آشنايي با انواع خنك كننده هاي پردازنده و مقايسه‌ي كارايي سيستم هاي هوايي و آبي
اشكال بزرگ جديد شدن تراشه است
اشكال بزرگ خنك‌كاري تراشه‌هاي كوچك و در عين حال قدرتمند است. اين اشكال در مورد تراشه‌هاي وسايل همراه چندان با اهميت نيست چرا كه انرژي كمتري مصرف كرده و گرماي كمتري هم توليد مي‌كنند. البته قدرت پردازشي چنين تراشه‌هايي در مقايسه با تراشه‌هاي قدرتمند PC كمتر است.
اما در مورد پردازنده‌هاي رده اول با تراشه‌ي كوچك روبرو هستيم كه تراكم ترانزيستورها روي آن بسيار بالاست. فركانس كاري و بالطبع ولتاژ كاري بالا منجر به توليد گرماي زيادي مي‌شود. در اين حالت براي انتقال حرارت و يا به عبارتي گرماي توليد شده توسط تراشه، سطح كوچكي در اختيار داريم كه بازدهي سيستم خنك‌كاري را تحت‌الشعاع قرار مي‌دهد. لذا سازندگان مختلف سعي در معرفي كردن سيستم‌هاي خنك‌كاري بهينهتر و كاراتر دارند.
خنك‌كننده‌ها در حالت كلي به دو دسته تقسيم مي‌شوند. سيستم‌هاي خنك‌كاري هوايي يا Air Cooling و سيستم‌هاي خنك‌كاري آبي يا Water Cooling. البته افراد حرفه‌اي در مسابقات اوركلاك پردازنده از نيتروژن مايع و موادي مشابه آن استفاده مي‌كنند تا تراشه را به شدت خنك كرده و ركوردشكني كنند. اما مباحثه ما در اين مقاله به خنك‌كننده‌هاي دائمي و نسبتاً ارزان بازار معطوف مي‌شود و به مسابقات كاري نداريم.
سيستم خنك‌كاري هوايي
روش كار به اين صورت است كه يك هيت‌سينك كه ظاهري شبيه رادياتور شوفاژ دارد روي تراشه قرار مي‌گيرد. هيت‌سينك به معني چاه حرارتي مسئوليت انتقال گرماي توليد شده توسط تراشه را بر عهده دارد، اما بدون جريان هوا، بازدهي آن پايين است. بنابراين به طور معمول 1 يا 2 فن روي آن تعبيه مي‌شود و هواي جديد را به اطراف و در حالت بهينهتر به سمت خارج كيس هدايت مي‌كند.
منظور از حالت معمولي و غير بهينه اين است كه مثل تصوير فوق جريان هواي جديد به سمت قطعات روي مادربورد و رم است و موجب جديدي اين قطعات مي‌شود.
فن و هيت‌سينك اصلي و غير اصلي
اينتل و AMD به عنوان دو سازنده‌ي بزرگ پردازنده‌ي اصلي، فن و هيت‌سينك ساده‌اي براي تراشه‌هاي خود طراحي و عرضه مي‌كنند كه اصطلاحاً فن و هيت‌سينك Stock نام دارد. هيت‌سينك استاك كوچك و ساده است و در هر كيسي جا مي‌شود. فن مستقيماً روي آن نشسته و هواي گرم را به اطراف پردازنده هدايت مي‌كند و همان‌طور كه گفته شد، موجب جديد شدن رم‌ها، رگولاتورها و ساير مدارات مادربورد مي‌شود.
در كنار اينتل و اي‌ام‌دي سازندگان ديگري قرار مي‌گيرند كه همواره به فكر معرفي سيستم‌هاي خنك‌كاري حرفه‌اي‌تر و كاراتر هستند. اين سازندگان يك هيت‌سينك عظيم‌الجثه طراحي مي‌كنند كه بخش كوچكي از آن با تراشه در تماس است و لوله‌هاي آلومينيومي يا مسي و گاهاً آلياژهاي خوب ديگر مسئوليت انتقال گرما به بخش پره‌پره مانند را عهده‌دار مي‌شوند. به اين لوله‌ها اصطلاحاً Heat Pipe يا لوله‌ي حرارتي گفته مي‌شود كه بعداً در مورد آن بيشتر مباحثه مي‌كنيم.
انواع اصلي سيستم خنك‌كاري هوايي
در حالت كلي دو دسته هيت‌سينك غيراصلي توسط سازندگان توليد مي‌شود. دسته‌اي از هيت‌سينك‌ها در حالت ايستاده قرار دارند و هواي جديد را مستقيماً به خارج از كيس هدايت مي‌كنند. به ابعاد بزرگ اين نوع هيست‌سينك‌ها در تصوير زير توجه كنيد:
براي پردازنده‌هاي ديگري كه كمتر گرما توليد مي‌كنند هم دسته‌ي دوم عرضه شده كه نسبت به فن و هيت‌سينك استاك يا اصلي، كمي بهينهتر است. ابعاد اين دسته كوچك‌تر و ارزششان پايين‌تر است.
هيت پايت يك لوله‌ي ساده‌ي توپر نيست، مطالعه انواع هيت پايپ
هيت پايپ‌هاي براي افزايش نرخ انتقال حرارت به كار مي‌روند و در عين حال وزن كمي دارند. اگر اشكال وزن مطرح نبود شايد سازندگان به جاي استفاده از لوله‌هاي حرارتي از قطعات توپري از جنس مس و مانند آن استفاده مي‌كردند گرچه هزينه‌ي استفاده از اين فلزات هم پايين نيست. اما لوله‌هاي حرارتي هم چندان ساده و معمولي نيستند. برخي گرد و برخي تخت هستند كه متخصصد متفاوت دارند.
در لوله‌هاي حرارتي از دو روش براي انتقال گرما استفاده مي‌شود. روش اول هدايت است و روش ديگر تغيير فاز ماده.
معمولاً درون لوله‌ي حرارتي يك مايع فرار قرار دارد كه به راحتي گرما را جذب كرده و تبخير مي‌شود. بخار سريعاً به سمت بخش فين‌ها كه به شكل پره طراحي شده است، حركت مي‌كند و در آن بخش كه خنك‌تر است دوباره به مايع تبديل مي‌شود. همين عمل ساده، ضريب انتقال حرارت موثر را به شدت افزايش مي‌دهد. توجه كنيد كه منظور از فين، بخش‌هاي پره‌اي يا سوزني‌شكلي است كه براي خنك‌كاري بهتر و جريان هواي بيشتر روي هيت‌سينك تعبيه مي‌شود.
گونه‌اي كه مقطع دايره شكل دارد، از انديشه متخصصين نسبت مقدار مواد مصرفي به حجم داخل بهينهتر است و متخصصد بيشتري دارد. اما در مواردي كه فضا محدود باشد، ناچاراً از مقطع غير دايروي استفاده مي‌شود. به عنوان مثال در لپ‌تاپ‌ها از هيت پايپ‌هاي بيضي‌شكل استفاده مي‌شود.
گونه‌ي ديگر لوله‌هاي حرارتي محفظه‌ي بخار يا لوله‌ي حرارتي تخت نام دارد. در اين نوع از لوله‌هاي حرارتي مسطح، يك سطح با تراشه در تماس است و مايع با برخورد به آن سريعاً تبخير مي‌شود.
سطح ديگر نيز گرماي بخار را گرفته و آن را مجدداً به مايع تبديل مي‌كند. اين روش هم بازده بسيار بالايي دارد و معمولاً در كارت گرافيك‌هاي پرمصرف و قدرتمند، از آن استفاده مي‌شود.
به عنوان مثال GTX 580 يك تراشه‌ي پرمصرف و قدرتمند است كه انويديا از اين روش براي خنك‌كاري آن بهره گرفت.
لپ‌تاپ‌ها با شيب كم خنك‌تر كار مي‌كنند
شايد اين مورد را عملاً آزمايش كرده باشيد و تفاوت چند درجه‌اي دماي كاركرد برايتان كاملاً آشنا باشد. با توجه به روش كار هيت‌پايپ منطقي است كه شيب ملايم لپ‌تاپ به حركت بهتر بخار كمك كند. بخار چگالي كمتري دارد و درست مثل هواي گرم، به سمت بالا حركت مي‌كند. لذا در مورد اكثر لپ‌تاپ‌ها بهتر است آن را در حالت كمي شيب‌دار قرار دهيم تا حركت بخار راحت‌تر باشد و پردازنده و كارت گرافيك و احتمالاً ساير قطعات بهتر خنك شوند.
توجه كنيد شيب برعكس يعني حالتي كه صفحه نمايش لپ‌تاپ پايين‌تر قرار داشته باشد، مطلوب نيست و بازدهي سيستم خنك‌كاري آن را كمتر مي‌كند.
سيستم خنك‌كاري آبي
در سيستم خنك‌كاري آبي يا جذب‌كننده‌ي حرارت روي تراشه قرار مي‌گيرد و توسط لوله‌هايي به يك رادياتور متصل مي‌شود. روش كار مشابه هيت پايپ است بدين صورت كه آب يا مايع درون لوله، روي تراشه جديد مي‌شود و در رادياتور خنك مي‌گردد.
سخت‌افزار و نرم‌افزار انتخابي براي مقايسه‌ي سيستم خنك‌كاري هوايي و آبي
براي مقايسه‌ي دو سيستم خنك‌كاري كه در مورد آن مباحثه شد، يك پردازنده‌ي پرمصرف انتخاب مي‌شود. معمولاً وب‌سايت‌هاي تخصصي مطالعه سخت‌افزار دماي محيط، دماي پردازنده در طول تست، مقدار صدا در فواصل مشخص بر حسب دسي‌بل و برخي پارامترهاي ديگر را مورد مطالعه قرار مي‌دهند و نتايج را به صورت بنچ‌مارك سيستم‌هاي خنك‌كاري منتشر مي‌كنند.
براي مقايسه‌ي اجمالي دو سيستم خنك‌كاري، يك پردازنده‌ي 6 هسته‌اي سري اكستريم اينتل انتخاب مي‌شود كه مدل دقيق آن Core i7-4960X است. بنچ‌مارك Prime95 هم روي سيستم اجرا شده و تمام 6 هسته را به طور كامل مورد استفاده قرار مي‌دهد. اين پردازنده در حالت 3.3 گيگاهرتزي به صورت عادي آزموده مي‌شود و در مرحله‌ي بعد، تا 4.3 گيگاهرتز اوركلاك مي‌گردد تا به شدت جديد شود و كارايي نهايي سيستم خنك‌كاري را نمايان كند.
نرم‌افزار Everest Ultimate Edition مسئوليت قرائت دماي پردازنده را بر عهده مي‌گيرد. مادربورد و باقي قطعات سخت‌افزار يكسان هستند و البته در تمام آزمون‌ها مادربورد در حالت بهينه قرار دارد. منظور از حالت بهينه اين است كه در مورد هيت‌سينك‌هاي داراي هيت‌پايپ، جهت مادربورد به گونه‌اي است كه هيت‌پايپ در حالت عمودي قرار بگيرد. طبيعي است كه در اين حالت جريان بخار درون لوله‌هاي حرارتي بهتر از حالت ايستاده است.
به طور خلاصه سخت‌افزار و سيستم عامل زير براي آزمون انتخاب شده است:
- Cooler Master HAF XB
- Intel Core i7-4960X (3.6GHz)
- Asrock X79 Extreme11
- 16GB DDR3 RAM
- GeForce GTX 780 Ti
- Samsung SSD 840 Pro 512GB
- OCZ Mk III Silencer 750w
- Windows 8.1 64-bit
در نهايت قابل ذكر است كه قابليت‌هاي بهينه‌سازي مصرف انرژي و ساير مواردي كه ممكن است روي نتايج اثر بگذارند، نافعال شده‌اند. از جمله موارد ياد شده مي‌توان به حالات تواني C3 و C6، توقف بهينه شده‌ي پردازنده يا C1E، نظارت دمايي پردازنده، توربو بوست و EIST اشاره كرد.
سيستم‌هاي خنك‌كاري انتخاب شده براي مطالعه
اولين مورد سيستم خنك‌كاري آبي Tundra TD02 all-in-one Liquid cooler نام دارد كه محصول Silverstone است. طول اين كولر 278 ميلي‌متر است و دو فن دارد. ضخامت آن نيز 70 ميلي‌متر است كه 25 ميلي‌متر آن به دو فن بزرگ اختصاص دارد. شايد اين ابعاد بزرگ در بستن سيستم خنك‌كاري اشكال ايجاد كند، بنابراين هنگام خريد اين كولينگ حرفه‌اي و همچنين هر كولينگ ديگري، به فضاي كيس خود توجه كنيد.
اين كولر هم مثل بسياري از كولينگ‌هاي خوب بازار، روي مادربوردها و پردازنده‌هاي مختلف اينتل قابل استفاده است. ارزش اين كولينگ 120 دلار است كه نسبت به رقبا بسيار گران به انديشه متخصصين مي‌رسد.
دومين سيستم خنك‌كاري آبي Hydro H75 Liquid CPU Cooler محصولي از Corsair است. كُورسير با عرضه‌ي كولينگ‌هاي حرفه‌اي بين متخصصين و علاقه‌مندان سخت‌افزار، طرفداران زيادي دارد. Hydro 75 هم يكي ديگر از كولينگ‌هاي آبي اين كمپاني است كه نسبتاً كوچك طراحي شده و ارزش مناسبي دارد. در حقيقت با پرداخت 85 دلار مي‌توان يك سيستم خنك‌كاري آبي براي كيس‌هاي كوچك و فضاهاي كم تهيه كرد كه بازدهي نسبتاً بالايي دارد و كم سروصداست.
در اين مدل هم مثل بسياري مدل‌هاي ديگر از مس در ساخت بخش روي تراشه استفاده شده تا گرما به شكل بهتري منتقل شود. معمولاً ساير بخش‌ها از آلومينيوم كه يك هادي خوب و سبك است، ساخته مي‌شود. حجم هوادهي دو فن 120 ميلي‌متري رادياتور، در حالتي كه با سرعت 2000 دور بر دقيقه دوران مي‌كنند، 54 فوت مكعب بر دقيقه است.
خنك‌كننده‌ي هوايي NH-U14S كه جانشين مدل NH-D14 شده، يكي از بهترين سيستم‌هاي خنك‌كاري هوايي است كه توسط Nocuta ساخته شده است. اين كولينگ حرفه‌اي از انديشه متخصصين صدا هم بسيار عالي است و تنها 44 دسي‌بل صدا توليد مي‌كند. ارزش آن نيز نسبت به رقباي آبي خود كمتر است و تنها 75 دلار هزينه دارد.
نتايج آزمون
تصوير زير دماي كاري پردازنده در حالت بي‌كار و در حالت بار پردازشي سنگين را نمايش مي‌دهد:
عملكرد كولينگ هوايي NH-U14S مثل هميشه بسيار عالي است و پردازنده‌ي قدرتمند و پرمصرف اينتل را در دمايي زير 46 درجه سانتيگراد نگه مي‌دارد. البته توجه كنيد كه دماي محيط در تمام تست‌ها 21 درجه سانتيگراد است.
صداي توليد شده هم نشان از برتري كولينگ‌هاي آبي دارد:
اما به هر حال دو سيستم كولينگ آبي ركورد كولينگ هوايي را شكسته‌اند. بنابراين پردازنده را اوركلاك مي‌كنيم كه توان خنك‌كاري اين سه كولر به شكل بهتري مشخص شود:
جالب است كه با اوركلاك پردازنده 6 هسته‌اي تا 4.3 گيگاهرتز، باز هم دما زير 53 درجه‌ي سانتيگراد باقي مي‌ماند. در اين آزمون كولينگ 120 دلاري، با برخورداري از رادياتور بزرگ خود، بهترين ركورد را ثبت كرده است.
نتيجه‌ي مقايسه و نكاتي پيرامون انتخاب كولينگ مناسب
در تست‌هاي انجام شده توسط وب‌سايت‌هاي مختلف، برتري سيستم‌هاي خنك‌كاري آبي اثبات شده است وليكن بسته به بودجه و پردازنده‌اي كه انتخاب مي‌كنيم، بايد مدلي كه مناسب كار ما باشد را انتخاب كنيم.
براي يك پردازنده‌ي 2 هسته‌اي اينتل، استفاده از فن اصلي كافي است. براي يك پردازنده‌ي 4 هسته‌اي كه اوركلاك نشده و سرعت كلاك نسبتاً بالايي دارد، نهايتاً يك فن و هيت‌سينك 60 هزار توماني مناسب‌تر است و براي يك پردازنده‌ي 4 يا 6 هسته‌اي اينتل كه اوركلاك شده و سرعت بالايي دارد، استفاده از كولينگ هوايي توصيه مي‌شود. در نهايت اگر به فكر اوركلاك كردن شديد پردازنده هستيد، يك كولينگ آبي مناسب‌ترين گزينه است.
توجه كنيد كه پردازنده‌هاي AMD، سرعت كلاك بالاتري دارند و به دلايل مختلف بيشتر اوركلاك مي‌شوند. در مورد اين تراشه‌ها، سطح خنك‌كاري بيشتر است و علي‌رغم مصرف بالاتر و توليد گرماي بيشتر، خنك‌كاري آن ساده‌تر است. به عنوان مثال براي اوركلاك كردن يك پردازنده‌ي 8 هسته‌اي تا 5 گيگاهرتز، استفاده از خنك‌كاري هوايي هم جوابگوي نياز سخت‌افزار است. در حالي كه اگر بخواهيم Core i7 4770K را تا 4.8 گيگاهرتز اوركلاك كنيم، دماي تراشه به شدت بالا مي‌رود و ناپايداري قابل توجهي رخ مي‌دهد. در اين حالت يك سيستم خنك‌كاري عالي نياز است.
در انتخاب كولينگ به موارد زير توجه كنيد
وزن: وزن بيشتر نشان از طراحي هيت‌سينك بزرگ‌تر دارد كه معمولاً به معناي خنك‌كاري بهتر است. كولينگ‌هاي هوايي معمولاً وزني بين 500 تا 1000 گرم دارند.
حجم هوادهي: حجم هوادهي را بر حسب فوت مكعب بر دقيقه يا CFM بيان مي‌كنند. كولينگ‌هاي خوب حجم هوادهي بين 50 تا 100 فوت مكعب بر دقيقه دارند. برخي مدل‌ها را مي‌توان به 2 يا 3 فن تجهيز كرد كه بازدهي به سادگي افزايش مي‌يابد.
شكل پره‌ها، تعداد هيت‌پايپ‌ها: شكل پره‌ها هم در جريان بهتر هوا موثر است. هر چه تعداد هيت‌پايپ‌ها بيشتر باشد هم خنك‌كاري بهتر و بهينهتر صورت مي‌گيرد.
ابعاد را چك كنيد: برخي از كولينگ‌هاي رده اول بسيار بزرگ هستند به طوري كه در تمام كيس‌ها جا نمي‌شوند. معمولاً روي بسته‌بندي كولينگ‌ها، ابعاد مونتاژي به تصوير كشيده مي‌شود. بنابراين به بسته‌بندي توجه كنيد و آن را با فضاي روي مادربورد تا ديواره‌ي كيس، مقايسه نمائيد. ارتفاع بيش از 15 سانتي‌متر در بستن كولينگ اشكال‌ساز است، لذا در خريد كولينگ‌هايي با ارتفاع بيش از 15 سانتي‌متر بيشتر دقت كنيد.
كولينگ و سوكت مادربورد: هر كولينگ به همراهي تعداد بست و پيچ اضافي براي اتصال روي مادربوردهايي با سوكت‌هاي مختلف، عرضه مي‌شود. به بسته‌بندي كولينگ توجه كنيد كه با مادربورد و پردازنده‌ي روي آن هماهنگ باشد.
اتصالات محكم: وزن بالاي كولينگ توسط مادربورد تحمل مي‌شود. بنابراين اتصالات را به خوبي محكم كنيد و حتي در صورت نياز، هيت‌سينك را به گونه‌اي به كيس متصل كنيد كه تمام وزن آن توسط مادربورد تحمل نشود.
هم انديشي ها