نظام تبريد المعالج

[SIZE=“5”][COLOR=“Black”]نظام تبريد المعالج

موضوع المشتتات الحرارية هي من المواضيع التي يهملها الغالب الأعم من المستخدمين ، على الرغم من أهميتها ، والطامة الأكبر أن البائعين من أصحاب المحلات لا يكترثون كثيرا لدرجة حرارة المعالج ، وبشكل عام فإن ارتفاع درجة حرارة المعالج بشكل كبير ستسبب قصرا في عمر المعالج وبطئا في أداءه أو تعليقا مستمرا ، وليست المشكلة مرتبطة فقط بالمشتت الحراري ، فقد يزيد الطين بلة سوء التهوية داخل هيكل الكمبيوتر ، فتجتمع حرارة المعالج مع حرارة الذاكرة والقرص الصلب وطقم الرقاقات والبطاقة الرسومية فيؤدي ذلك إلى تفاقم المشكلات.

في موضوعنا هذا سنتطرق إلى قضايا كثيرة ، المشتت الحراري حجمه ومعدنه وكفائته ، المروحة التي توضع فوق المشتت من حيث سرعة دورانها وكمية الهواء التي تضخها والضوضاء ، خامات توصيل الحرارة بكفائة عاليه ، وكل نقطة من هذه النقاط سنفصل فيها تفصيلا متميزا إرضاء لعقليات الأخوة الزوار.

تنبعث الحرارة من أي قطعة إلكترونية ، وكلما زادت مقاومة الأسلاك المستخدمة للكهرباء زادت الحرارة المنبعثة ، ولذلك أصبح النحاس المادة المستخدمة في الموصلات الكهربائية لأنها موصلة بكفائة عالية وبمقاومة أقل ، وكذلك معالجات الكمبيوتر في وقتنا هذا أصبحت موصلاتها تصنع من النحاس ، وتنبعث من المعالجات الحديثة كمية كبيرة من الحرارة نتيجة لسرعة التردد التي وصلت لها المعالجات ، كمعالج بنتيوم 4 الذي وصل عند كتابة هذا المقال إلى 2533 ميجاهيرتز ، وأدناه ندرج بعض البيانات التفصيلية لأهم المعالجات المتوافرة في السوق حاليا.

المعالج والتردد
فرق الجهد
الإمبير
الانبعاث الحراري
أقصى الانبعاث
الحرارة الأقصى
قمت بتحويل أجزاء من الجدول السابق إلى رسم بياني
لنتبين بشكل أكبر قدرة معالجات Athlon على تحمل حرارة أكبر من نظيراتها في معالجات Pentium4 ، وافترضت (نظريا وليس عمليا) بعملية فيها شيء من النسبة والتناسب أن المشتت الحراري المستخدم على معالجات Petnium4 بتردد 2.0 جيجاهيرتز من نوع Northwood جعل درجة حرارة المعالج تصل إلى 40 مؤية في حد الطاقة العادي وليس الأقصى ، فكم ستكون في باقي المعالجات وكم ستكون في الآثلون؟ وكم ستكون في نفس الوقت النسبة المئوية لاقتراب المعالج من حاجز الخطر؟ واترك لك أخي الضيف الحكم على أي المعالجين أقرب للخطر.

وفق الانبعاث الحراري الصادر من كل معالج ، والمحسوب بالواط ، افترضت استخدام مشتت حراري للمعالج Pentium4 بتردد 2 جيجاهيرتز وأن حرارة المعالج ثبتت عند 40 درجة سيليزية ، وبحساب النسبة والتناسب وذلك وفق المعادلة التالية:

حرارة المعالج =
الانبعاث الحراري للمعالج
40 ×

الانبعاث الحراري للمعالج 2 GH

المعادلة السابقة من الناحية النظرية دقيقة 100% إلا أنه من الناحية العملية ستظهر فروقات ولكنها هامشية ليس لها ذلك الاعتبار ، والحرارة التي وصل إليها معالج آثلون بتردد 1733 في حد ذاتها يتعايش معها المعالج بدون أي مشاكل ، والأهم من هذا كله ، وردا على الكتابات السطحية التي اعتبرت معالجات آثلون في خطر بحكم ما يتعرض له من ارتفاع في درجة الحرارة ، نرفق هذا الرسم البياني الذي يحسب النسبة المئوية لدرجة حرارة المعالج مقابل خط الخطر الذي يتلف بعده المعالج ، سنجد أن معالجات آثلون تفوقت في هذه الناحية.

ولذلك ما يتكلم به بعض من قرأ ولم يبحث بنفسه أو بعض من يعتبر كلام بائعي المحلات على أنه كلام خبراء سيقع في إشكالات لا تعد ولا تحصى ، ليست في مجال حرارة المعالج فقط ولكن في كل جوانب الحاسب الآلي ، قمت بحساب النسبة المذكورة في الجدول أعلاه وفق المعادلة التالية:

النسبة المؤية =
درجة الحرارة الحالية
100 ×

أقصى درجة يتحملها المعالج

كيف يعمل المشتت الحراري

تتم عملية تبريد المعالج في الحاسب الآلي باستخدام مشتت الحرارة Heat Sink وظيفته امتصاص الحرارة من قلب المعالج ومن ثم تنتشر هذه الحرارة على الاسطح الخارجية لمشتت الحرارة ، وتقوم مروحة تركب على ظهر مشتت الحرارة بضخ الهواء على جوانبه لتبريده ، وكلما كان ضخ الهواء أكبر كلما برد سطح المشتت بكفائة أكبر وامتص قدرا أكبر من الحرارة من قلب المعالج ، كذلك كلما كان المشتت أكبر ومساحته الخارجية أكبر كلما كان ذلك أدعى لتعريض المشتت لهواء أكبر ، مما يعني تشتيتا للحرارة بكفائة أكبر ونبين في الصور التالية شرحا واضحا لعمل المشتت:

هذا هو قلب المعالج مصدر أعظم حرارة ينتجها الحاسب الآلي

وهذا هو المشتت الحراري تتوضع عليه مروحة

توضح الصورة أعلاه كيفية عمل المشتت الحراري والمروحة ورمزنا للحرارة بالأسهم الحمراء وللهواء البارد بالأسهم الزرقاء، قلب المعالج ينبض بحرارة عالية ، وتلقائيا كما هو معلوم فإن الحرارة تنتقل عبر السطوح من السطح الأعلى حرارة إلى السطح الأقل حرارة ، فتنتقل من قلب المعالج إلى قاعدة المعالج التي توزع الحرارة على الجدران المتوازية (الشفرات) للمشتت الحراري والمتعرضة للهواء الأقل حرارة المتدفق من المروحة ، وكلما زاد سطح المشتت اتساعا كلما تشتت حرارة أكبر ، وكلما زاد الهواء تدفقا كلما تشتت الحرارة بكفاءة أكبر.

خصائص المشتت الحراري

المشتت الحراري هو العنصر الرئيس للتبريد ، وفي الماضي كان من الممكن أن يعمل المعالج وفوقه مشتت حراري وبدون أي تبريد ، ولكن مع تطور المعالجات وزيادة درجة حراراتها أصبح حتما لازما استخدام المروحة للتبريد ، ولو أنك وضعت مشتتا كبيرا على قلب المعالج بدون مروحة فسيعمل المعالج لفترة أطول من أن لو وضعت مروحة تضخ الهواء مباشرة فوق المعالج ، وعندما نريد أن نشتري مشتتا حراريا ينبغي أن نحرص على ثلاثة أمور رئيسة:

المعدن الذي صنع منه المشتت.
شدة صقل قاعدة المشتت المقابلة للمعالج.
المساحة الكاملة للأسطح الخارجية للمشتت.

معدن المشتت الحراري

تختلف المعادن في قدرتها على التوصيل وفي مقاومتها للحرارة والهواء ، وأشهر معدن استخدم في صناعة المشتتات في الماضي كان الألمونيوم الذي يتميز بانخفاض سعره وسهولة تشكيله وتوافره وخفة وزنه ، وفي السنوات الأخيرة وحينما زادت حرارة المعالجات بشكل كبير أصبح الانتقال إلى النحاس أمرا مهما نظرا لقدرته العالية على نقل الحرارة بشكل أكبر يفوق قدرة الألمونيوم ، والجدول أدناه يبين بعض المعادن التي تنقل الحرارة بكفائة عالية ، والعمود الأول يمثل المعدن والعمود الثاني يمثل القدرة على تشتيت الحرارة وأما الثالث فيمثل فيما لو افترضنا أن لدينا مشتت حراري من الألمونيوم بحجم ومساحة معينة فكم الحجم المطلوب في غيره من المعادن لتحقيق نفس الغرض (نظريا):

المعدن
القدرة على تشتيت الحرارة
400 جرام ألمونيوم

الألمونيوم
237
400 جرام

النحاس
401
236 جرام

الفضة
429
221 جرام

من الجدول السابق نستفيد أن 236 جراما من النحاس بمقدورها أن تؤدي مهام مشتت بوزن 400 جرام من الألمونيوم ، طبعا يتفوق الألمونيوم من حيث انخفاض ثمنه وخفة وزنه وأما الفضة فهو الأفضل توصيلا ولكن سعره خيالي ، ويبقى النحاس الخيار الأفضل الذي يجمع بين السعر والتوصيل الأعلى للحرارة ، وحسب الجدول السابق الذي يبين الفارق بين استخدام الألمونيوم والذي يعد أكثر انتشارا وبين استخدام النحاس ، وبعض الشركات وضعت فكرة متميزة تجمع بين النحاس والألمونيوم ، كشركة Cooler Master التي جعلت قاعدة المشتت من النحاس بينما جعلت الألواح المتوازية التي تركب بشكل عمودي على القاعدة من الألمونيوم ، بحيث تقوم القاعدة بنقل الحرارة بكفائة عالية إلى ألواح الألمونيوم، كما يتبين ذلك في الصورة التالية:

شدة صقل قاعدة المشتت

كلما كان وجه قاعدة المشتت المواجه للمعالج مصقولا كلما كان ذلك أدعى للمزيد من الكفائة في نقل الحرارة ، لأن القاعدة المصقولة تلامس قلب المعالج بمساحة أكبر ، وهنا نعرض نموذج للقاعدة المصقولة بشكل مناسب:

الشكل التالي يمثل اللون الرمادي فيه سطح قاعدة المشتت الحراري وأما اللون الأحمر فهو سطح المعالج المقابل ، ستجد أن منطقة تلاصق السطحين قليلة مما يعني انتقال حرارة أقل فيبقى المعالج ساخنا.

الشكل التالي يمثل سطح لمشتت حراري تم صقله بعناية شديدة ، ومع أنه أكثر تلاصقا من الشكل الماضي إلا أنه لا يزال يحتاج إلى أمر مهم سنطرحه لاحقا.

المساحة الكاملة للأسطح الخارجية للمشتت

لو أتيت بكأسين من الشاي الساخن وسكبت أحدهما في صحن ستجد أن الشاي الذي سكبته في الأناء برد بسرعة على عكس الشاي الذي بقي في الكأس الآخر ، كل ذلك لأن السطح المعرض للهواء في الصحن أكثر منه في الكأس ، كذلك المشتت الحراري كلما زادت مساحة أسطحه كلما أدى ذلك إلى انتشار أوسع للحرارة وتستطيع أن تحسب المساحة الخارجية للمشتت بنفسك بحساب طول كل شفرة في عرضها ، وكلما زاد ارتفاع وعرض المشتت كلما زادت مساحة اسطحه ، كذلك لو زادت عدد الشفرات التي توضع عموديا عليه تزيد مساحته.

وسنفترض لدينا الشكلين التاليين المتشابهين في كل شيء باستثناء أن ارتفاع الشفرات في أحدهما 6 سنتيمتر وفي الآخر تصل إلى 4 سنتيمتر وسنفترض أن عرض هذه الشفرات هو 6 سنتيمتر وأن سماكتها 2 ملمتر ، وبدون أن نحسب مقياس قاعدة المشتت في كليهما:

المشتت الأصغر
المشتت الأكبر

المشتت الأصغر
المشتت الأكبر

عدد الشفرات
14
14

كيف تحسب مساحة الشفرة
لكل شفرة وجهين جانبيين ووجهين عمقا ووجه علوي تجمع مساحتهما

الجانب العلوي
1 × (0.2 × 6) = 1.2 سم2
1 × (0.2 × 6) = 1.2 سم2

الوجهين الجانبيين
2 × ( 4 × 6 ) = 48 سم2
2 × ( 6 × 6 ) = 72 سم2

وجهي حافة الشفرة
2 × ( 0.2 × 4 ) = 1.6 سم2
2 × ( 0.2 × 6 ) = 2.4 سم2

المجموع لكامل مساحة الشفرات
1.2 + 48 + 1.6 = 50.8 سم2
1.2 + 72 + 2.4 = 75.6 سم2

الفارق
المشتت الأكبر يعمل بكفائة أكبر بنسبة 50% تقريبا من المشتت الأصغر

ختاما في فصل المشتتات فإذا أردنا مشتتا متميزا فعلينا بالتالي:

أن يكون المشتت نحاسيا أو كحد أدنى أن تكون قاعدته نحاسية.
أن يكون المشتت الحراري مصقول القاعدة بشكل تستطيع أن تشاهد صورتك فيه تقريبا.
أن يكون المشتت الحراري مكونا من أكبر عدد من الشفرات وأن تكون أبعاده كبيرة نسبيا ليعمل بكفائة كبيرة.

مروحة المشتت

المروحة عامل أساسي في التبريد ، وتختلف المراوح بشكل عام من حيث حجمها وسرعة دورانها وارتفاعها ، وبشكل عام فإن أهم ما يجب أن تتميز به المروحة هي ضخ أكبر كمية من الهواء مع توافر الهدوء ، ولكي تزيد المروحة من كمية الهواء الذي تضخه فإنها يجب أن تزيد في الجوانب التالية:

سرعة دوران المروحة وتتراوح ما بين 3500 إلى 7000 دورة في الدقيقة وكلما زادت كلما زادت الضوضاء.

عمق المروحة ، ونقصد به الارتفاع ما بين وجهيها العلوي والسفلي.

قطر المروحة والذي يساهم في ضخ كمية كبيرة من الهواء مقابل دوران أقل وضوضاء أقل.

وبشكل عام فإنك إذا كنت تستخدم مشتتا حراريا كبيرا فسيكفيك مروحة تضخ بقدرة 25CFM أي 25 قدم مكعب في الدقيقة ، وأما في حالة كون المشتت الحراري متوسط الحجم فستكون بحاجة لمروحة تضخ بمقدار 30-35 CFM ، وتذكر أنه كلما قلت سرعة دورانها ستكون أكثر هدوءا ، وتذكر أن النوعيات الممتازة من الهياكل تساهم بشكل كبير في كتم الصوت ، كما يوجد نوعية خاصة من المراوح تسمى Ball Bearing وهي مراوح تتميز بوجود حبيبات صغيرة في محورها تساهم في دوران مرن وأكثر سلاسة بأدنى درجة من الاحتكاك وهي مراوح تقابل المراوح القديمة المسماة Sleeve Bearing fans فاحرص على أن يكون المشتت الحراري الذي تنوي شراءه يحتوي على Ball Bearing ، ثم احرص أن تكون الأسلاك الكهربائية للمروحة ثلاثية وليست ثنائية ، لأن السلك الإضافي الثالث يساهم في تعداد دورات المروحة ومن الممكن أن يساهم في إطفاء المعالج في بعض اللوحات في حالة انخفاض سرعة دوران المروحة عن رقم معين.

خامات التوصيل الحراري

سبق أن تحدثنا عن مشكلة درجة صقل قاعدة المشتت الحراري ومدى أهميتها ، وسبق أن قلنا أنه حتى وإن كانت عالية جدا فإنها لن تكون بالدرجة المطلوبة التي تعالج المشكلة وسيبقى نسبة ضئيلة من المشتت تلامس ظهر المعالج ، ولذلك ظهرت المواد التي كان من وظيفتها التوصيل الحراري عالي الكفائة ما بين قلب المعالج وقاعدة المشتت الحراري وسنعود للصور السابقة لنتحدث عنها:

تبين هذه الصورة على سبيل المثال سوء التقاء السطحين ، وحاجتنا إلى شيء يملأ هذا الفراغ ، وغالبا مع كل مشتت تأتي خامة خاصة بيضاء تشبه معجون الجبس في كيس بلاستيكي ، وأحيانا يأتي مع المعالج لصقة تركب على قاعدة المشتت في الجهة المقابلة من المشتت ، هذه المادة المعجونية تذوب بمجرد ارتفاع درجة حرارة المعالج وتحول إلى سائل لزج ناقل للحرارة بكفائة عالية جدا يملأ الفراغات الميكروبية الموجودة على سطح المعالج ، وبوجودها نستطيع أن نعتبر أن سطحي المشتت والمعالج اتصلا بشكل تام كما هو مبين في الشكل أدناه:

اسئلة كثيرا ما تطرح

يتداول الكثير من المستخدمين اسئلة ضمن نطاق هذا الموضوع ، نطرحها ونجاوب عليها:

سـ1: بعد وضع الخامة الموصلة للحرارة ارتفعت درجة حرارة المشتت بشكل كبير.

جـ1: هذا يدل على أن انتقال الحرارة من المعالج إلى المشتت صارت أكفأ وفي مقابل ذلك انخفاض حرارة المعالج.

سـ2: وضعت كل شيء في مكانه إلا أن حرارة المعالج كما أشاهدها في البيوس تتجاوز الستين وتستمر في الارتفاع.

جـ2: لا تتأخر في إغلاق الجهاز ، انتظر دقيقتين وقم بالتأكد من أن المروحة مركبة ، أعد التشغيل لثانية واحدة وأغلقه مرة أخرى ، وتأكد أن المروحة تدور فإذا كانت تدور بشكل جيد فهذا يعني أنك لم تركب المشتت الحراري بشكل جيد كما هو مبين في الصورة التالية:

فمن الواضح أنك وضعت المشتت بشكل عكسي فارتكز أحد جوانبه على الجانب المرتفع من المقبس مما أدى إلى ميلان نسبي للمشتت على قلب المعالج وبقي جزء ضئيل من المشتت ملاصقا لقلب المعالج ، وربما جزء أكبر من السائل الناقل للحرارة فلم يحترق المعالج بسرعة ، ستجد أن أحد جوانب المشتت فيه مساحة خالية تسمح لك بتركيبه على قلب المعالج ، وقد تكون وضعته بالشكل الصحيح ولكنه لم يركب بشكل محكم.

س3: بعد تركيبي للمشتت الجديد اسمع ضوضاء عالية تخرج من المروحة.

ج3: هذا الأمر طبيعي ، تستطيع أن تستعيض عن مثل هذه المروحة ببدائل أخرى أكبر حجما وتضخ هواء مماثل بدرجة دوران أقل.

س4: ما هي الدرجة الخطرة للحرارة في المعالج؟

ج4: بينا في رسومات سابقة هذا الأمر ، ولكن تستطيع أن تعتبر أن كل درجة حرارة تحت الأربعين مثالية جدا ، وما بين 40 إلى الخمسين مقبولة وما بين الخمسين والستين تقترب من الخطر ويجب أن لا تصل الستين ، وهذا في حالة معالجات البنتيوم التي تعتبر أقل تحملا للحرارة من معالجات الآثلون.

س5: قمت بتركيب أفضل أنواع المشتتات ولكن حينما أقوم بعملية كسر حاجز السرعة ترتفع درجة الحرارة بشكل غير طبيعي ، هل هناك وسائل أخرى للقضاء على هذه المشكلة؟

ج5: هناك وسائل كثيرة كتعديل الهيكل ، استخدام حلول يدوية غير مكلفة للتبريد ، ويوجد كذلك لهواة كسر حاجز السرعة التبريد بغاز التبريد أو بالماء المتحرك وهي لكل من يريد كسر حاجز السرعة بفارق كبير

س6: اشتريت خامة التوصيل الحراري من نوعية ممتازة ولكن لا اعرف كيف أضيفها.

ج6: يدب بداية أن تقوم بإزالة المادة السابقة الموجودة على ظهر المعالج وقاعدة المشتت ، ولإزالتها ستحتاج إلى فك المعالج من مكانه واستخدام مادة الكحول ، تستطيع أن تشتري نوع خاص عبارة عن وريقات مربعة الشكل تحمل هذه المادة الكحولية وبمجرد مسحك على قلب المعالج ستزول الخامة السابقة ، وكذلك على ظهر المشتت ، انتظر دقائق حتى يزول السائل الكحولي وتنشف الاسطح ، قم نهاية بمسحه أخيرة بقطنه على كلا السطحين لإزالة ما تبقى ، ضع نقطة من المعجون الموصل على سطح المعالج ، ثم قم بتوزيعها على ظهر المعالج حتى تغطيه بالمادة ولكن بدون إغراق ، وإذا رأيت أنك تحتاج لإضافة المزيد اضف ولكن بتمهل ، ثم انظر إلى الجهة المقابلة لقلب المعالج ، ضع فيها كمية بسيطة تغطي بها الجهة المقابلة للمعالج وبدون إغراق كذلك ، ثم ركب المعالج على المقبس واغلقه بإحكام ثم ركب المشتت الحراري مع الانتباه حتى لا تزيل المادة من على قاعدة المشتت بإصابعك أو بأي شيء آخر قد يلامسها.

ختاما

نصل من خلال الكلام السابق أننا يجب أن نحرص على الأمور التالية لكي يكون لدينا أفضل مشتت حراري يعمل بأفضل كفائة في مقابل ضوضاء ووزن أقل للمشتت الحراري:

أن يكون المشتت مصنوعا من النحاس أو بحد أدنى قاعدته نحاسية.

أن يتميز المشتت بكثرة شفراته.

أن يكون طول وعرض وارتفاع المشتت مناسبا ، فلا يقل الطول والعرض عن 6 في 8 سم والاتفاع عن 5 سم.

أن تكون المروحة كبيرة تغطي عرض المشتت وبضخ هواء أكبر لا يقل عن 30 CFM.

استخدام خامة توصيل للحرارة ذات كفائة عالية.

المقالات التي ستتبع هذا المقال:

مقارنة بين المشتتات الحرارية.

مقارنة بين خامات التوصيل.

نظام التبريد المتقدم للحاسب.

ولا تنسونا من صالح دعائكم
[/color][/size]

قريبا المزيد ان شاء الله