлаждения с высокой плотностью тепла в центрах обработки данных, но они не получили широкого распространения. [77]
Ноутбуки представляют собой сложную механическую конструкцию воздушного потока, рассеивание мощности и охлаждение. К ограничениям, характерным для ноутбуков, относятся: устройство в целом должно быть максимально легким; форм-фактор должен быть построен на основе стандартной раскладки клавиатуры; пользователи находятся очень близко, поэтому шум должен быть сведен к минимуму, а внешняя температура корпуса должна поддерживаться достаточно низкой, чтобы его можно было использовать на коленях. Для охлаждения обычно используется принудительное воздушное охлаждение, но также распространены тепловые трубки и использование металлического шасси или корпуса в качестве пассивного радиатора. Решения по снижению нагрева включают использование процессоров ARM или Intel Atom с более низким энергопотреблением .
Мобильные устройства обычно не имеют дискретных систем охлаждения, поскольку мобильные процессоры и графические процессоры рассчитаны на максимальную энергоэффективность из-за ограничений аккумулятора устройства. Некоторые более производительные устройства могут включать в себя распределитель тепла, который помогает передавать тепло на внешний корпус телефона или планшета.
