سیستم های خنک کننده مایع در کامپیوترها و ماینر ها چگونه کار می کند

در یک سیستم موثر، لوله ها مایع خنک کننده را منتقل می کنند

خنک کننده مایع در کامپیوترهای شخصی چگونه کار می کند

چه از کامپیوتر رومیزی و چه از لپ تاپ یا دستگاه ماینر و یا سرورهای قدرمند استفاده می کنید، اگر کار خود را متوقف کنید و با دقت گوش دهید، صدای جیغ مانند یک فن کوچک را می شنوید. اگر کامپیوتر شما دارای کارت ویدئوی سطح بالا و قدرت پردازش زیادی است، حتی ممکن است صدای بیش از یک فن را نیز بشنوید.

در بیشتر کامپیوترها و سرور ها، فن ها کار خود را درجهت خنک کردن قطعات الکترونیکی  به خوبی انجام می دهند.اما برای افرادی که می خواهند از سخت افزارهای دارای پردازش سطح بالا مثل دستگاه ماینر بیت کویین یا انواع سرور ها استفاده کنند یا با کامپیوترهای شخصی خود خیلی سریع تر پردازش کنند، ممکن است یک فن از قدرت کافی برای کار برخوردار نباشد. اگر کامپیوتر گرمای بیش از حد تولید کند، سیستم خنک کننده مایع یا سیستم Liquid cooling  که البته به عنوان خنک کننده آبی نیز شناخته می شود، می تواند راه حل بهتری باشد.به نظر می رسد قرار دادن مایعات در نزدیکی تجهیزات الکترونیکی حساس کمی غیر معمول است ، اما خنک شدن با آب بسیار کارآمدتر از خنک شدن با هوا است.

خنک کننده مایع در یک کیس شفاف


سیستم خنک کننده مایع برای ماینر یا کامپیوتر شخصی بسیار شبیه سیستم خنک کننده یک ماشین کار می کند. هر دو از یک اصل اساسی ترمودینامیک استفاده می کنند، این که گرما از اجسام گرمتر به سمت اجسام سردتر حرکت می کند.هرچه جسم سردتر گرمتر می شود ، جسم گرمتر سردتر می شود.با قرار دادن کف دست بر روی یک نقطه خنک روی میز خود برای چند ثانیه می توانید این اصل را خیلی راحت تجربه کنید.هنگامی که دست خود را بلند می کنیدکف دست شما کمی خنک تر و جایی که دست شما بود کمی گرمتر خواهد شد.

سیستم Liquid cooling  یک فرایند بسیار متداول است.سیستم خنک کننده خودرو آب را که معمولاً با ضد یخ مخلوط می شود در موتور به جریان می اندازد.سطوح گرم در موتور، آب را گرم می کنند و در این فرایند خنک می شوند.

آب از موتور به رادیاتور به جریان میافتد، رادیاتور سیستمی از پره ها و لوله ها با سطوح خارجی زیادی است. گرما از آب گرم به رادیاتور منتقل می شود و باعث خنک شدن آب می شود.سپس آب خنک به موتور باز می گردد.در همین زمان ، یک فن هوای خارج از رادیاتور را حرکت می دهد.رادیاتور هوا را گرم می کند ، در همان زمان خود را خنک می کند. به این ترتیب، گرمای موتور از سیستم خنک کننده خارج و به هوای اطراف منتقل می شود.بدون اینکه سطح رادیاتور با هوا تماس برقرار کند و گرما را برطرف کند ، سیستم به جای خلاص شدن از شر گرما، فقط گرما را به دور خود می چرخاند.

موتور خودرو گرما را به عنوان محصول جانبی سوخت در حال سوختن تولید می کند.از طرف دیگر اجزای کامپیوتر گرما را به عنوان محصول جانبی حرکت الکترون های متحرک به اطراف تولید می کنند.میکروچیپ های کامپیوتری پر از ترانزیستورهای الکتریکی هستند که در اصل سوئیچ های برقی هستند که یا خاموش هستندیا روشن. هنگامی که ترانزیستورها حالت های خود را بین روشن و خاموش تغییر می دهند ، برق در میکروچیپ به گردش در می آید.هرچه میکروچیپ ترانزیستور بیشتری داشته باشد و سریعتر موقعیت را تغییر دهند، میکروچیپ داغ تر می شود.مانند موتور اتومبیل، اگر میکروچیپ خیلی گرم شود، از بین می رود.

سینک های حرارتی در مقابل خنک کننده مایع

بیشتر کامپیوترها گرما را با سینک های حرارتی  و فن ها از بین می برند.سینک های حرارتی در واقع قطعاتی از فلز هستند که مساحت زیادی را برای تماس با  هوا فراهم می کنند.میکروچیپ سینک حرارتی را گرم می کند ، سینک حرارتیهوا را گرم می کند و فن هوای گرم را از داخل کامپیوترخارج می کند.

این سیستم بیشتر اوقات کار می کند، اما گاهی اوقات قطعات الکترونیکی، بیشتر از گرمایی که سیستم های خنک کننده ساده می توانند از بین ببرند، گرما تولید میکنند.میکروچیپ های سطح بالا با تعداد زیادی ترانزیستور می توانند بر سیستم خنک کننده هوا غلبه کنند. بنابراین میکروچیپ هایی که اورکلاک شده اند یا به صورت دستی تنظیم شده اند با سرعت بیشتری نسبت به سرعت پیش فرض خود کار می کنند.

سینک حرارتی (به رنگ طلایی)
سینک حرارتی (به رنگ طلایی)


در اینجاست که خنک کننده آبی وارد می شود.آب از ظرفیت حرارتی اختصاصی بالاتری برخوردار است.آب می تواند گرمای بیشتری را قبل از ااینکه قطعات احساس داغی کنند، جذب کند.

به دو دلیل ممکن است که یک کامپیوتر به افزایش هدایت حرارتی و ظرفیت گرمای آب نیاز داشته باشد:

  • اجزای الکترونیکی آن گرمای بیشتری نسبت به میزان گرمایی که هوای اطراف آنها جذب می کند، تولید میکنند.
  • فن ها برای خنک کردن تمام اجزای داخلی لازم است حجم هوای زیادی را جا به جا کنند. این کار صدای زیادی تولید می کند یا اینکهباعث بالا رفتن مصرف برق می شود.

به عبارت دیگر ، دو دلیل وجود دارد که شاید نیاز داشته باشید کامپیوتر را توسط یک سیستم Liquid cooling ، به جای هوا با مایعات خنک کنید:

  • اجزای داخلی کامپیوترتان بیش از آنچه هوای اطراف به تنهایی می تواند تامین کند،  به خنکی نیاز دارند.
  • می خواهید سیستم شما ساکت تر باشد.

در مرحله بعد اجزای یک سیستم خنک کننده مایع و نحوه کار آنها با هم بررسی میشود.

خنک کننده مایع: اجزای سیستم

سیستم خنک کننده آبی برای کامپیوتر شخصی تقریباً مانند سیستم خنک کننده برای خودرو است. مایع خنک کننده از طریق کانال ها در بلوک موتور خودرو جریان می یابد و مابقی سیستم Liquid cooling شامل موارد زیر است:

  • پمپ ای که مایع خنک کننده را در سیستم حرکت می دهد
  • رادیاتور که گرما را از طریق هوا دفع می کند
  • فن که هوا را بر روی رادیاتور حرکت می کند
  • یک مخزن خنک کننده که مایع اضافی را در خود جای داده و امکان اضافه شدن آن به مایع خنک کننده را فراهم می کند
  • شیلنگ هایی که قسمت های مختلف سیستم را به یکدیگر وصل می کنند
انواع خنک کننده مایع جهت نصب بر روی CPU ، GPU، Northbridge
انواع خنک کننده مایع جهت نصب بر روی CPU ، GPU، Northbridge


بسیاری از اجزای الکترونیکی تماس مستقیم با مایع را تحمل نمی کنند. بنابراین به جای استفاده از کانال ها برای پمپ کردن مستقیم مایعات به سمت میکروچیپ ها (همانند موتور خودرو)، یک خنک کننده مایعکامپیوتر از بلوک های آب استفاده می کند. بلوک آب قطعه ای از فلز رسانای گرما، مانند مس یا آلومینیوم است که با لوله‌ها و کانالهای توخالی پر شده است. قسمت زیرین بلوک آب یک تکه فلز مسطح است که به طور مستقیم در بالای میکروچیپ قرار می گیرد.خمیر حرارتی بین میکروچیپ و بلوک، انتقال حرارت بین دو سطح را راحت تر  می کند. میکروچیپ بلوک را گرم می کند و آب از طریق همه کانال ها گرما را جذب می کند.

بسیاری از انواع خنک کننده مایع واحد پردازش مرکزی (CPU) جهانی هستند، اما برخی ازانواع خنک کننده مایع واحد پردازش گرافیکی (GPU) فقط با میکروچیپ های خاصی کار می کنند. همچنین می توانید خنگ کننده هایمایعی را که برای خنک کردن سایر چیپست های درجه حرارت بالا مانند Northbridge طراحی شده است، که CPU شما را به حافظه شما متصل می کند، پیدا کنید. معمولاً پیچ و مهره های کوچک، خنک کننده آبی را به برد (PCB)وصل می کنند، مانند مادربرد یا کارت ویدیو.بقیه اجزای سیستم Liquid cooling شبیه به مواردی است که در سیستم خنک کننده خودرو وجود دارد.

پمپ و رادیاتور خنک کننده مایع

پمپ معمولاً پمپ گریز از مرکز است، دقیقاً مانند سیستم خنک کننده خودرو.برخی از پمپ های خنک کننده آبی قابلیت فرو رفتن در آب را دارند  و می توانید آنها را مستقیماً درون مخزن خنک کننده قرار دهید. انواع دیگر اما باید خشک نگه داشته شوند.اگر به فکر استفاده از پمپ با قابلیت فرو رفتن در آب هستید ، مطمئن شوید که قسمت بیرونی آن به اندازه کافی گرم نشده باشد تا تمام مایع موجود در مخزن را گرم کند.

پمپ یکی از مهمترین قسمت های سیستمخنک کننده مایع است. سرعت جریان مایع آن تعیین می کند که خنک کننده چقدر سریع از طریق لوله‌ها و بلوک ها حرکت کند. اگر آب خیلی سریع حرکت کند، دیگر وقت لازم برای جذب گرما ندارد. اگر خیلی آهسته حرکت کند، گرمای بیش از حد می تواند در اطراف اجزای حساس ایجاد شود. پیچیدگی سیستم بر سرعت جریان کلی تأثیر می گذارد، هرچه سیال با مقاومت بیشتری در بلوکها و رادیاتور برخورد کند، سرعت جریان کلی کندتر می شود.

پمپ خنک کننده مایع
پمپ خنک کننده مایع سیستم خنک کننده آبی کامپیوتر


پمپ همچنین باید به اندازه کافی قوی باشد تا مایع را از پایین ترین نقطه سیستم به بالاترین مکان منتقل کند.این امر به عنوان فشار سر یا فشار عمودی شناخته می شود و به ویژه هنگامی که برج های بلند سرور توسط خنک کننده مایعسرد می شوند، از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

رادیاتور سیستم به طور خاص برای سیستمهای خنک کننده آبی طراحی شده است یا می تواند هسته بخاری حاصل از یک ماشین باشد.هسته های بخاری گرمای  زیادی از بین می برد. آنها هوای گرم سیستم گرمایش خودرو را در زمستان تأمین می کنند.با این حال ، آنها معمولاً به اندازه رادیاتورهایی که برای استفاده با سیستم خنک کننده مایع طراحی شده اند جذاب نیستند.

مخازن و لوله گذاری سیستم خنک کننده مایع

هر سیستم Liquid cooling دارای فن نیست، اما بیشتر آنها از یکی استفاده می کنند تا رادیاتور سریعتر گرما را از بین ببرد.به همین ترتیب ، هر سیستم مخزن جداگانه ای ندارد. مواردی که عموماً خط قرمزی برای اضافه کردن مایع خنک کننده و از بین بردن هوای اضافی از سیستم ندارند.معمولاً خط قرمز به پورت پر شدن در قسمت بالای کامپیوتر، هدایت می شود.

در یک کامپیوتر با خنک کننده مایع، لوله یک چالش ویژه است.باید به اندازه کافی انعطاف پذیر باشد تا بتواند اجزایی که در زاویه های عجیب و غریب نسبت به هم هستند را به یکدیگر متصل کند. اما نباید پیچیده شود، شلنگ پیچیده شده می تواند جاری شدن سیال را از طریق سیستم به شدت محدود کند.

مخزن بسیاری از خنک کننده های مایع در محل CD-ROM قرار می گیرد
مخزن بسیاری از خنک کننده های مایع در محل CD-ROM قرار می گیرد


در یک سیستم ساده، یک لوله پمپ را به ورودی یک بلوک آب وصل می کند. لوله های جداگانه ای از خروجی بلوک آب به رادیاتور و مخزن ، که اغلب در یکی از محل های CD-ROM کامپیوتر قرار دارد، هدایت  می شوند. لوله نهایی، مخزن را به پمپ وصل می کند.برای سیستم هایی که دارای چندین بلوک آب هستند، لوله ها خروجی یک بلوک را به ورودی بلوک بعدی وصل می کنند و بلوک های موجود را به صورت سری مانند زنجیره متصل می کنند.

مایع خنک کننده مایع کامپیوتر

آخرین قسمت سیستم خنک کننده مایع، خود مایع است. بسیاری از افراد از آب مقطر استفاده می کنند، زیرا آب شیر دارای آلودگی هایی است که می توانند سیستم را کدر کرده و یا کانال ها را در بلوک های آب و رادیاتور مسدود کنند.افزودنی های تخصصی می توانند رنگ را به مایعات اضافه کنند و در صورت استفاده از یک کیسشفاف، خیلی زیباتر خواهند شد. همچنینآنها می توانند نقطه انجماد یا تنش سطحی آب را پایین بیاورند و آن را به یک خنک کننده مایعمؤثر تبدیل کنند. در نهایت، برخی از افزودنی ها دارای ترکیبات ضد میکروبی یا ضد خوردگی هستند که می تواند باعث افزایش عمر سیستم شود.

اگر تصمیم دارید سیستم خنک کننده آبی را در کامپیوتر یا دستگاه ماینر بیت کویین خود نصب کنید، فکر خوبی است که اجازه دهید پمپ برای مدتی مایعات را به گردش درآورد تا بتوانید نشتی را بررسی کنید.کامپیوتر خود را در این دوره آزمایش خاموش نگه دارید تا در صورت بروز نشتی به سخت افزار خود آسیب کمتری وارد کنید.

هنگامی که مطمئن شدید همه چیز ضد آب است، کامپیوتر را راه اندازی کنید.می توانید در منوی BIOS رایانه خود یا با استفاده از یک برنامه شخص ثالث که نظارت بر دما را کنترل می کند، دمای اجزای خود را بررسی کنید. در صورت لزوم، می توانید سینک های حرارتی کوچکتر را رویRAM  و سایر اجزای با دمای بالا نیز در سیستم خود اعمال کنید.

در یک سیستم موثر،  لوله ها مایع خنک کننده را منتقل می کنند
در یک سیستم موثر، لوله ها مایع خنک کننده را منتقل می کنند


اگر ایده سیستم Liquid cooling را دوست دارید اما نمی خواهید در مورد تک به تک اجزا تحقیق کنید، می توانید یک واحد یا کیت آماده استفاده را خریداری کنید. این کیت ها  می توانند به شکافهای توسعه یافته (expansion slots) یا منبع تغذیه کامپیوتر وصل شوند و سرمایش مایعات را به یک میکروچیپ خاص
ارائه دهند. کیت ها شامل تمام قسمت های مورد نیاز و دستورالعمل برای مونتاژ آنها هستند. فقط اطمینان حاصل کنید که قطعات موجود با سخت افزار کامپیوتر شما سازگار است
. همچنین برخی از شرکت ها،کامپیوتر های شخصی سطح بالایی را با نصب سیستم Liquid cooling بصورت کاملا آماده به فروش می رسانند .