لم يكن تبريد المعالجات يشغل أدنى حيز من التفكير من قبل عندما كانت سرعة المعالجات لا تزيد عن عشرات ال- MB, لذا لم يكن التبريد فعالا بل كانت وسائل التبريد الكافية آن ذاك لا تزيد عن مروحة صغيرة أو مجرد مشتت حراري لزيادة فاعلية المعالج فقط أما الأن ومع زيادة سرعة المعالجات كانت هناك حاجة ملحة لتطوير تقنيات التبريد التي لولاها لما كانت المعالجات وصلت لمثل هذه السرعات العالية التي نسمع عنها الآن إن أي قطعة إلكترونية في أي جهاز كمبيوتر ومنها المعالج تحتاج لأن تكون ضمن مدي معين من درجات الحرارة التي افترض الصانع أنها ستعمل فيه وإذا زادت درجة الحرارة عن هذا الحد فإنها تتسبب في الآتي :
- تبطئ أداء المعالج.
- تتسبب بأخطاء في الحسابات.
- تتسبب بتوقف الكمبيوتر عن العمل بشكل متكرر.
- تقصر من عمر المعالج.
- قد يعيد الكمبيوتر تشغيل نفسه بدون سبب.
- قد تحدث أشياء غريبة مثل أخطاء في القرص الصلب.
- في أحيان نادرة تؤدي لعطب المعالج كليا .
أشياء مثل هذه قد لا تخطر في بال مهندس الصيانة خاصة في بلاد حارة . هذه الحرارة ناتجة عن مرور التيار الكهربائي في الترانزستورات, وكلما كانت فولتية المعالج ومعماريته أقل كلما كانت الحرارة الناتجة أقل لذا فإن المعالجات المختلفة تنتج كميات مختلفة من الحرارة فالمعالج Pentium III مثلا ينتج كمية من الحرارة أكبر من Pentium , وتقاس كمية الحرارة الناتجة من المعالج بال WATT .
بدأت مشكلة التبريد منذ المعالج 486 وجميع المعالجات اللاحقة تتطلب طريقة للتبريد, أما المعالجات 386 وما قبله فلم يكن يلزمه التبريد لأن عدد الترانزستورات لم تكن كبيرة بالشكل الذي يجعل درجة حرارته عالية .إن الطريقة المتبعة في تبريد المعالجات الحديثة هي باستخدام المشتت الحراري ومروحة التبريد. وفي بعض الأحيان قد يستخدم المشتت الحراري بدون مروحة تبريد وهذا يقلل التكلفة ويجعل المعالج غير معرض للتلف بسبب توقف المروحة عن العمل (طبعا في هذه الحالة يجب استخدام مشتت حراري كبير جدا).
لماذا ترتفع درجة حرارة المعالج فوق المعدل المرغوب به ؟
إن حرارة المعالج أثناء العمل تعتمد علي :
- كفاءة المشتت الحراري.
- كفاءة مروحة التبريد.
- كمية الحرارة التي ينتجها المعالج.
- درجة حرارة علبة النظام Case : حيث لا يمكن لأي مشتت حراري ومروحة أن يحفظ درجة حرارة المعالج إلي أقل من درجة حرارة علبة النظام, لأن الهواء الذي يدفع بين عواميد المشتت الحراري مأخوذ من علبة النظام نفسها.
- تصميم العلبة : حيث أنه في علب النظام من نوع ATX والتي ظهرت معPentium II وما بعده. تساعد العلبة نفسها في تبريد المعالج بتركيبها حيث يقع المعالج تحت مزود الطاقة ليكون في مجري الهواء وهذا يساعد كثيرا في تفادي مشكلة الحرارة,
- وجود الأوساخ داخل المشتت الحراري : وهو ما يمنع الهواء من المرور فيه ويسمح بارتفاع درجة الحرارة, لذا فإنه من المفيد تنظيف الكمبيوتر من الداخل كل فترة. كما أن بعض اللوحات الأم تزود بترمومترات لقياس درجة حرارة المعالج أو بأجهزة لمراقبة التيار الكهربائي المتوجة لمروحة تبريد المعالج وبذلك تتمكن من اكتشاف أي خطأ أو مشكلة قد تؤدي لزيادة درجة حرارة المعالج .
1- المشتت الحراري
هو عبارة عن شريحة من المعدن تلتصق بسطح المعالج (مربعة الشكل أو مستطيلة عادة إلا أن بعضها شبه دائري) يخرج منها بشكل عمودي عدد كبير من العواميد المعدنية. وفائدة هذا المشتت الحراري هو أن الحرارة الناتجة من المعالج تنتشر في القضبان العمودية ذات المساحة السطحية الكبيرة فتقوم بتبديد الحرارة وكلما كان المشتت الحراري أكبر كان أفضل, ويصنع المشتت الحراري عادة من الألمونيوم لأنه موصل جيد للحرارة. ويجب علي المشتت الحراري أن يكون ملتصقا بسطح المعالج تماما , في بعض المعالجات لا يكون المشتت ملتصقا به من المصنع بل يثبت فوق المعالج بمثبتات معدنية خاصة (معالجات Pentium هي أفضل مثال), وفي هذه الحالة إذا قمت بتثبيت المشتت الحراري علي المعالج مباشرة ستكون النتيجة وجود كمية بسيطة جدا من الهواء بين المعالج والمشتت الحراري مما يعيق توصيل الحرارة ,فيجب دائما وضع مادة بيضاء خاصة تسمي Heat Sink Compound وتملأ هذه المادة الفراغ البسيط وتسمح للحرارة بأن تنتقل بكفاءة من المعالج للمشتت .
كما يجب أن يكون مدخل الهواء أبعد ما يمكن عن المخرج حتي لا يعود الهواء الساخن الخارج من المشتت للدخول مرة ثانية. إن حرارة المعالج أثناء العمل تعتمد علي كفاءة المشتت الحراري وعلي كمية الحرارة التي ينتجها المعالج وأيضا هناك أشكال متطورة من مبردات المعالجات, هناك مثلا ما يسمي peltier cooler وهو جهاز علي شكل شريحة توضع علي سطح المعالج وتستخدم الكهرباء كي تقوم بتبريد المعالج ويثبت المشتت الحراري من أعلي, تقوم هذه الأجهزة بالتبريد بكفاءة تامة ولكنها غالية الثمن ولا تستخدم في العادة إلا من قبل الذين يشغلون معالجاتهم أعلي من تردد الساعة الذي يفترض بهم تشغيلها عنده لأن المعالج في هذه الحالة ينتج كميات كبيرة من الحرارة.
2- مروحة التبريد
وعملها هو دفع الهواء بين العواميد المعدنية للمشتت الحراري بحيث يمكن تبديد قدر أكبر من الحرارة, وفي بعض الأحيان قد يستخدم المشتت الحراري بدون مروحة تبريد وهذا يقلل التكلفة ويجعل المعالج غير معرض للتلف بسبب توقف المروحة عن العمل (طبعا في هذه الحالة يجب استخدام مشتت حراري كبير جدا ) ولكن لاحظ أن استخدام المروحة يجعل التبريد أفضل 10 مرات من المشتت الحراري بدون مروحة. ويمكن قياس قوة المروحة باستخدام عدد الأقدام المربعة من الهواء التي تدفعها في الدقيقة الواحدة (CFM).
3- مروحة بالتير
وهو جهاز علي شكل شريحة مربعة الشكل (غير متوفر في البلاد العربية بكثرة) توضع علي سطح المعالج وتعمل بالكهرباء وتقوم بسحب الحرارة من سطح المعالج إلي السطح الآخر ويثبت المشتت الحراري من أعلي. تقوم هذه الأجهزة بالتبريد بكفاءة تامة ولكنها غالية الثمن .
4- التبريد بالماء
التبريد بالماء يعتبر من أكثر أشكال تبريد المعالجات إثارة, ويستخدم الماء بطريقة مثل تلك المستخدمة في السيارات, فهو يعتمد علي تمرير المياه داخل المشتت الحراري (له تركيب خاص) أو استبدال المشتت الحراري بعلبة صغيرة يمر فيها الماء. كما يوجد أيضا كومبريسورات خاصة تشبه الموجودة في أجهزة التبريد ولكنها أصغر (لا تتوفر في البلاد العربية نظرا لتطورها التقني) تقوم بتبريد سطح المعالج وطبعا يستهلك هذا النظام الكثير من الكهرباء وهو مكلف أيضا >
5- التبريد بالنتروجين السائل
التبريد بالنيتروجين السائل (درجة حرارته أكثر من 180 درجة تحت الصفر) لا يستخدم إلا تحت ظروف خاصة في المختبرات, فمثلا باستخدام النيتروجين السائل أمكن للعلماء أن يجعلوا المعالج Pentium يعمل بتردد يفوق 500 ميجاهيرتز .
العوامل المؤثرة على كفاءة المشتتات :
1- نوع المعجون الحرارى
من واقع تجارب سابقة, تبين للخبراء أن المعجون الحراري الذي يأتى مع المشتتات الحرارية والذي يكون في غالب الوقت مصنوع من مادة السيليكون, لا يقوم بنقل الحرارة بفاعلية إن إستخدام معجون حراري من نوعية أفضل كالمحتوى على معدن الفضة قد يساعد بتخفيض درجة حرارة المعالج بعدة درجات, لهذا السبب قام بعض العلماء بإزالة المعجون الحراري الذي يأتى مع المشتتات واستخدموا معجون من نوع Arctic Silver II الذي يحتوى على معدن الفضة وذلك لإعطاء جميع المشتتات نفس الفرصة لإثبات قدرتها .
2- نوع المروحة المستخدمة
طبعا للمروحة المستخدمة على المشتت الحراري دور هام جدا في تبريد المعالجات, لذلك عند إستخدام مروحة خاصة من إنتاج شركة Delta هذه المروحة تعمل بسرعة 7000 دورة في الدقيقة وبقدرة دفع هواء تعادل 37.61 CFM, هذه القدرة الهائلة أدت إلى تحريك الهواء بصورة كبيرة عملت على تخفيض حرارة المعالج إلي نصف ما تحدثه المراوح العادية لكن العيب الوحيد في هذه المراوح ذات القدرة الهائلة أنها تحدث صوتا وإهتزازات غير محتملة .
أمثلة على المشتات الحرارية
1- المشتت DP5-6H51 :
هذا المشتت مصنوع من قطعة واحدة من مادة الألمنيوم والتي تعتبر من المواد المفضلة بين صناع المشتتات الحرارية وذلك لسهولة تصنيعها ورخص سعرها. يأتى المشتت جاهزا مع معجون حراري مثبت بأسفل المشتت
عملية تثبيت هذا المشتت على المعالج تعتبر صعبة, بسبب استخدام هذا المشتت لمقبض يحتاج إلي مفك وضغط كبير لتركيبه, حيث أن أي خطأ سيؤدى إما إلى تلف اللوحة الأم أو إلى كسر قلب المعالج. عند تركيب هذا المشتت لابد من استخدام مفك ذو راس عريض وإبقائه ثابت بقدر المستطاع لكي لا يفلت من موضعه ويؤذى اللوحة الأم .
2- المشتت EP5-6I11
أول ما يميز هذا المشتت هو حجمه الكبير. فكلما زاد حجم المشتت زادت قدرته على التخلص من حرارة المعالج. الملفت بهذا المشتت هو مروحته المصنعة من شركة Deltaبالرغم من صغر حجم هذه المروحة والتي لا يتعدى ارتفاعها 10 ملليمتر إلا أنها قادرة على تحريك أكثر من 21 قدم مكعب من الهواء في الدقيقة. كما أن صوتها يعتبر إلى حد ما منخفض وذلك لأنها تدور بسرعة اقل من 5000 دورة في الدقيقة.
3- المشتت Socket-AH
مشتت صغير من شركة كانت تعرف فيما قبل بإسم 3Dfx COOL. بالرغم من صغر حجم هذا المشتت, إلا أنه يحتوى على بروز أكثر من DP5-6H51 والمماثل له بالحجم. ميزة زيادة هذه البروز هي زيادة سطح المشتت الملامس للهواء مما يساعد على التخلص من الحرارة. أما المروحة التي تأتى مع المشتت, تتميز بهدوئها وقدرتها على توليد كم متميز من دفع الهواء بالرغم من صغر حجمها. كما أنه يأتي معه معجون حراري جاهز للإستخدام ومثبت بالناحية السفلي من المشتت.
أكثر ما يميز هذا المشتت هو سهولة تركيبه, حيث أنه لا يحتاج إلى أي أدوات خاصة مثل سابقيه ولا يتطلب أي مجهود مما يجعله آمن جدا حيث أنه لا يوجد أي خوف من إحداث أي ضرر باللوحة الأم أو المعالج
4-المشتت SK-6
المشتت الوحيد من بين هذه المجموعة المصنوع من معدن النحاس, حيث أنه يمتاز بقدرته الفائقة على امتصاص الحرارة, هذا الأمر يعنى أن هذا المشتت يستطيع أن يحقق قدرة تبريد أعلى من أي مادة أخرى بخلاف معدن الفضة. طبعا بسبب غلاء سعر الفضة, فإنه من غير المعقول تصنيع مشتتات حرارية مبنية عليه, إذن لو كان النحاس هو المعدن الأفضل للمشتتات الحرارية, فلماذا لا تصنع كل المشتتات الحرارية منه؟
هناك 3 أسباب رئيسية وهى:
- غلاء سعره مقارنة بمادة الألمنيوم.
- صعوبة تصنيعه.
- ثقل وزنه.
الأسباب السابقة واضحة جدا بهذا المشتت الذي بين أيدينا. فسعره يتعدى ضعف سعر أي مشتت أخر في هذه المقارنة ووزنه يعادل 330 جرام مما يجعله ثقيلا بالنسبة إلى حجمه .
المشتت يتكون من قاعدة ثقيلة ملحوم عليها الزعانف والتي تم طرقها لكي تكون رقيقة جدا مما يزيد كثيرا من المساحة الفعلية من المشتت الملامسة للهواء الخارجي مما يؤدى إلى تخلص أفضل من الحرارة الممتصة من المعالج .
ما يثير الإعجاب بتصنيع هذا المشتت هو استخدام طريقة التعشيق لربط الزعانف ببعضها البعض مما يعطيها قوة تحمل اكثر .
تثبيت المشتت على المعالج ليس صعبا بالرغم من انك ستحتاج لاستخدام مفك للتركيب, إلا أن كمية الضغط المطلوبة ليست بتلك التي قد تتسبب بالإضرار بالمعالج أو اللوحة الأم.
منقول
08-03-08, 03:57 PM
تقنيات تبريد المعالجات الحديثة
جديد مواضيع قسم فروع الهندسة الاخرى
العرض العادي
