مدارات مجتمع پردازشی در گذشته دارای محدودیت های بسیاری بودند که بدین علت نگرانی خاصی در زمینه تهویه آنها وجود نداشت. به عنوان مثال در سال 1992 پردازنده 486/DX2 با فرکانس موثر تنها 66 مگاهرتز، تنها 7 وات مصرف جریان داشت. این پردازنده از 1 میلیون و 200 هزار ترانزیستور برخوردار بود. شرایط در این سالها دچار تحول بسیاری شده است. پردازنده های کنونی از میلیاردها ترانزیستور برخوردار هستند که در اثر بالا رفتن فرکانس، می توانند توان حرارتی بسیار بالایی را ایجاد نمایند. کامپیوتر را می توان بزرگترین مصرف کننده پردازنده ها (CPU-GPU) در جهان دانست. از همین رو، نیاز آن به خنک کننده های تخصصی افزایش یافت. خنک کننده های بادی (Air Cooler) هایی که به همراه پردازنده های Intel و AMD عرضه می شد، دیگر قادر به تهویه کامل مدار نبود. این ناتوانی آنجایی پر رنگ میشد که پردازنده ضریب باز، دستخوش اورکلاک و سطحی و یا حتی فناوری Turbo Boost می شدند.

از سوی دیگر، به دلیل کنترل گرما، تولید کنندگان پردازنده در یک نقطه متوقف شده بودند. کم کم پای خنک کننده های بادی سفارشی به میان آمد. Air Cooler هایی در انواع و اقسام مختلف روانه بازار شدند که به عنوان مثال می توان به یکی از برترین های آنها به نام noctua NH-D14 اشاره کرد. اما باز هم می توانستیم پردازنده ها را خنک تر نگاه داریم. در نتیجه بحث خنک کننده های مایع که برای سالیان سال مورد توجه قرار گرفته بود، به طور واقعی وارد کامپیوترها شد.

نکته: پیش از آنکه خنک کننده های مایع در کامپیوترهای خانگی و دسکتاپ مورد استفاده قرار گیرد، ابرکامپیوتر و بسیاری از کامپیوترهای خاص از آن بهره مند بودند.

چرا خنک کننده مایع؟

خوب پاسخ بسیار ساده بود. آب و مایع مرکب آب، پس از جیوه دارای برترین خاصیت انتقال حرارت در بین مواد است. هدایت حرارتی آب تا 30 برابر بیشتر از هوا است. تحمل حرارتی آب می تواند تا 4 برابر بهتر از خنک کننده های بادی باشد. از طرفی کاهش حرارت مایع داخل رادیاتور نیز با سهولت بیشتری قابل اجرا است. قانون اول "ترمودینامیک" می گوید: ماده و انرژی نمی تواند ایجاد شده و یا از بین برود. (منظور بین 2 تبدیل است). بدین ترتیب حرکت گرما از ماده و یا شی گرمتر به سمت سرما است. قانون اول ترمودینامیک را می توان این گونه نیز شرح داد (قانون اول وجود خاصیتی از سیستم ترمودینامیکی به نام انرژی داخلی را بیان می‌کند. این انرژی از انرژی جنبشی که ناشی از حرکت کلی سیستم و انرژی پتانسیل که سیستم نسبت به محیط پیرامونش دارد، متمایز است. قانون اول همچنین دو شیوه انتقال انرژی یک سیستم بسته را بیان می‌کند: انجام کار یا انتقال حرارت).

برای انتقال حرارت از قسمت های گرم به سیستم های خنک کننده، 3 روش موجود بوده و هست.

1-انتقال: انتقال حرارت از طریق ماده فاقد جا به جایی خالص

2-همرفت: حرکت گردشی از گاز و یا مایع؛ناشی از تغییر چگالی و عمل گرانش

3-تابش: روند انتقال حرارت توسط سامانه رهبری انرژی الکترومغناطیسی؛به شکل موج و یا ذره

هر 3 روش، برترین حالت برای انتقال حرارت هستند. جداول هدایت حرارتی و خاصیت مواد در این زمینه، در اینترنت موجود است. بدست آوردن هدایت حرارتی ماده، W/(mK) است. میزان قابل جا به جایی در واحد زمان. واحد دیگری به نام ظرفیت گرمایی ماده وجود دارد که از طریق  KJ/(kgK) محاسبه می شود. از آنجایی که بحث اصلی این مطلب به خواص مواد مربوط نمی شود، علاقمندان به اطلاعات بیشتر را به جستجو در اینترنت دعوت می کنیم.

آب، مس، نقره و طلا جزو برترین انتقال دهنده ها هستند. پیکربندی یک خنک کننده در کنار آب، ایده آل ترین شیوه دفع حرارت را پدیدار می کند. خنک کننده های مایع نیز نیازمند یک بلاک به منظور اتصال هستند. بلاک هایی که به سطح IHS پردازنده متصل شده و حرارت را از آن جدا کند. تمامی خنک کننده های مایع در جهان دارای بلاک (CPU Block) هستند. این بلاک ها به طور عمده به صورت استریو (Stereo) هستند. ده ها آرایش مختلف برای این بلاک ها وجود دارد که نمی توان به همه آنها پرداخت. سطح بلاک های مورد بحث از مس (Copper) تولید شده است. حتی اگر اطراف بلاک از آلومینیوم و فلزات دیگر پوشیده شده باشد، سطح میانی IHS از مس خالص است. برای اتصال این بلاک ها به سطح IHS، نیازمند استفاده از خمیر حرارتی یا همان خمیر سیلیکون هستیم. این خمیر به وسیله پوشاندن حفره های بسیار ریز که قابل رویت با چشم انسان نیستند، انتقال حرارت را بهبود می بخشد. برخی از کاربران حرفه ای پس از خرید محصولات میان قیمت، سطح مسی اتصال را مجددا با سمباده صیقل می دهند که البته در مدل های گران قیمت نیازی به این کار نخواهد بود. تحقیقات نشان داده است که در اکثر اتصالات، %0. 01 از سطح مورد نظر با IHS بدون ارتباط می ماند که به وسیله خمیرهای دارای فلز مانند گرد نقره، می توان این مقدار را به 0 نزدیک کرد.

در قسمت بالای این بلاک، دو لوله انتقال آب (مایع کولانت) قرار دارد که به طور مشخص به منظور رفت و برگشت است. طراحی داخلی CPU Block ها، به کمپانی تولید کننده بستگی دارد. تیم های R&D همواره در حال تست مدل های مختلف هستند. در بسیاری از طراحی ها، سعی بر آن است که دو لوله با حداکثر فاصله از یکدیگر نصب شده و مایع درون آنها حداقل نزدیکی به یکدیگر را رعایت نمایند.

بسیاری از واترکولرها نیز از سیستم Closed Loop برخوردار هستند که به طور کلی تمامی قطعات اسمبل شده و عمدتا غیر قابل باز شدن است. بلاک، هیت پایپ و ... به رادیاتور متصل و آماده نصب به پردازنده هستند.

یکی از مهمترین قسمت های یک خنک کننده مایع، شامل لوله و Loop هایی است که به شلنگ ها متصل می شوند. شلنگ های مورد استفاده در این خنک کننده ها، با متریال های متنوعی تولید می شوند اما در بسیاری از آنها شاهد استفاده از فلز به شکل فنر هستیم. در صورتی که از فلز در آنها استفاده نشود، از متریال های منعطف مانند سیلیکون نیز استفاده خواهد شد. از آنجایی که مایعات هادی هستند، در صورت نشت می توانند در کمتر از چند ثانیه کامپیوتر را به ورطه نابودی بکشاند! کمپانی های تولید کننده خنک کننده های مورد نظر، از استاندارد و آزمون های بسیاری پیروی می کنند. به عنوان مثال از آزمون فشار (7kg/cm2, 100psi) استفاده می کنند. این آزمون برای آزمایش نشت مایع از دستگاه و اتصالات ) Connections) بسیار ضروری است. همچنین در برخی دیگر از آزمون ها، از هوای پر فشار استفاده می شود. هوای پر فشار در مسیرهای خنک کننده با شدت بسیار زیاد دمیده می شود و در صورت نشت هوا، سیستم آن را ظاهر می کند. سومین آزمون نیز به بررسی خوردگی اتصالات و بلاک در برابر مایعات می پردازد.

انواع مختلفی از واکنش های شیمیایی در یک خنک کننده مایع روی می دهد. شایع ترین واکنش های شیمیایی در یک خنک کننده مایع، "خوردگی گالوانیک" است. خوردگی گالوانیک (Galvanic corrosion) به خوردگی در اثر وجود اختلاف پتانسیل الکتریکی بین فلزات در ارتباط با یکدیگر گفته می‌شود. اختلاف پتانسیل باعث شارش الکترونها بین این دو فلز می‌شود. در این حالت فلز دارای پتانسیل تعادلی کمتر، آند پیل الکتروشیمیایی را تشکیل داده و خورده می‌شود.  فلز کاتد خورده نمی‌شود و یا خوردگی آن بسیار کم می‌شود. در اتصال دو فلز غیر همجنس تشدید خوردگی آند را خوردگی گالوانیکی و کاهش خوردگی کاتد را حفاظت کاتدی گویند. مایع مورد استفاده در این سامانه می تواند خوردگی و مشکلات شیمیایی در واترکولرها را به حداقل برساند. در بسیاری از واترکولرهای Closed Loop مایع کولانت از قبل تزریق شده است. در برخی دیگر نیز شاهد استفاده از مایع ترکیبی خود کمپانی های تولید کننده هستیم که متاسفانه اطلاع دقیق از فرمول بسیاری از آنها در دست نیست!

برخی از کاربران از آب مقطر با خلوص بالا، الکل و یا ترکیب آنها با ضد یخ های اتومبیل استفاده می کنند. اما در صورتی که تجربه ای در این زمینه ندارید، می توانید از مایعات آماده موجود در بازار استفاده نمائید. نوع مایع مورد نظر در کاهش دمای پردازنده و یا کارت گرافیک بسیار موثر است. شلنگ های محتوی مایعات به یک سخت افزار دیگر متصل می شوند که دارای یک پمپ، رادیاتور و فن های خنک کننده است. پمپ، وظیفه به جریان انداخت مایع در لوله ها و بلاک را دارد. جالب است بدانید که در بسیار از مواقع، خرابی و عدم کارکرد صحیح خنک کننده مایه تنها به دلیل نقص فنی در پمپ است. از این رو شرکت های تولید کننده تمرکز ویژه ای بر روی خنک کننده های مایع معطوف داشته اند. بسیاری از پمپ های موجود در بازار، مدعی عمر 1200 الی 120 هزار ساعت هستند. پمپ، مایع مورد نظر را دریافت کرده و به درون رادیاتور هدایت می کند و از سوی دیگر مجددا به سطح پردازنده باز می گرداند. قدرت پمپ در شدت پمپاژ رابطه مستقیم با دمای پردازنده دارد. این پمپ ها از یک یا چند موتور DC برخوردار هستند. پره های خارج شده از موتورها عمدتا از پلاستیک فشرده تولید می شوند. سرعت پمپ ها می تواند از طریق نرم افزار کنترل گردد. ابعاد و توانایی Pump ها به ابعاد خنک کننده مایع بستگی دارد.

در بخش دیگر، شاهد استفاده از یک رادیاتور هستیم. اگر به مشخصات فنی واترکولرها بپردازیم، خواهید دید که در این Detail ها ابعاد واترکولرها را اینگونه نشان می دهند: رادیاتورهای 120 میلی متری، 240 میلی متری و 360 میلی متری. بد نیست بدانید که ابعاد رادیاتورها گاها کمی بیشتر از فن های نصب شده بر روی آنها است. از این موارد که بگذریم، به جنس رادیاتور مرسیم. دو آرایش متداول در رادیاتورها موجود است. مدل اول، دارای متریال بسیار زیادی از مس است. لوله های محتوی آن از بین پره های بسیار نازک عبور کرده و به خروجی می رسد. نمونه دوم، از لوله های آلومینیومی-مسی استفاده می کند و یک هیت سینک با پره های بلند در آن به کار رفته است. پره های آلومینیومی مانند پره های موجود در ایرکولرها عمل کرده و دمای مایع داخل رادیاتور را به خود جذب می کند. دمای رادیاتور نیز توسط فن و یا فن ها، دفع می گردد.

اکوسیستم مکانیکی یک خنک کننده مایع بسیار ساده است. در حال حاضر برخی از برندهای معتبر جهان مانند EKWB و XSPC در این زمینه ید طولانی دارند. این شرکت ها به تولید قطعات جانبی، بلاک های اختصاصی و عمومی، شلنگ و. . . می پردازند. Pump های متنوعی در بازار موجود هستند که برخی از آنها درون کیس و برخی دیگر نیز در خارج از کیس ها قابل نصب هستند. کیس های امروزه، دارای  جایگاه هایی به منظور نصب این محصولات هستند.

امیدواریم این مطلب شما را در امر شناخت هر چه بیشتر خنک کننده های مایع یاری کرده باشد.

از این پس در کانال تلگرام اورکلاکینگ هیروز شاهد مطالب و مباحث جذابی خواهید بود!

https://telegram.me/OCH_com