Công nghệ làm mát máy tính bằng chất lỏng

Một trong những phương pháp làm mát PC tốt nhất là dùng một số dạng làm mát bằng chất lỏng.

Các chất lỏng có công suất dẫn nhiệt lớn hơn không khí nhiều, và khi bộ xử lý chạy rất nóng, nó có thể thuận lợi hay thậm chí cần thiết trong một số tình huống làm mát rất hiệu quả, đặc biệt trong các không gian nhỏ hơn hay bị hạn chế.

Các hình thức làm mát bằng chất lỏng có sẵn

■ Các đường dẫn nhiệt

■ Làm mát bằng nước

■ Làm lạnh

Mỗi dạng dùng một chất lỏng hay hơi để hút nhiệt bộ xử lý hay các thành phần khác và lấy nhiệt này đến bộ trao đổi nhiệt nơi nhiệt phân tán ra không khí. Do vậy, tất cả hệ thống làm mát bằng chất lỏng của máy tính bàn hay laptop cũng đều liên quan đến làm mát bằng không khí. Bộ trao đổi nhiệt (bộ tản nhiệt) được dùng có thể lớn hơn nhiều hoặc vừa vặn trực tiếp trên bộ xử lý hay những chip khác, là một lí do khác mà công nghệ làm mát bằng chất lỏng cho công suất làm mát lớn hơn rất nhiều các loại khác.

Tất cả các loại làm mát bảng chất lỏng có sẵn, các đường dẫn nhiệt đang là xu hướng và có hiệu quả trong ngành sản xuất PC hiện đại. Làm mát bằng nước và đặc biệt làm lạnh thì hạn chế đối với những người đang đeo đuổi việc vượt xung, vì như thế bắt buộc phải trả những giá cao, và cũng tồn tại những khiếm khuyết hay bất lợi đi với lựa chọn này.

Thùng máy cải thiện về nhiệt

Bộ nguồn PC luôn có một quạt. Qua nhiều năm, quạt này có trách nhiệm làm mát không chỉ bộ nguồn, mà còn toàn bộ hệ thống và thậm chí cả bộ xử lý. Thực tế, các PC trước 486 đều không dùng các bộ tản nhiệt trên bộ xử lý bởi vì chúng sinh ra một lượng nhiệt rất thấp. Bộ tản nhiệt thụ động đầu tiên trở thành một vật cố định tiêu chuẩn trên bộ xử lý 486DX2 năm 1992, bộ xử lý chi tiêu thụ 5.7W năng lượng. Bộ tản nhiệt hoạt động đầu tiên xuất hiện ở bộ xử lý Pentium bán lẻ của Intel (được gọi là bộ xử lý Overdrive) và trở thành vật cố định tiêu chuẩn trên các kiểu Pentium II, III và AMD Athlon đóng hộp hay bán lẻ năm 1997 và sau này. Hầu như thùng máy cho đến thời điểm này không đi kèm quạt làm mát, ngoại trừ cái trong bộ nguồn.

Các quạt thùng máy đầu tiên thông dụng trong các hệ thống OEM vào giữa những năm 1990 do chúng thường dùng bộ tản nhiệt thụ động (không có một quạt) rẻ tiền trên bộ xử lý. Sẽ hiệu quả nếu làm mát cả thùng máy lẫn bộ xử lý và tiết kiệm tiền bởi dùng bộ tản nhiệt thụ động trên bộ xử lý. Năm 2000, với Pentium 4, nhiều hệ thống bắt đầu dùng một bộ tản nhiệt bộ xử lý hoạt động (với một quạt) và một quạt thùng máy. Phần lớn hệ thống hiện đại bao gồm ba quạt một cho bộ nguồn, một cho bộ tản nhiệt hoạt động trên bộ xử lý, và một tại phía sau thùng máy. Một số hệ thống có những quạt thêm vào (một quạt phía sau thứ hai và một quạt phía trước cho làm mát các ồ đĩa cứng), ba quạt là thiết kế chung nhất và hiệu quả về giá.

Không may, với bộ xử lý tốc độ cao đạt tới hay thậm chí vượt mức nguồn tản nhiệt 100W, trở thành sự không thể cho một thiết kế thùng máy tiêu chuẩn để làm mát hệ thống mà phải thêm nhiều quạt hay dùng các thiết lập làm mát bằng chất lỏng khá lạ (và mắc tiền). Một cú đột phá sau đó trong thiết kế thùng máy cho phép bộ xử lý tiêu thụ nhiều hơn 100W để được làm mát thỏa đáng trong hệ thống có ba quạt, không thực hiện các giải pháp khác lạ hay thậm chí thêm quạt.

Như bạn đã biết, sự tiêu thụ năng lượng của bộ xử lý tỉ lệ với tốc độ và tỉ lệ với bình phương điện áp tiêu thụ. Mặc dù các điện áp bộ xử lý đang làm giảm thiểu các tốc độ đang tăng lên theo nhịp khá nhanh, đến nỗi sự tiêu thụ năng lượng đang đạt đến những mức cao chưa từng thấy trên 120W. Để chiến đấu với nhiệt, các nhà sản xuất bộ tản nhiệt làm tăng hiệu quả các bộ tản nhiệt bộ xử lý đáng kể qua thời gian 10—15 năm. Các bộ tản nhiệt có sẵn hôm nay với các điện trở nhiệt trong vị trí 0.33°c/w hay thấp hơn. Không may, các bộ tản nhiệt được làm mát bởi không khí đang nhanh chóng đến gần các giới hạn của công nghệ PC.

Cải tiến hiệu suất nhiệt

Một phương pháp hữu hiệu về giá của sự cải tiến hiệu suất tản nhiệt là làm giảm nhiệt độ bao quanh bộ xử lý, nghĩa là làm thấp nhiệt độ không khí vào bộ tản nhiệt. Để đảm bào làm mát đúng cho các bộ xử lý đóng hộp (bán lẻ), Intel và AMD cụ thể những giới hạn tốc độ tối đa cho không khí vào thân quạt tản nhiệt. Nếu nhiệt độ không khí vào bộ tản nhiệt quá lượng này, bộ tản nhiệt sẽ không thể làm mát thích ứng bộ xử lý. Do phải giải quyết cho những tình huống khắc nghiệt, tất cả hệ thống hiện đại và bộ tản nhiệt được thiết kế để hoạt động đúng nếu nhiệt độ thích ứng mỗi trường trong phòng là 35°c (95°F). Nói chung điều này có nghĩa là các PC được thiết kế để làm việc trong mỗi trường lên tới nhiệt độ đó. Để vận hành trong các mỗi trường với nhiệt độ cao hơn, các PC đòi hỏi các thiết kế chuyên biệt nhất. 

Với xu hướng gần đây của Intel và AMD, làm gia tăng tốc độ xử lý thông qua thiết kế chip hơn là chỉ tăng xung, khuynh hướng này bình ổn đối với một phạm vi. Nhiều bộ xử lý khắt khe nhất hôm nay yêu cầu nhiệt độ trong thùng máy duy trì ở tại hoặc dưới 38°c (100.4°F), dù là hệ thống đang chạy ở nhiệt độ phòng 35°c (95°F). Nhiệt độ bên trong tăng lên, hay không khí nóng trước còn bên trong hệ thống, do nhiệt tạo ra bởi các thành phần như là chipset bo mạch chủ, card đồ họa, bộ nhớ, bộ điều chỉnh điện áp, các ổ đĩa và các thành phần tạo nhiệt khác (bao gồm cả chính bộ xử lý). Thậm chí với tất cả thiết bị sản xuất nhiệt này, các đặc điểm kỹ thuật cho nhiều bộ xử lý mới hơn đòi hỏi nhiệt độ không khí bên trong thùng máy tại bộ tản nhiệt chỉ tăng lên 3°c (5.4°F) hơn chung quanh. Đây là vị trí cần được làm mát nhất trong thùng máy.

Thùng máy thường không có khả năng duy trì mức thấp khác biệt này giữa phần trong thùng máy và các nhiệt độ chung quanh. Cách duy nhất để đạt đến là thêm số lượng quạt vào hệ thống, nhưng lại thêm chi phí và tiếng ồn đáng kể. Nhiều hệ thống với nhiều quạt phía trước, phía sau, bên hông mà vẫn không thể giữ nhiệt độ tại khu vực quanh bộ tản nhiệt của bộ xử lý cao hơn những vùng khác 3°c. May thay, một giải pháp đơn giản không chỉ giải quyết vấn đề mà còn không phải thêm quạt và mất rất ít chi phí vào hệ thống. Thiết kế mới này được thêm vào đa số thùng máy hiện hữu với giá dưới $10 và dễ lắp đặt.

Cả Intel và AMD đều phát hành những tài liệu mô tả các thuộc tính nhiệt của bộ xử lý và sách hướng dẫn thể hiện những ý tưởng cho làm mát hệ thống và những thiết kế thùng máy có thể làm mát thỏa đáng hệ thống. Thùng máy cụ thể được thiết kế để cải tiến làm mát cho bộ xử lý laptop bằng cách duy trì nhiệt độ 38°C hay ít hơn tại đường vào bộ tản nhiệt bộ xử lý được xem như các thùng máy cải thiện về nhiệt. Dùng thùng máy được cải tiến về nhiệt cho phép bộ xử lý duy trì làm mát, thậm chí dưới các điều kiện mỗi trường khắc nghiệt và giúp làm giảm tiếng ồn. Đa số các bộ xử lý hiện đại và thùng máy kết hợp hệ thống làm mát mà có thể điều chỉnh các tốc độ của quạt. Nếu nhiệt độ vẫn dưới các giới hạn cụ thể, các quạt chạy ở tốc độ thấp hơn, do vậy làm giảm mức độ ồn. Nếu nhiệt độ tăng lên, tốc độ quạt và tiếng ồn tăng theo. Nói chung, thùng máy được cải tiến về nhiệt cho phép các tốc độ quạt duy trì mức thấp hơn, dẫn đến hoạt động êm ái hơn.

Để đáp ứng các yêu cầu thùng máy được cải tiến về nhiệt, những đặc điểm kỹ thuật sau được đề nghị:

■ Bo mạch chủ ATX, MicroATX hay FlexATX tiêu chuẩn công nghiệp.

■ Bộ nguồn ATX, SFX, hay TFX tiêu chuẩn công nghiệp với quạt hút đầy đủ.

■ Dùng nắp bên có thể tháo gỡ với một ống dẫn đến bộ xử lý có thể điều chỉnh và lỗ thông gió card tiếp hợp.

■ Cung cấp phía sau thùng máy chủ yếu quạt hút 92mm hay lớn hơn và một quạt phía trước tùy chọn 80mm (ngoài bất kỳ quạt nào trong bộ nguồn)