Azt, hogy a mai modern számítógépek hűtést igényelnek, a legtöbben tudják - ez azonban nem volt mindig így. A 90-es évek környékén például az otthoni PC-kben általában csak a tápegységben dolgozott egy ventilátor, a többi komponensnek nem volt szüksége semmilyen segédeszközre. Aztán a Pentiumok megjelenésével megváltozott ez a helyzet, előbb a CPU, majd a GPU, mostanra pedig egyre több más egység valamilyen dedikált megoldást igényel annak érdekében, hogy a működése közben termelődő hőt hatékonyan átadhassa környezetének.
Amennyiben ez nem történik meg megfelelő sebességgel, jó esetben bekapcsol valamilyen védelmi mechanizmus, és alaposan lelassítja számítógépünket, rossz esetben azonban véletlenszerű lefagyás, adatvesztés is bekövetkezhet - de akár fizikailag is sérülhet a szóban forgó komponens.
De miért melegednek egyre jobban számítógépeink? Azt mindenki tudja, hogy a számítógép működéséhez áramra van szükség: ez az áram folyik át például a sokmilliárdnyi tranzisztoron, amelyek a processzorban, a grafikus vezérlőben, az SSD-ben találhatók.
Minden egyes ilyen tranzisztor rendelkezik valamekkora ellenállással, így a rajta áthaladó áram hatására melegszik. Míg a 90-es években például egy 80486-os processzorban csak valamivel több mint egymillió tranzisztor dolgozott, és ezek mérete az 1000 nm (egy mikrométer) környékén járt, addig ma például egy AMD Ryzen 7 5800-ban 4,2 milliárd tranzisztor található, amelyek 7, illetve 12 nm-esek. És ugyan az egyes tranzisztorok hőtermelése a méretcsökkenésnek köszönhetően rengeteget szelídült, ez nem tudja kompenzálni számuk növekedését.
Ennek eredménye az lett, hogy a modern CPU-k, GPU-k egy alig pár négyzetcentiméteres területen keresztül kell hogy leadjanak annyi hőt, amennyit egy 120 wattos hagyományos villanykörte termel. Ehhez pedig különböző speciális, sok esetben aktív megoldásokra és nagy hőleadó felületre van szükség, hogy a CPU-ról a környezetbe jusson a felesleges hőmennyiség.
Aktívan vagy passzívan
A számítógépes hűtéseket többféle módon is csoportosíthatjuk, az egyik lehetőség az aktív és passzív kategóriába sorolás. Ha passzív, akkor a hűtés oldaláról a környezet felé - amely egyszerűen a külső levegő - mindenféle segédeszköz igénybevétele nélkül történik a hőátadás. Ezzel szemben az aktív hűtés során ezt az átadást valamivel hatékonyabbá tesszük - ez a valami rendszerint egy ventilátor, amely a levegő folyamatos áramoltatásával gondoskodik arról, hogy a hőleadó felület mindig hideg levegővel érintkezzen.
Az aktív hűtés elsődleges hátránya, hogy zajos: a ventilátorok ugyan sokat fejlődtek az évek során, nagy terhelésen általában ezeknek a zöreje az, ami kihallatszik a számítógépházból. A másik probléma, hogy a ventilátor nem örök életű. Ha meghibásodik, gyorsan túlmelegedhet az a komponens, amelynek a hűtéséért felelős. Szerencsére ilyesmi manapság elég ritkán fordul elő hirtelen: a végóráit járó ventilátor rendszerint hallható zörgéssel jelzi, hogy valami nem stimmel vele, ráadásul a számítógép BIOS-ában is ellenőrizheted fordulatszámát (ennek pontos módja alaplaptól függ, de általában a H/W Monitor nevű almenüben találod).
A passzív hűtés tehát csendes, és nincsenek benne mozgó alkatrészek. Hogy miért nem használjuk? Mert hatékonysága sokszor nem elegendő. Bár ez a hőleadó felület méretének növelésével javítható, nyilván határt szab a számítógépház űrmérete és a hűtés rögzítésének teherbíró képessége. Ma a legjobb passzív hűtéseket átlagos felhasználás mellett legfeljebb közepes teljesítményszintű (55-65 wattos TDP-jű) processzorok mellé szokták ajánlani. Ennél csak néhány különleges és általában drága modell tud többet.
Vízzel vagy levegővel
Egy másik osztályozási lehetőség, hogy hagyományos (levegős) vagy vízhűtésről beszélünk. Ez annyiban csalóka felosztás, hogy igazából bármelyiket is választjuk, a környezeti levegő a felesleges hő végső célpontja, a víz (vagy egyéb folyadék) pusztán csak hatékony, gyorsabb hőelvezetőként szolgál. Ebben az esetben pusztán a víz magas hőkapacitását használjuk ki, na meg azt, hogy a hőt a levegő felé átadó felületet távolabb vihetjük a CPU-tól vagy a GPU-tól, és nemcsak ideális pozícióba helyezhetjük, de meg is növelhetjük.
Ma már egyébként a "levegős" hűtések túlnyomó részében is találni folyadékot, amely a hő szállításában vesz részt, az elterjedt hővezetőcsöves megoldás ugyanis szintén kis mennyiségű folyadékot tartalmaz. Itt a hűteni kívánt felület felett ez az anyag valójában elpárolog, majd a bordák felőli oldalon a gőz lehűl, lecsapódik, és a hővezető cső belső falán található porózus rétegben a hajszálcsövességnek köszönhetően visszaszivárog a cső melegebb részére. Az persze nem elég, hogy a hő a hidegebb oldalra került, azt el is kell szállítani, ebben jut szerep a bordázatnak, amely nagy felületén át adja le a felesleges hőenergiát a ventilátor(ok) által áramoltatott levegőnek.
Bár a mai hűtési megoldásokban a hővezető csövek használata általánosnak mondható, nem ez az egyetlen út: a Peltier-elemes, termoelektromos hatást kihasználó technológia a környezeti hőmérséklet alatti hőfokok elérését teszi lehetővé, de az olcsó szegmensben előfordulnak például olyan hűtők is, amelyek pusztán a fémek magas hővezető képességét használják ki. Ez utóbbiak közé tartoznak például az Intel "gyári" hűtői is, amelyek egy radiális alumíniumbordázat közepébe sajtolt rézmag segítségével igyekeznek minél gyorsabban elszállítani a CPU-nál keletkező hőt.
Az alsó házból a felső házba ugorva, a hővezető csövekhez hasonló elven működik az úgynevezett vapor chamber, amelyet nyugodtan fordíthatunk gőzkamrának, hiszen jobbára valóban telített gőz található benne. A lényeg itt is a fázisváltás: a processzorral érintkező "meleg" oldalon a kamrában található folyadék elpárolog, majd a bordákkal érintkező "hideg" oldalon lecsapódik. A visszaáramlás pusztán a gravitáció segítségével történik, úgy is vehetjük, hogy a folyadék lecsepeg az eredeti helyére.
Az eljárás a hővezető csövekkel összevetve azzal a nagy előnnyel rendelkezik, hogy sokkal jobban bírja a nagy terhelést. A hővezető csövek egy bizonyos mennyiségű energia hatására annyira felmelegednek, hogy hiába csapódik le a folyadék és indul vissza a kapillárisokban, el sem jut rendeltetési helyére, és már ismét gőzzé válik. Ezt hívják szaturációnak, ami sajnos azzal jár, hogy a hőszállítás sebessége drasztikusan lecsökken. A gőzkamra a nagyobb méret és a több folyadék miatt is sokkal jobban ellenáll ennek.
Lapozz tovább, a cikk folytatódik!
