خنک کننده بادی پردازنده چطور کار می‌کنه؟ – اجزای یک خنک کننده بادی

در قسمت سوم از سری آموزش های کوتاه کامپیوتر، می‌خوایم نگاهی به طرز کار کولرهای بادی پردازنده داشته باشیم و ببینیم این خنک‌کننده‌ها با چه اجزا و قطعاتی گرمای پردازنده رو دفع می‌کنن. خنک‌کننده‌های بادی معمولا عملکرد ضعیف‌تری نسبت به خنک‌کننده‌های آبی دارن، اما همچنان انتخاب‌های خیلی خوبی هستن. با بنچفا برای توضیح این قطعه مهم همراه باشید.

اصلا چرا پردازنده به کولر احتیاج داره؟

پردازنده‌ها برای کار کردن برق مصرف می‌کنن، و عبور برق از اون‌ها باعث میشه گرما تولید کنن. این گرما به قدری زیاده که در عرض چند ثانیه پردازنده به دمای ۱۰۰ درجه سانتیگراد می‌رسه، برای همین به یک خنک‌کننده نیازه که گرمای اونو دفع کنه تا پردازنده به فعالیت ادامه بده.

پردازنده‌های ضعیف، مصرف برق پایینی دارن و به خاطر همین مصرف کم، به خنک‌کننده قدرتمندی احتیاج ندارن، اما پردازنده‌های قوی‌تری مثل ۱۳۹۰۰K و یا ۷۹۵۰X مصرف برق خیلی بالایی دارن و به خنک کننده ای احتیاج دارن که بتونه اون‌ها رو کنترل کنه؛ چون مصرف برق اون‌ها بالاست، پیشنهاد میشه که از کولرهای آبی براشون استفاده بشه، چون خنک کننده های آبی راندمان بالاتری در دفع گرما دارن و پایداریشون هم بالاتره. اما برخی خنک‌کننده‌های بادی مثل Noctua NH-D15 به خاطر کیفیت بالای ساختشون، در شرایط مناسب می‌تونن پرمصرف‌ترین پردازنده‌ها رو هم خنک کنن.

اجزای خنک کننده بادی پردازنده

یک خنک کننده بادی پردازنده از ۴ بخش بنیادین تشکیل شده: بیس یا پایه(هیت سینک)، هیت پایپ یا لوله‌های مسی، ورقه‌های فلزی یا فین استک و فن. ممکنه در کولرهای مختلف با توجه به نیاز و شرایط استفاده، یکی از این قسمت‌ها حذف بشه، مثلا کولر NH-P1 شرکت ناکتوا یک کولر پسیوه، و تمام قسمت‌ها رو داره به‌جز فن. شرکت‌های اینتل و AMD برای پایین آوردن قیمت کولرهای استوکشون، این کولرها رو بدون لوله مسی عرضه می‌کنن؛ اما اکثر کولرهای بادی، از همین ترکیب تشکیل شدن.

• بخش اول: بیس یا پایه

بیس یا پایه یا هیت سینک کولر بادی دو وظیفه داره:

1. قرار گرفتن روی پردازنده و عمل کردن به عنوان انتقال‌دهنده دما از پردازنده به کولر که بهش کلد پلیت (Cold Plate) میگن. این بخش معمولا از مس و یا آلومینیوم ساخته میشه که از بهترین رساناهای گرما هستن، و سطحی صاف دارن و مستقیما روی پردازنده قرار می‌گیره.
2. بیس خنک‌کننده به عنوان پایه کل کولر روی پردازنده قرار می‌گیره، و به وسیله مکانیزم نصبی که داره (که نسبت به مدل کولر متفاوته) سر جاش محکم میشه و کولر رو در موقعیت مناسبش قرار میده.

گاهی اوقات شرکت‌ها با صاف کردن سطح لوله‌های مسی، از همین لوله‌ها به عنوان صفحه سرد (Cold Plate) خنک‌کننده استفاده می‌کنن، اما مشکلی که هست اینه که این لوله‌ها به خوبی صاف نمیشن و درزهای زیادی بین پردازنده و خنک‌کننده به وجود میاد، این درزها به وسیله خمیر حرارتی پر میشه و کمی جبرانش می‌کنه، اما بهتره که درزی بین خنک‌کننده و پردازنده وجود نداشته باشه. بهترین حالت ممکن، یک بیس آلومینیومی با سطح کاملا صافه، چون بهترین عملکرد رو به نمایش می‌ذاره.

• بخش دوم: هیت پایپ یا لوله‌های مسی

دومین بخش کولرهای بادی هم لوله‌های مسی هستن. این لوله‌ها اکثر اوقات از جنس مس هستن، و درون اون‌ها مقداری مایع (معمولا ترکیبی از آمونیوم و اتانول یا آب مقطر) وجود داره. این مایع نقطه جوش پایینی داره و روی سطح پردازنده قرار داره و با داغ شدن پردازنده، تبخیر میشه و به سمت ورقه های فلزی که در قسمت بعدی باهاش آشنا می‌شید، حرکت می‌کنه.

در اون نقطه، بعد از خنک شدن دوباره به شکل مایع درمیاد و به سمت Cold Plate سرازیر میشه. هیت پایپ های مورد استفاده در خنک کننده های بادی پردازنده ۴ نوع مختلف دارن، و هر شرکتی از یه نوع استفاده می‌کنه. سینتر شده، شیاردار، بافت توری مسی و کامپوزیت انواع طراحی‌های داخلی لوله‌های مسی هستن (نیازی به داشتن اطلاعات جزئی‌تر از اینها ندارید صرفا فقط نام بردم که آشنا بشید باهاشون ((: ). در لوله کامپوزیت پودر مس در لوله می‌ریزن که به انتقال دما کمک می‌کنه. تفاوت لوله استفاده شده خوبی یا بدی یه خنک‌کننده رو مشخص نمی‌کنه، چون عوامل زیاد دیگه‌ای در عملکرد اون‌ها وجود داره. رنگی بودن یا نبودن لوله‌ها اکثرا تاثیر منفی روی عملکرد خنک‌کننده نداره، چون لوله‌ها رو با رنگ‌های مخصوصی می‌پوشونن که انتقال دما رو مختل نمی‌کنه.

• بخش سوم: ورقه‌های فلزی یا فین استک

سطح خنک‌کنندگی لوله کمه، و بیشترین تعداد لوله‌های مسی یک کولر کمتر از ده لوله‌ست، که به دلیل سطح کم خنک‌کنندگی، گرما به خوبی خارج نمیشه. برای همین، تعداد زیادی ورقه فلزی به لوله‌ها متصل میشه تا به عنوان سطح بیشتر خنک‌کنندگی عمل کنن. گرما روی سطح این ورقه‌ها پخش میشه و به خاطر همین بهتر خارج میشه. بهترین حالت ممکن اینه که این ورقه‌ها هم از مس تولید بشن، اما این حجم از مس هزینه رو بالا می‌بره و تاثیر زیادی هم روی انتقال گرما ندارن. به خاطر همین، این ورقه‌ها اکثرا از آلومینیوم تولید میشن که هم وزن اون‌ها رو پایین میاره هم قیمتشون رو. هرچی تعداد این ورقه‌ها بیشتر باشه، چون سطح خنک‌کنندگی بیشتر میشه عملکرد هم بهتر میشه؛ اما با این اتفاق قیمت و وزن محصول هم بالا میره برای همین روی کولرهای پایین‌رده، معمولا فین استک بزرگ و حجیمی نمی‌بینیم.

• بخش چهارم: فن

فن آخرین قطعه مورد استفاده در خنک‌کننده‌های بادیه، و وظیفه اون خارج کردن گرما از ورقه‌ها و لوله‌هاست. خنک‌کننده‌های بادی با توجه به اندازه‌شون، یک یا دو فن دارن که با ایجاد جریان هوا، گرما رو از بدنه خنک‌کننده خارج می‌کنن و باعث میشن گاز موجود در لوله‌ها باز به شکل مایع دربیاد و خنک‌کنندگی ادامه پیدا کنه. فن‌هایی که روی فین استک یا رادیاتور نصب میشن جریان هوای پایین ایجاد می‌کنن، اما فشار استاتیک بالایی دارن. اگه بخوام ساده توضیح بدم، باید بگم که هوا برای عبور از فین‌استک به دلیل وجود مانع به سختی عبور می‌کنه و فن‌هایی که فشار استاتیک بالایی دارن هوا رو مجبور می‌کنن که از فین‌استک رد بشه.

خنک کننده بادی چطوری پردازنده رو خنک می‌کنه؟

حالا که قطعات خنک کننده بادی رو شناختیم، می‌تونیم راحت‌تر بفهمیم چطوری این خنک‌کننده‌ها گرما رو دفع می‌کنن.

مراحل خنک کردن پردازنده به وسیله این خنک‌کننده‌ها کاملا از قوانین طبیعی فیزیک پیروی می‌کنه. هسته های پردازنده با مصرف برق گرم میشن و این گرما به IHS یا Integrated heat spreader ( همون سطح فلزی‌ای که روی پردازنده قرار داره) منتقل میشه. همونطور که گفتم روی این IHS خمیر حرارتی قرار می‌گیره تا درزها رو پر کنه و انتقال گرمارو بهتر کنه. این خمیر گرما رو از پردازنده به کُلد پلیت منتقل می‌کنه. کلد پلیت هم گرما رو به لوله‌های حرارتی منتقل می‌کنه، که این لوله‌ها حاوی مایعی هستن که در مواجه با گرما تبدیل به گاز میشن و چون گاز سبکه، به نقاط بالاتر لوله میره و گرما رو به فین‌استک منتقل می‌کنه. گرما روی سطح فین‌استک پخش میشه و فن با ایجاد جریان هوا، گرما رو از سطح فین‌استک خارج می‌کنه و با پایین اومدن دمای فین‌استک و لوله مسی، گاز دوباره به شکل مایع درمیاد و به سطح بیس پردازنده می‌رسه و دوباره این فرایند تکرار میشه.

جدول میزان رسانایی گرما

وقتی مهدیار وارد صحنه میشه :))

جدول بالا، میزان رسانایی گرمایی عناصر یا مواد مختلف رو نشون میده. رسانایی گرمایی، بر اساس وات بر متر کلوین محاسبه میشه که یعنی اگر یک متر از اون ماده رو داشته باشیم و بین دو سطح رو و پشت اون ماده یک درجه کلوین (یا سلسیوس) اختلاف دما ایجاد کنیم، چند ژول انرژی در مدت زمان یک ثانیه عبور می‌کنه (چون خود وات معادل ژول بر ثانیه هستش). همونطور که می‌بینید، مس بیشترین رسانایی گرما رو داره، و بعد از اون آلومینیومه. رسانایی گرمایی آلومینیوم از مس پایین‌تره، اما همچنان از آب و هوا و خمیر حرارتی خیلی بیشتره.

مزایا و معایب خنک کننده بادی پردازنده

خنک‌کننده پردازنده دو نوع اصلی داره: خنک‌کننده بادی و خنک‌کننده مایع. برای انتخاب بهتر، باید بدونیم هرکدوم چه مزایا و چه معایبی دارن. ما هنوز درمورد خنک‌کننده مایع صحبت نکردیم (که به زودی صحبت می‌کنیم)، پس فعلا به مزایا و معایب خنک‌کننده بادی می‌پردازیم.

مزایای کولر بادی:

همونطور که دیدید، اکثر اتفاقاتی که در خنک‌کننده بادی میفته در اثر اتفاقات طبیعی و فیزیکیه و به جز فن، هیچ قطعه مکانیکی در کار نیست. این اولین مزیت این کولرهاست. کولرهای بادی چون قطعات مکانیکی کمی دارن، عمر بالاتری دارن و ممکنه سال‌ها بدون هیچ مشکلی کار بکنن. تنها اتفاقی که ممکنه برای اون‌ها بیفته، سوختن فنه که در این صورت تنها کافیه فن جدید تهیه و نصب کنید! تا زمانی که اتفاقی برای لوله‌های مسی خنک‌کننده بادی نیفته، قابل استفاده‌ست و طول عمر بالایی دارن. حتی زمانی که با مشکل مواجه بشن، اتفاقی برای سیستم نمیفته اما در صورت خرابی و سوراخ شدن خنک‌کننده مایع، ممکنه آسیب‌های زیادی به سیستم وارد بشه. پس مزیت اول کولرهای بادی شد خرابی کمتر و طول عمر بالاترشون.

مزیت دوم این کولرها، قیمت پایینتر نسبت به خنک‌کننده‌های مایعه. AIOها و یا کاستوم لوپ‌ها قطعات زیادی دارن، که باعث میشه هزینه ساخت و حملشون بالا بره. به همین خاطر معمولا قیمت یک خنک‌کننده بادی بالارده با یک خنک‌کننده مایع میان‌رده برابره.

معایب کولر بادی:

و اما معایب خنک‌کننده‌های بادی. همونطور که در بخش سوم یعنی ورقه های فلزی یا فین استک توضیح دادم که سطح لوله ها برای انتقال گرما کافی نیست و برای همین فین استک وجود داره، اینجا میگم که سطح خود فین استک های یک کولر بادی، نسبت به یک کولر مایع ۳۶۰ میلیمتری خیلی کمتره. همچنین وجود آب یا کولانت در لوپ خنک کننده های آبی، به افزایش عملکردشون کمک زیادی میکنه. برای همین خنک کننده های مایع نسبتا عملکرد بهتری دارن.

خنک‌کننده‌های بادی هم می‌تونن پردازنده‌های پرقدرت رو خنک کنن، اما باید فن اون‌ها با دور بالایی بچرخه تا گرما رو به خوبی مایع خارج کنه و هیت سینک بزرگ و سنگینی هم داشته باشن و متریال ساختشون هم عالی باشه. اگه بخوایم مقایسه عادلانه‌ای داشته باشیم، باید هر دو رو در یک میزان نویز برابر مقایسه کنیم، و در این حالت، می‌بینیم که خنک‌کننده‌های مایع عملکرد بهتری دارن.

ایراد دوم کولرهای بادی فضای زیادیه که اشغال می‌کنه. تمام قطعات خنک‌کننده بادی روی خود پردازنده قرار می‌گیرن، که باعث میشه فضای زیادی رو اشغال کنن و گاهی باعث بشن که شما نتونید رم‌هایی که ارتفاع زیادی دارن رو نصب کنید. این خنک‌کننده‌ها نزدیک کارت گرافیک هم میشن، و درسته که اکثرا مشکلی با اون به وجود نمیارن، اما نصب خنک‌کننده و خارج کردن کارت گرافیک رو سخت می‌کنه؛ همچنین اکثر درگاه‌های M.2 SSD اصلی مادربردها، بالای کارت گرافیک قرار دارن که اگه خنک‌کننده بادی داشته باشید، دسترسی به اون‌ها سخت میشه. گاهی اوقات از پایین هیت سینک خنک کننده های بادی هوای گرم خارج میشه که باعث میشه بک پلیت کارت گرافیکتون داغ بشه و دماش بالا بره. همچنین هوای داخل کیس رو هم گرم میکنه چون خروجی هوای گرم ایجاد شده توسط پردازنده، به داخل سیستم هدایت میشه. اینجا فن پشت کیس نقش مهمی داره تا نذاره هوای گرم زیاد داخل سیستم بمونه. همچنین خنک کننده بادی برای مادربرد و رم‌هایی که ظاهر خوبی دارن شاید مناسب نباشه، چون باعث پوشیده شدن این زیبایی‌ها میشه و همشون پشت اون هیت سینک بزرگ مخفی میشن.

خب به پایان این آموزش رسیدیم. خنک‌کننده‌ها قطعات جالبی هستن و دست شما در انتخاب اون‌ها خیلی بازه. نظراتتون رو درباره این آموزش با ما در ارتباط بذارید و حتما بگید که دوست دارید درمورد چه قطعه‌ای بیشتر بدونید!