Kapitoly článku:
Pasta není jen na zuby
Před instalací chladiče na procesor libovolného typu je zvykem do jeho středu nanést malé množství teplovodivé pasty, která se po přimáčknutí styčných ploch rovnoměrně rozprostře. Tato obvykle mastná substance podobná tuku se postará o vyplnění miniaturních vzduchových mezer v materiálech dosedací plochy pasivní části chladiče a kovového rozptylovače tepla samotného procesoru. Tepelná vodivost takové pasty je mnohem vyšší než v případě vzduchu, naopak je ale nižší, než kdyby na sebe dvě kovové části dokonale dosedaly.
Nepodceňujte význam teplovodivé pasty, vyplní miniaturní vzduchové mezery a zvýší účinnost chlazení
I pasty mohou být různých kvalit, závisí především na použitém materiálu, od kterého se odvíjí jejich cena. Základní typy jsou tvořeny keramickým prachem rozmíchaným v silikonové nosné substanci. Setkáte se s nimi pod názvem keramická nebo silikonová pasta a jsou tím základním a zároveň nejlevnějším, co si v dané oblasti můžete dopřát. Větší tepelnou vodivostí se vyznačují pasty založené na přenosu tepla substancí s částečkami kovu. Obvykle je použito stříbro nebo hliník, tyto pasty jsou dražší, ale fungují lépe. Ještě o stupeň lepší jsou pasty s karbonovým základem, obvykle s diamantovým prachem nebo krátkými uhlíkovými vlákny. Kvůli jejich ceně se s nimi však setkáte jen výjimečně, v obchodech jsou běžně nabízeny pouze první dva typy.
Některé chladiče jsou teplovodivou pastou vybaveny od výroby, aplikujete-li ji sami, bohatě postačí kapka doprostřed procesoru
Záhada vodivosti
Tepelná vodivost je pro oblast chlazení podstatný parametr, který udává rychlost přenosu tepla v rámci daného materiálu. Právě to je stěžejní pro pasivní části chladičů, u kterých jde především o rychlý odvod tepla od procesoru směrem k jednotlivým žebrům, kolem kterých na velké ploše proudí vzduch z ventilátoru. Pro každý materiál lze vypočítat veličinu měrné tepelné vodivosti, tedy výkon (teplo za jednotku času), který projde deskou tlustou 1 m, jejíž jedna strana je o 1 K teplejší, než druhá. Celý tento mechanismus závisí na okolní teplotě, v rámci běžných provozních teplot uvnitř počítače v rozsahu cca 20–100 °C se ale neliší nikterak dramaticky.
Rozdíl v tepelné vodivosti různých materiálů si můžete sami vyzkoušet. Zatímco dotyk dřeva nebo gumy nepůsobí nikterak mrazivě, sáhnete-li třeba na hliníkový povrch notebooku, máte dojem, že je mnohem studenější, a to i v případě, že má naprosto shodnou teplotu s dřevěným či gumovým předmětem. Díky zhruba stonásobně vyšší tepelné vodivosti hliníku oproti dřevu dojde k okamžitému přenosu tepla pryč od vaší ruky, a tím i k pocitu většího chladu. Naopak dřevo se v místě dotyku zahřeje a teplo ruky jím prostupuje jen velmi pomalu.
Při šíření tepla uvažujeme tři základní typy: proudění (convection), vedení (conduction) a záření (radiation)
Z toho důvodu se pro styčnou plochu pasivního chladiče s procesorem používá nejčastěji právě hliník nebo měď. Dojde tím k rychlejšímu odebrání tepla chlazenému čipu a jeho rozvodu do jednotlivých žeber. Měděné jsou obvykle i trubice heatpipe, z principu jejich funkce rozptýlení tepla a jeho předávání pasivnímu bloku chladiče je opět vhodné, aby byl přenos energie co největší. Měrná tepelná vodivost se označuje písmenem λ (lambda) a jen pro představu v případě mědi činí 386 W∙m-1∙K-1. Hliník je na tom o něco hůře s hodnotou 237 W∙m-1∙K-1,lépe vede teplo například stříbro se 429 W∙m-1∙K-1 (vzpomeňte si na teplovodivé pasty a jejich složení) a nejlépe diamant s 895 W∙m-1∙K-1.
Kapacita, výkon
Z hlediska chlazení je dalším zajímavým pojmem tepelná kapacita. V konstrukci chladiče hraje znalost této fyzikální veličiny podstatnou roli, jelikož udává množství tepla, kterým se těleso zahřeje o 1 K. V případě chladiče jde především o dva parametry. Rychlý odvod tepla směrem od procesoru a současně pomalé zahřívání celého chladiče. Látka s dokonalými vlastnostmi neexistuje nebo by byla neúměrně drahá, proto se běžně používá kombinace mědi a hliníku. Zatímco měď tvoří styčnou plochu s procesorem a teplo od něj rychle odvede, hliník díky 2,3× vyšší tepelné kapacitě a stále dobré vodivosti teplo rozvádí do žebrování a přitom se sám pomaleji ohřívá. Měrná tepelná kapacita mědi je 383 J∙kg∙K-1, v případě hliníku je to 896 J∙kg∙K-1 a např. voda má 4 180 J∙kg∙K-1.
Tepelný výkon je množství vyprodukované tepelné energie ve wattech. V oblasti počítačového chlazení se nejčastěji setkáte s hodnotou Thermal Design Power (TDP), která určuje, jak velký tepelný výkon musí chladič zvládnout rozptýlit, aby nebyla u daného procesoru překročena mezní teplota. Nejedná se však o přesnou hodnotu tepelného výkonu, který procesor může vydat. Výrobci určují TDP pro „reálné maximální využití“, které však v praxi může být ještě o něco vyšší (i přesto, že pomineme případy přetaktování apod.). TDP není srovnatelné napříč výrobci, každý jej může určovat na základě vlastních, nestandardizovaných testů.
Nezapomeňte ofukovat
Pasivní bloky chladičů jsou sice tou důležitější a jak výrobně, tak výpočetně složitější částí, moderní procesory se ale obvykle neobejdou bez ventilátoru, který tento pasiv ofukuje, a tím zamezuje jeho prohřátí. Ventilátory mají v počítačích ale i jiný účel, kterým je vytvoření vzduchového tunelu směrem zepředu a zespod skříně s výfukem nahoře a vzadu. Ve skříni s dobře navrženým prouděním vzduchu lze s pořádným pasivem provozovat nepříliš „rozežraný“ procesor i bez přímého aktivního chlazení. Můžete tak použít větší ventilátory a počítač ztišit.
Vývoj ventilátorů neustává, koncept Rotosub upravuje geometrii lopatek, čímž produkuje zvuk v opačné fázi, než je přicházející hluk – mělo by to znamenat absolutní ticho
U ventilátorů je zajímavá především hodnota průtoku vzduchu, tedy jaké množství vzduchu dokáže protlačit na pasivní chladič za časovou jednotku. Průtok se obvykle udává v krychlových stopách za minutu (CFM) a závisí na otáčkách, tvaru a velikosti lopatek. Obecně platí, že větší ventilátor bude mít při nižších otáčkách i hlučnosti takové výsledky, kvůli kterým by se musel menší ventilátor točit se rychleji a být tak hlučnější.
Počítačový chladič je často podceňovaná komponenta – většina uživatelů se spokojí se základní, boxovanou verzí. Chlazení jako takové je ale neustále rozvíjený vědní obor a s nástupem kompaktnějších a výkonnějších mobilních zařízení bude vyvíjen tlak i na další zdokonalování odvodu tepla.
Článek vyšel v časopise Computeru číslo 23/11