Миниатюрный вентилятор, используемый в компьютере для активного охлаждения.
Компьютерный вентилятор — это любой вентилятор внутри или прикрепленный к корпусу компьютера , используемый для активного охлаждения . Вентиляторы используются для втягивания более холодного воздуха в корпус снаружи, выталкивания теплого воздуха изнутри и перемещения воздуха через радиатор для охлаждения определенного компонента. В компьютерах используются как осевые , так и иногда центробежные (нагнетатель/беличья клетка) вентиляторы. Компьютерные вентиляторы обычно имеют стандартные размеры, такие как 92 мм, 120 мм (наиболее распространенный), 140 мм и даже 200–220 мм. Компьютерные вентиляторы питаются и управляются с помощью 3-контактных или 4-контактных разъемов вентиляторов .
Использование охлаждающего вентилятора
В то время как в более ранних персональных компьютерах можно было охлаждать большинство компонентов с помощью естественной конвекции ( пассивное охлаждение ), многие современные компоненты требуют более эффективного активного охлаждения. Для охлаждения этих компонентов используются вентиляторы, которые отводят нагретый воздух от компонентов и нагнетают на них более холодный воздух. Вентиляторы, прикрепленные к компонентам, обычно используются в сочетании с радиатором для увеличения площади нагреваемой поверхности, контактирующей с воздухом, тем самым повышая эффективность охлаждения. Управление вентилятором не всегда является автоматическим процессом. BIOS компьютера может управлять скоростью встроенной системы вентиляторов для компьютера. Пользователь может даже дополнить эту функцию дополнительными охлаждающими компонентами или подключить ручной контроллер вентилятора с ручками, которые устанавливают вентиляторы на разные скорости. [1]
На рынке IBM PC-совместимых компьютеров блок питания компьютера (БП) почти всегда использует вытяжной вентилятор для выталкивания теплого воздуха из БП. Активное охлаждение на ЦП начало появляться на Intel 80486 , и к 1997 году стало стандартом для всех настольных процессоров. [2] Вентиляторы корпуса, обычно один вытяжной вентилятор для выталкивания нагретого воздуха сзади и опционально всасывающий вентилятор для втягивания более холодного воздуха спереди, стали обычным явлением с появлением Pentium 4 в конце 2000 года. [2]
Приложения
Корпусный вентилятор
Вентиляторы используются для перемещения воздуха через корпус компьютера. Компоненты внутри корпуса не могут эффективно рассеивать тепло, если окружающий воздух слишком горячий. Вентиляторы корпуса могут быть установлены как приточные вентиляторы , втягивающие более холодный наружный воздух через переднюю или нижнюю часть корпуса (где он также может быть втянут над внутренними стойками жестких дисков), или как вытяжные вентиляторы , выталкивающие теплый воздух через верхнюю или заднюю часть. Некоторые корпуса ATX Tower имеют одно или несколько дополнительных вентиляционных отверстий и точек крепления на левой боковой панели, где можно установить один или несколько вентиляторов для подачи холодного воздуха непосредственно на компоненты материнской платы и платы расширения, которые являются одними из крупнейших источников тепла.
Стандартные осевые корпусные вентиляторы имеют ширину и длину 40, 60, 80, 92, 120, 140, 200 и 220 мм. Поскольку корпусные вентиляторы часто являются наиболее заметной формой охлаждения на ПК, декоративные вентиляторы широко доступны и могут быть освещены светодиодами , изготовлены из УФ -реактивного пластика и/или покрыты декоративными решетками. Декоративные вентиляторы и аксессуары популярны среди моддеров корпусов . Воздушные фильтры часто используются над всасывающими вентиляторами, чтобы предотвратить попадание пыли в корпус и засорение внутренних компонентов. Радиаторы особенно уязвимы к засорению, так как изолирующий эффект пыли быстро ухудшит способность радиатора рассеивать тепло.
вентилятор блока питания
Хотя блок питания (БП) содержит вентилятор, за редкими исключениями, его нельзя использовать для вентиляции корпуса. Чем горячее всасываемый воздух БП, тем горячее становится БП. По мере повышения температуры БП проводимость его внутренних компонентов снижается. Снижение проводимости означает, что БП будет преобразовывать больше входной электрической энергии в тепловую энергию (тепло). Этот цикл повышения температуры и снижения эффективности продолжается до тех пор, пока БП не перегреется или его охлаждающий вентилятор не начнет вращаться достаточно быстро, чтобы поддерживать адекватное снабжение БП сравнительно прохладным воздухом. БП в основном монтируется снизу в современных ПК, имея собственные выделенные впускные и выпускные вентиляционные отверстия, предпочтительно с пылевым фильтром в его впускном вентиляционном отверстии.
вентилятор процессора
Используется для охлаждения радиатора ЦП (центрального процессора). Эффективное охлаждение концентрированного источника тепла, такого как большая интегральная схема, требует радиатора, который может охлаждаться вентилятором; [3] использование одного только вентилятора не предотвратит перегрев небольшой микросхемы.
Вентилятор видеокарты
Используется для охлаждения радиатора графического процессора или памяти на видеокартах . Эти вентиляторы не были необходимы на старых картах из-за их низкой рассеиваемой мощности, но большинство современных видеокарт, предназначенных для 3D-графики и игр, нуждаются в собственных выделенных охлаждающих вентиляторах. Некоторые из более мощных карт могут выделять больше тепла, чем ЦП (рассеивая до 350 Вт [4] ), поэтому эффективное охлаждение особенно важно. С 2010 года видеокарты выпускаются либо с осевыми вентиляторами , либо с центробежным вентилятором, также известным как вентилятор, турбо или вентилятор с короткозамкнутым ротором.
Вентилятор чипсета
Используется для охлаждения радиатора северного моста чипсета материнской платы ; это может быть необходимо, когда системная шина значительно разогнана и рассеивает больше энергии, чем обычно, но в противном случае может быть ненужным. Поскольку больше функций чипсета интегрируются в центральный процессор , роль чипсета снижается, а также уменьшается тепловыделение.
Охлаждение жесткого диска
Вентиляторы могут быть установлены рядом с жестким диском или на нем для охлаждения. Жесткие диски могут со временем выделять значительное количество тепла и являются чувствительными к теплу компонентами, которые не должны работать при чрезмерных температурах. Во многих ситуациях достаточно естественного конвективного охлаждения, но в некоторых случаях могут потребоваться вентиляторы. К ним могут относиться:
Жесткие диски с более высокой скоростью вращения и большим тепловыделением. (По состоянию на 2011 год [обновлять]менее дорогие диски вращались со скоростью до 7200 об/мин; диски со скоростью 10 000 и 15 000 об/мин были доступны, но выделяли больше тепла.)
Большие или плотные массивы дисков (включая серверные системы, где диски обычно монтируются плотно)
Любые диски, которые из-за особенностей корпуса или другого места установки не могут легко охлаждаться без обдува воздухом.
Реже вентиляторы используются для других целей, таких как:
Радиатор водяного охлаждения переносит много тепла, а вентиляторы радиатора имеют большое статическое давление (в отличие от корпусных вентиляторов, которые создают большой поток воздуха) для рассеивания тепла.
В ноутбуках нет больших отверстий в корпусе для выхода теплого воздуха. Ноутбук можно разместить на кулере — что-то вроде подноса со встроенными вентиляторами — для обеспечения достаточного охлаждения.
Некоторые высокопроизводительные машины (включая многие серверы) или когда требуется дополнительная надежность, другие чипы, такие как контроллер SATA / SAS , высокоскоростные сетевые контроллеры (40 Гбит/с Ethernet, Infiniband ), коммутаторы PCIe, карты сопроцессоров (например, некоторые Xeon Phi), некоторые чипы FPGA , южные мосты также активно охлаждаются с помощью радиатора и специального вентилятора. Они могут быть на самой основной материнской плате или в качестве отдельной дополнительной платы, часто через карту PCIe.
Вентилятор слота расширения — вентилятор, устанавливаемый в один из слотов PCI или PCI Express , обычно для обеспечения дополнительного охлаждения видеокарт или плат расширения в целом.
Вентилятор оптического привода – некоторые внутренние устройства записи CD и/или DVD оснащены охлаждающими вентиляторами.
Вентилятор памяти — современная компьютерная память может генерировать достаточно тепла, поэтому может потребоваться активное охлаждение, обычно в виде небольших вентиляторов, расположенных над чипами памяти. Это особенно актуально, когда память разогнана или перенапряжена , [5] или когда модули памяти включают активную логику, например, когда система использует полностью буферизованные модули DIMM (FB-DIMM). [6] Однако с использованием новых более низких напряжений, таких как 1,2 В DDR4 , это требуется реже, чем раньше. [ необходима цитата ] Большую часть времени модули памяти, расположенные близко к ЦП, будут получать достаточно воздушного потока от корпуса или вентилятора ЦП, даже если воздух от вентилятора ЦП и радиатора теплый. Если основной ЦП охлаждается водой, этого небольшого количества воздушного потока может не хватать, и требуется дополнительная забота о некотором воздушном потоке в корпусе или выделенном охлаждении памяти. К сожалению, большинство модулей памяти не обеспечивают мониторинг температуры, чтобы легко ее измерить.
Высокомощные регуляторы напряжения (VRM), часто использующие импульсные источники питания, генерируют некоторое количество тепла из-за потерь мощности, в основном в силовом МОП-транзисторе и в индукторе (дросселе). Они, особенно в ситуациях разгона, требуют активного охлаждающего вентилятора вместе с радиатором. Большинство МОП-транзисторов будут работать правильно при очень высокой температуре, но их эффективность будет снижена, а потенциально срок службы ограничен. Близость электролитических конденсаторов к источнику тепла значительно сократит их срок службы и приведет к постепенному увеличению потерь мощности и возможному (катастрофическому) отказу. [ необходима цитата ]
Физические характеристики
Из-за низкого давления и большого объема создаваемых воздушных потоков большинство вентиляторов, используемых в компьютерах, относятся к осевому типу; центробежным и поперечноточным вентиляторам . [7] Двумя важными функциональными характеристиками являются поток воздуха, который может перемещаться, обычно указываемый в кубических футах в минуту (CFM), и статическое давление. [8] Показатель громкости звука, выраженный в децибелах, также может быть очень важен для домашних и офисных компьютеров; более крупные вентиляторы, как правило, тише при том же CFM.
Размеры
Размеры и монтажные отверстия должны соответствовать оборудованию, в котором используется вентилятор. Обычно используются вентиляторы с квадратной рамой, но также используются и круглые рамы, часто для того, чтобы можно было использовать вентилятор большего размера, чем позволяют монтажные отверстия (например, 140-миллиметровый вентилятор с отверстиями для углов 120-миллиметрового квадратного вентилятора). Ширина квадратных вентиляторов и диаметр круглых обычно указываются в миллиметрах. Указанный размер — это внешняя ширина вентилятора, а не расстояние между монтажными отверстиями. Обычные размеры включают 40 мм, 60 мм, 80 мм, 92 мм, 120 мм и 140 мм, хотя также доступны размеры 8 мм, [9] 17 мм, [10] 20 мм, [11] 25 мм, [12] 30 мм, [ 13 ] 35 мм, [14 ] 38 мм, [15 ] 45 мм , [ 16 ] 50 мм , [17] 70 мм, [18] 200 мм, 220 мм, [19] 250 мм [20] и 360 мм [21] . Высота или толщина обычно составляет 10 мм, 15 мм, 25 мм или 38 мм.
Обычно квадратные вентиляторы 120 мм и 140 мм используются там, где требования к охлаждению высоки, например, для игровых компьютеров, а также для более тихой работы на низких скоростях. Более крупные вентиляторы обычно используются для охлаждения корпуса, ЦП с большим радиатором и блока питания ATX. Квадратные вентиляторы 80 мм и 92 мм используются в менее требовательных приложениях или там, где более крупные вентиляторы несовместимы. Меньшие вентиляторы обычно используются для охлаждения ЦП с небольшим радиатором, блока питания SFX, видеокарт, северных мостов и т. д.
Скорость вращения
Скорость вращения (указанная в оборотах в минуту , RPM) вместе со статическим давлением определяют воздушный поток для данного вентилятора. Если шум является проблемой, большие, медленно вращающиеся вентиляторы тише, чем меньшие, более быстрые вентиляторы, которые могут перемещать тот же воздушный поток. Было обнаружено, что шум вентилятора примерно пропорционален пятой степени скорости вентилятора; уменьшение скорости вдвое снижает шум примерно на 15 дБ . [22] Осевые вентиляторы могут вращаться со скоростью до 38 000 об/мин для меньших размеров. [23]
Вентиляторы могут управляться датчиками и схемами, которые снижают скорость , когда температура невысокая, что обеспечивает более тихую работу, более длительный срок службы и меньшее энергопотребление по сравнению с вентиляторами с фиксированной скоростью. Срок службы вентиляторов обычно указывается при условии работы на максимальной скорости и при фиксированной температуре окружающей среды.
Давление и поток воздуха
Вентилятор с высоким статическим давлением более эффективен при проталкивании воздуха через ограниченные пространства, такие как зазоры между радиатором или радиатором; статическое давление важнее воздушного потока в кубических футах в минуту при выборе вентилятора для использования с радиатором. Относительная важность статического давления зависит от степени, в которой воздушный поток ограничен геометрией; статическое давление становится важнее по мере уменьшения расстояния между ребрами радиатора. Статическое давление обычно указывается либо в мм рт. ст., либо в мм H 2 O.
Типы подшипников
Тип подшипника, используемого в вентиляторе, может влиять на его производительность и шум. Большинство компьютерных вентиляторов используют один из следующих типов подшипников:
Подшипники скольжения используют две поверхности, смазанные маслом или смазкой в качестве фрикционного контакта. Они часто используют пористые спеченные втулки для самосмазывания, требуя лишь нечастого обслуживания или замены. Подшипники скольжения менее долговечны при более высоких температурах, поскольку контактные поверхности изнашиваются, а смазка высыхает, что в конечном итоге приводит к отказу; однако срок службы аналогичен сроку службы шарикоподшипников (обычно немного меньше) при относительно низких температурах окружающей среды. [24] Подшипники скольжения могут с большей вероятностью выйти из строя при более высоких температурах и могут плохо работать при установке в любой ориентации, кроме вертикальной. Типичный срок службы вентилятора с подшипником скольжения может составлять около 30 000 часов при 50 °C (122 °F). Вентиляторы, в которых используются подшипники скольжения, как правило, дешевле вентиляторов, в которых используются шарикоподшипники, и работают тише на более низких скоростях в начале своей жизни, но могут стать шумными по мере старения. [24]
Подшипники с винтовой нарезкой похожи на подшипники скольжения, но они тише и имеют почти такой же срок службы, как шариковые подшипники. Подшипник имеет спиральную канавку , которая качает жидкость из резервуара. Это позволяет безопасно устанавливать их с горизонтальным валом (в отличие от подшипников скольжения), поскольку перекачиваемая жидкость смазывает верхнюю часть вала. [25] Насос также обеспечивает достаточное количество смазки на валу, снижая шум и увеличивая срок службы.
Жидкостные подшипники (или «гидродинамические подшипники», FDB) обладают такими преимуществами, как практически бесшумная работа и длительный срок службы (хотя и не дольше, чем у шарикоподшипников), но, как правило, они более дорогие.
Шарикоподшипники : Хотя обычно они дороже, чем подшипники на жидкости, вентиляторы с шарикоподшипниками не страдают от тех же ограничений ориентации, что и вентиляторы с подшипниками скольжения, они более долговечны при более высоких температурах и тише, чем вентиляторы с подшипниками скольжения при более высоких скоростях вращения. Типичный срок службы вентилятора с шарикоподшипниками может превышать 60 000 часов при 50 °C (122 °F). [24]
Керамические подшипники считаются более долговечными, поскольку в их основе лежит стабильная керамика, устойчивая к износу по отношению к валу из нержавеющей стали.
Соединители
Для компьютерных вентиляторов обычно используются следующие разъемы:
Трехконтактный разъем Molex семейства KK
Этот разъем Molex используется при подключении вентилятора к материнской плате или другой печатной плате. Это небольшой, толстый, прямоугольный линейный гнездовой разъем с двумя поляризационными выступами на самом внешнем крае одной длинной стороны. Контакты квадратные и с шагом 0,1 дюйма (2,54 мм). Три контакта используются для заземления, питания +12 В и сигнала тахометра . Номер детали Molex розетки — 22-01-3037. Номер детали Molex отдельных обжимных контактов — 08-50-0114 (луженый) или 08-55-0102 (полузолотой). Соответствующий номер детали Molex для разъема печатной платы — 22-23-2031 (луженый) или 22-11-2032 (золотой). Также требуются соответствующие инструменты для зачистки проводов и обжима.
Четырехконтактный разъем Molex семейства KK
Это специальный вариант разъема Molex KK с четырьмя контактами, но с функциями блокировки/поляризации трехконтактного разъема. Дополнительный контакт используется для сигнала широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для обеспечения управления переменной скоростью. [26] Их можно подключать к трехконтактным разъемам, но они потеряют управление скоростью вращения вентилятора. Номер детали Molex розетки — 47054-1000. Номер детали Molex отдельных обжимных контактов — 08-50-0114. Номер детали Molex разъема — 47053-1000.
Четырехконтактный разъем Molex
Этот разъем используется при прямом подключении вентилятора к источнику питания. Он состоит из двух проводов (желтый/12 В и черный/земля), ведущих к большому линейному четырехконтактному разъему Molex типа «папа-мама» и входящих в него. Другие два провода разъема обеспечивают 5 В (красный) и заземление (тоже черный) и в этом случае не используются. Это тот же разъем, который использовался на жестких дисках до того, как SATA стал стандартом.
Трехконтактный разъем Molex семейства PicoBlade
Этот разъем используется с вентиляторами ноутбуков или при подключении вентилятора к видеокарте.
Собственность Dell
Этот фирменный разъем Dell представляет собой расширение простого трехконтактного гнездового разъема IC путем добавления двух выступов в середину разъема с одной стороны и фиксирующего выступа с другой стороны. Размер и расстояние между гнездами контактов идентичны стандартному трехконтактному гнездовому разъему IC и трехконтактному разъему Molex. Некоторые модели имеют проводку белого провода (датчик скорости) посередине, тогда как стандартный трехконтактный разъем Molex требует белый провод в качестве контакта № 3, поэтому могут возникнуть проблемы с совместимостью.
Другие
Некоторые компьютерные вентиляторы используют двухконтактные разъемы различной конструкции.
Альтернативы
Если вентилятор нежелателен из-за шума, надежности или экологических проблем, есть некоторые альтернативы. Некоторое улучшение может быть достигнуто путем устранения всех вентиляторов, кроме одного в блоке питания, который также вытягивает горячий воздух из корпуса. [27]
Системы могут быть спроектированы так, чтобы использовать только пассивное охлаждение, снижая шум и устраняя движущиеся части, которые могут выйти из строя. Это может быть достигнуто путем:
Охлаждение за счет естественной конвекции : тщательно спроектированные, правильно ориентированные и достаточно большие радиаторы могут рассеивать до 100 Вт только за счет естественной конвекции.
Погружное жидкостное охлаждение , помещающее материнскую плату в неэлектропроводящую жидкость, обеспечивает превосходное конвекционное охлаждение и защищает от влажности и воды без необходимости использования радиаторов или вентиляторов. Особое внимание следует уделять совместимости с клеями и герметиками, используемыми на материнской плате и ИС. Это решение используется в некоторых внешних средах, таких как беспроводное оборудование, расположенное в дикой природе. [ необходима цитата ]
^ Гордон, Уитсон (2017-07-03). «Как автоматически управлять вентиляторами вашего ПК для бесшумной работы в прохладном режиме». How-To Geek . Получено 2017-08-18 .
^ ab Mueller, Scott 2005. Модернизация и ремонт ПК . Que Publishing. 16-е издание. С. 1274–1280
^ Акоста, Джереми. «Воздушное или жидкостное охлаждение для ПК. Что выбрать и почему?». Игры и шестерни . Архивировано из оригинала 2017-02-11 . Получено 2017-02-14 .
^ "Новая видеокарта RTX 3090 от Nvidia — это монструозный графический процессор стоимостью 1499 долларов, предназначенный для игр в разрешении 8K". The Verge . Сентябрь 2020 г. Получено 21 октября 2020 г.
^ "Обзор вентилятора RAM от CoolIT Systems: действительно ли памяти нужен вентилятор?" . Получено 05.02.2013 .