а) Радиаторы (HeatSink) - самый малоэффективный способ охлаждения - это просто пластина, которая рассеивает тепло процессора. Для увеличения количества рассеиваемого тепла следует максимально увеличить площадь поверхности радиатора. Поэтому их обычно изготавливают ребристыми, складчатыми. Игольчатыми. Наклон, толщина, высота ребер может быть различной для наилучшей циркуляции воздуха между ними. Радиатор должен обладать по возможности лучшей теплопроводностью. Металлы, которые лучше других проводят тепло и используются при изготовлении радиаторов - это серебро (теплопроводность при 0°C - 429 Вт/(м*К)), медь (403 Вт/(м*К)) и алюминий (237 Вт/(м*К)). Самый распространенный металл для радиаторов - алюминий. Он дешевле серебра и меди, но и обладает худшими теплопроводными свойствами. Основные характеристики: Термосопротивление радиаторов измеряется в °C/W - градусах Цельсия на ватт. Она измеряет, на сколько изменится температура радиатора при рассеивании в нем мощности 1 Вт. Термосопротивление зависит от температуры (чем больше температура, тем оно меньше) и скорости потока воздуха, обдувающего этот радиатор (чем больше скорость, тем меньше термосопротивление). Преимущества: отсутствие шума; не потребляет электричества; малый размер (хорошая совместимость). Недостатки: сравнительно большое термосопротивление.
б) Кулеры - под кулером мы понимаем вентилятор в комплекте с радиатором. Самый частый сейчас вид устройств для охлаждения процессора. Хотя производительность кулера зависит от радиатора, но в меньшей степени, нежели от вентилятора. Плоскость вентиляторов чаще всего квадратная и практически всегда одного из трех размеров - 40х40, 50х50 или 60х60 миллиметров. Высота может быть разной, но чаще всего она колеблется в пределах 10 - 25 миллиметров. У кулеров случаются проблемы с совместимостью - если у него высокий радиатор и высокий кулер, то в некоторых корпусах такой кулер может упереться в блок питания. Если же у радиатора широкое основание, то на некоторых материнских платах такой кулер может упереться в конденсаторы, расположенные возле процессорного гнезда. Основными характеристиками кулеров являются: RPM - число оборотов в минуту. Чем оно больше, тем сильнее он сможет охладить радиатор. Но и тем шумнее он будет. CFM - кубических футов в минуту. Кулер с 40х40 миллиметров "делает" до 7 CFM, 50х50 - до 10 CFM, 60х60 - до 15 и больше CFM. dB - уровень шума (децибел). Мощные кулеры с большими вентиляторами шумят сильнее. Приемлимым уровнем шума считается 25-30 dB, но 30 dB - уже сильный шум, и те, кто берут кулеры с таким уровнем шума, должны быть готовы потерпеть ради своей цели. Также важной характеристикой вентилятора является подшипник, на котором он собран. Они бывают двух типов - вентиляторы на подшипнике качения (Ball Bearing Fan) и на подшипнике скольжения (Sleeve Bearing Fan). Вентиляторы на подшипнике качения имеют целый ряд преимуществ - меньшая рассеиваемая мощность (трение качения меньше трения скольжения), большая долговечность, большая развиваемая скорость вращения. Но и его оппонента есть преимущества - дешевизна, простота изготовления, малая восприимчивость к механическим воздействиям. Стандартом сейчас становятся вентиляторы на подшипнике качения из-за лучших эксплутационных качеств. Разъем подключения - сейчас сосуществуют два стандарта подключения кулеров - более старый PC-Plug и более новый MOLEX. PC-Plug - стандартный коннектор, через который Вы, кроме кулера, можете подключить винчестер, CD-ROM,.. Его недостаток как раз в его универсальности - он не позволяет реализовать все возможности кулеров - подключение кулера к материнской плате, автоматическое управление потребляемой вентилятором мощности и управление частотой вращения. Это все возможно реализовать с более новым коннектором - MOLEX. Кулеры, которые подключаются через него, называются SMART-кулерами. Такие кулеры подключаются прямиком к материнской плате, что дает как преимущества (управление скоростью вращения - при достаточном охлаждении материнская плата может замедлить вентилятор, снизив тем самым шум и потребляемую мощность; материнская плата может замерить скорость вращения вентилятора, если он сам поддерживает такие замеры - содержит датчик Холла), так и недостатки (ограниченность количества таких вентиляторов по количеству MOLEX-разъемов на материнской плате (возможно использование "двойников" - Y-образных "вилок"); соответственно, возможность отсутствия таких разъемов, как таковых (на старых материнских платах); невозможность ручного изменения потребляемой мощности). Под MOLEX-разъем, как под более новый, перспективный и обладающий большими возможностями, выпускаются новые мощные кулеры. Преимущества: сравнительно малое термосопротивление; сравнительно малое потребление электричества; распространенность.
Недостатки: шумность.
в) Модули Пельтье основаны на эффекте Пельтье. Суть эффекта заключается в том, что при прохождении электрического тока через контакт двух проводников, сделанных из различных материалов, в зависимости от его направления, помимо Джоулева тепла выделяется или поглощается дополнительное тепло - тепло Пельтье. Лучше всего эффект Пельтье наблюдается в случае использования полупроводников p и n типов. В модуле Пельтье полупроводники этих типов образуют своеобразную чередующуяся цепочку (p->n->p->...) При пропускании тока через контакт полупроводников разного типа - p->n и n->p переходов - тепло либо поглощается, либо выделяется. Это зависит от направления тока. Из всего вышесказанного нам выгодно то, что элемент Пельтье может обеспечить разницу между температуры между двумя своими радиаторами, один из которых будет холодильником, другой будет служить для отвода тепла. Таким образом, расположив его между процессором и радиатором кулера, мы получим дополнительный выигрыш в температуре. Если использовать недостаточно мощный элемент Пельтье, то мы рискуем спалить процессор - элемент становится преградой для отвода достаточного количества тепла. Если же взять слишком мощный элемент, то в результате переохлаждения на элементе возможна конденсация влаги, что грозит неприятностями электронным частям компьютера, либо возможно достижение такой низкой температуры процессора, при которой он уже не будет работать. Также при использовании мощного модуля Пельтье следует учесть, что его КПД не очень высок, так что нужен будет мощный блок питания (обычно больше 250 Вт), либо нужно будет найти модуль Пельтье с собственным блоком питания (альтернативное решение для корпусов со слабыми блоками питания). При отказе элемента Пельтье есть сильный риск перегрева процессора - как уже упоминалось, если он не отводит тепло, то изолирует процессор от кулера. Благо большинство современных модулей Пельтье могут предупредить (звуковым сигналом, еще как-то) человека об отказе элемента. И еще два небольших момента: некоторые операционные системы (Windows NT, Windows 2000, Linux) и некоторые специальные программы (CPUIdle, Rain, Waterfall) могут выполнять Halt-цикл в низкоприоритетных задачах - это означает "засыпание" ядра процессора (иногда и тактового генератора) - переход в режим пониженного энергопотребления (понижается выделение тепла и увеличивается ресурс процессора). Так вот, при использовании модуля Пельтье совместно с этими операционными системами и программами, могут возникнуть упомянутые ситуации конденсации влаги и переохлаждения процессора при выполнении Halt-цикла. Так что такое совместное использование не рекомендуемо. И второй момент: может возникнуть уже перегрев процессора при использовании совместно с элементом Пельтье вентилятора с зависящей от температуры скоростью вращения. Этого недостатка заведомо лишены готовые модули Пельтье. Существует также возможность так называемого "каскадного" подключения элементов Пельтье, когда они накладываются друг на друга. Такие конструкции сложны в использовании, требуют мощного теплоотвода, но позволяют достичь очень значительных перепадов температуры (до 130-150°C). Осталось добавить, что при учете всех особенностей эксплуатации модуля Пельтье он становится лучшим средством (кроме, конечно, жидкого азота) охлаждения процессора. Преимущества: очень эффективный метод охлаждения; невысокая шумность.
Недостатки: дороговизна; сравнительная сложность эксплуатации.
г) Системы кулеров. Иногда используется система кулеров, представляющих собой два или более вентиляторов, установленных на одном радиаторе параллельно друг другу или один на другой. Это позволяет увеличить поток воздуха, обдувающего вентилятор и улучшить охлаждение устройства.
д) жидкостная система охлаждения. Представляет собой разной формы водоблоки (цилиндрические, полые внутри, с рифленой внутренней поверхностью и др.) которые присоединяются к отдельным устройствам. Между собой они соединены системой трубок, которые подводятся к радиатору с помпой (насосом). Радиатор представляет собой резервуар, через которые прокачивается и охлаждается жидкость. Обычно в качестве наполнителя применяется дистиллированная вода с антикоррозийными добавками. Основные достоинства: качество охлаждения, низкая шумность. Недостатки: сложность эксплуатации, громоздкость, необходимость регулярной замены жидкости, дороговизна.
Термоинтерфейсы
Различного рода термоинтерфейс используется для того, чтобы при установке кулера на процессор заполнить между ними все возможные неровности и тем самым увеличить площадь теплового контакта. Если подошва радиатора идеально отполирована (ровная и зеркальная), а процессор либо с открытым кристаллом, либо его крышка также идеально отполирована, то прижимная сила крепления кулера со временем выдавит практически всю термопасту за счет того, что поверхности радиатора и процессора будут очень плотно прилегать друг к другу. Это несколько идеализированная ситуация, т.к. в домашних условиях практически нереально отполировать подошву кулера до ровного зеркала, а крышка процессора, как правило, содержит надписи и имеет чашеобразную форму. Поэтому термопасту нужно использовать обязательно, соблюдая при ее нанесении несложные инструкции.
Теплопроводящие пленки (Thermal Tape) - двухсторонние клейкие пленки с теплопроводящим наполнителем. Обладают худшей теплопроводностью среди других типов интерфейсов. Даже лучшие, фирменные представители этого типа не обеспечивают должной производительности. Из-за клея на обеих сторонах их теплопроводность сравнима с теплопроводностью воздуха (отсутствие интерфейса).
Теплопроводящие прокладки (Thermal Pad) - упругие, похожие на резину, пластины из теплопроводящего материала. Производительность выше, чем у пленок, но, все же, очень мала. Такие прокладки, зато, являются отличными изоляторами. Еще один плюс - чем сильнее их сожмешь, тем лучшую производительность они покажут (при сжатии исчезают воздушные прослойки).
Термопасты (Thermal Grease) - смесь синтетической смолы и теплопроводящего порошка. В качестве смолы часто используется силикон, а в качестве теплопроводящего порошка - оксиды цинка, алюминия, реже - серебра. Термопасты обеспечивают уже очень неплохую производительность, тем более, что они распространены. Отличная термопаста - Arctic Silver. Обеспечивает высокую производительность благодаря использованию оксида серебра. Более известная и доступная в России термопаста - КПТ-8. Она распространена и дешева, за что и соискала народную любовь.
Термические смеси (Thermal Compound) - смесь эпоксидной смолы, теплопроводящего материала и сгустителя. При применении затвердевает, отлично фиксируясь. Обладают большей производительностью, чем термопасты. Один из лучших вариантов.
Материалы, меняющие агрегатное состояние
Материалы, меняющие агрегатное состояние (Phase Change Materials). Производительность может сильно варьироваться, но такие материалы могут обеспечить лучшую производительность. Они представляют из себя материал, твердый при комнатной температуре, который при определенной (40-60°C) температуре меняет агрегатное состояние, обеспечивая отличную производительность. Приобретают сейчас все большее распространение.