Kuidas toimub protsessori jahutamine?
Elektrivool toodab kuumust. See on kineetiline energia, nii et seda ei saa luua ega hävitada, küll aga mujale suunata või muundada. Protsessori jahutamine tähendab ülearuse energia liigutamist piisavalt kaugele, et see ei mõjuks kahjulikult.
Arvutid koosnevad väga keerukast tehnikast, aga seda kõike aitab käigus hoida lihtne ventilaatoriga radiaator, mis dikteerib töökiirust.
Lihtsaim jahutaja on kuumalaotur (heat spreader), mis kasutab passiivset jahutust, st ei tarbi energiat. See on protsessoriga kontaktis hea soojusjuhtivusega materjal, tavaliselt vask, mis juhib kuumuse palju suuremale pinnale, kust see lõpuks õhku tõuseb.
Järgmine samm on lisada laoturile õhuvoolu käigus hoidev ventilaator, sest õhk on vilets soojusjuht. Jahutusvõimet suurendab see, kui panna rohkem õhku üle suurema pinna liikuma, kuigi arvuti kast seab sellele mõistagi piirid.
Edasi saab kasutada senisest paremaid materjale. Süsiniku kasutamise idee pole enam uus, olgu siis süsinikkiust nanotorukeste (juhivad oma pikkuses soojust suurepäraselt), grafiidi või vahtsüsiniku kujul. Nende soojusjuhtivus võib ületada vase oma pooleteistkordselt või isegi enam. (Mis puudutab radiaatorite sisu, on vask siiski täitsa hea ja nanotorukestest palju odavam.)
Lihtne tõhus viis kuumust eemale viia on kasutada kuumatoru.
Kui materjali olek muutub gaasilisest vedelaks, vedelast tahkeks vms, eraldub või neeldub suur hulk kuumust. Näiteks, kui aurustuv keev vesi vajab grammi kohta 2260 džauli energiat. Vee temperatuuri tõstmine ühe Celsiuse kraadi võrra nõuab seevastu ainult 4,18 džauli. Faasivahetus ei muuda vett kuumemaks, aga neelab palju energiat.
Gaasilisest olekust tagasi vedelikuks muutumine nõuab sama palju energiat. Sellele põhimõttele toetuvad ka külmkapivalmistajad.
Kuumatorud arvutite jahutussüsteemides on suletud torud, kus on väike kogus vedelikku, tavaliselt vett, mis keemispunkti vähendamiseks madala surve all. Sisemust katab tahtkiht, traatsõel või paagutatud vask (varsti peaks kasutusele tulema vahtvask).
Kuumusallikas keedab vett, gaas hajub torukeste otstesse ja kondenseerub tahtkihile, kapillaarmõju toob selle kuumuskohani tagasi. Liigub ainult väike kogus vedelikku, aga seisundi vahetamiseks vajalik energia kulutab palju džaule. See kõik ei vaja hooldust ega energiat.
Aurukamber (vapour chamber) on kuumatoru vähemlevinud variant. Siin ei täida torukesed kuumalaoturit, vaid terve kuumatoru on lamedaks muudetud ja vormitud protsessorit katma, radiaator on aga selle kohal.
Vedelikjahutussüsteemid töötavad arvutis peaaegu nagu autoradiaatorid. Vesi ringleb läbi ploki protsessi kohal ja pumbatakse radiaatorisse, kust soojus liigub ribidesse ja sealt edasi õhku.
Vesijahutus on väga tõhus. Veel on vähemalt õhuga võrreldes mõistlik soojusjuhtivus, mis tähendab, et kuumus imetakse protsessorilt ruttu eemale. Vee tohutu soojusmahutavus ise muudab selle juba suurepäraseks radiaatoriks.
Viimane osa, radiaator, on endiselt üsna ebatõhus, aga vähemalt saab vajadusel kasutada mitme ventilaatoriga suurt radiaatorit ja paigutada selle piisavalt kaugele. Hea soojusjuhtivusega elavhõbe sobiks koguni etemini, aga see on mürgine ja toob terviseohte.
Uudsed termoelektrilised jahutajad juhivad kuumust Peltieri efektiga materjali ühelt küljelt teisele. See koosneb kahest eri pooljuhist, mille vahel liigub elektrivool. See põhjustab kuumuse kandumist ühelt poolelt teisele. Muutes voolu polaarsust, vahetub suund.
Tööpõhimõte sarnaneb kuumatoru omale, aga siin toimub see elektronide abil. See pole väga tõhus (50 protsenti vms), aga on tahke ega vaja hooldamist. Termoelektriline jahutus võib ümbritsevast temperatuurist madalamaid numbreid saavutada, mida radiaator ei võimalda, aga siin tuleb arvestada arvutile kahjuliku kondensatsiooniga.
Termoelektrilised jahutajad pole veel laialt levinud. Coolermasteri V10 võib nõuda kuni 70 W võimsust, mis seletab, miks. Teine probleem on, et need ei juhi kuumust väga kaugele, ainult üle pooljuhikihtide paksuse; edasi tuleb seda tavapärastel viisidel hajutada.
Need on seega kulukas nišikaup. Termoelektrilise ja vedelikjahutuse kombinatsioon võib siiski anda muljetavaldavaid tulemusi, kui rakendada termoelektrilist jahutust kiibile või radiaatorile (ohutum).
Mis veel? Leidub veel vähempraktilisi võimalusi, aga neist me ei hakka siin rääkima.
Protsessori jahutamine tundub lihtne töö ja võiks arvata, et kindlasti leidub sellele probleemile tänaseks kõrgtehnoloogilisi lahendusi - aga kahjuks pole see päris nii.
Nii piiratud ruumis kuumusest vabaneda on endiselt keerukas - see peab toiteallikast jooksma, ei tohi luua tugevaid magnetvälju ega raadiosagedusi, ega tohi arvuti tööd kuidagi segada. Karm värk.
