Kodėl kompiuteriui reikia vėsinimo
Kai pirmą kartą atsukate kompiuterio korpusą, greičiausiai išgirstate tylų ūžesį – tai ventiliatoriai atlieka savo darbą. Bet kodėl jie iš viso reikalingi? Atsakymas paprastas: šiuolaikiniai procesoriai, vaizdo plokštės ir kiti komponentai veikdami generuoja milžinišką kiekį šilumos. Pavyzdžiui, galingas žaidimų kompiuterio procesorius gali išskirti 150-200 vatų šilumos, o vaizdo plokštė – net 300-400 vatų. Jei tos šilumos nespėtų pašalinti, temperatūra per kelias sekundes pakiltų iki kritinių verčių.
Kompiuterio komponentai pagaminti iš puslaidininkių, kurių savybės labai priklauso nuo temperatūros. Kai procesorius perkaista virš 90-100 laipsnių Celsijaus, jis pradeda dirbtinai lėtinti savo darbą (tai vadinama “throttling”), kad apsisaugotų nuo gedimo. O jei temperatūra pakyla dar labiau – sistema tiesiog išsijungia. Be to, nuolatinis perkaitimas gerokai trumpina komponentų tarnavimo laiką.
Ventiliatoriaus konstrukcija ir veikimo principas
Kompiuterinis ventiliatorius iš esmės yra labai paprastas įrenginys. Jo šerdyje – elektrinis variklis, kuris sukasi nuo 500 iki 3000 apsisukimų per minutę, priklausomai nuo modelio ir nustatymų. Prie variklio ašies pritvirtintos plastikinės ar metalinės mentės, kurios sukinėjasi stumia orą.
Dauguma šiuolaikinių kompiuterinių ventiliatorių naudoja vadinamuosius “brushless” (be šepetėlių) variklius. Skirtingai nuo senųjų variklių su anglies šepetėliais, šie veikia elektromagnetiniu principu ir yra daug patvaresni. Viduje yra stacionari ritė su elektromagnetais ir besisukantis magnetas. Keičiant elektros srovės kryptį ritėje, sukuriamas kintamas magnetinis laukas, kuris stumia ar traukia nuolatinį magnetą, versdamas jį suktis.
Tipiškas 120 mm kompiuterinis ventiliatorius turi 7-9 mentes, nors yra modelių ir su 11-13 menčių. Menčių forma nėra atsitiktinė – ji kruopščiai apskaičiuota, kad maksimaliai efektyviai stumiama oro srautas, tuo pačiu generuojant kuo mažiau triukšmo. Brangesnių ventiliatorių mentės turi sudėtingą išlenkimą ir netgi specialius įpjovimus kraštais, kurie sumažina oro turbulenciją.
Kaip oras juda per kompiuterį
Ventiliatorius pats savaime nieko nevėsina – jis tik juda orą. Vėsinimas įvyksta todėl, kad šiltas oras pašalinamas iš kompiuterio korpuso ir pakeičiamas vėsesniu oru iš aplinkos. Tai veikia pagal paprastą principą: šiluma persiduoda iš karštesnio kūno į šaltesnį.
Tipiniame staliname kompiuteryje ventiliatoriai išdėstyti strategiškai. Paprastai priekyje ir apačioje yra įpučiantys ventiliatoriai, kurie įtraukia šaltą orą į vidų, o gale ir viršuje – išpučiantys, kurie išstumia šiltą orą lauk. Toks išdėstymas sukuria oro srautą per visą korpusą. Šiltas oras natūraliai kyla į viršų, todėl viršutiniai išpučiantys ventiliatoriai dirba ypač efektyviai.
Labai svarbu, kad įpučiančių ir išpučiančių ventiliatorių balansas būtų tinkamas. Jei įpučiama daugiau oro nei išpučiama, korpuse susidaro teigiamas slėgis – tai padeda apsaugoti nuo dulkių, nes oras gali išeiti tik pro ventiliatorius su filtrais. Jei atvirkščiai – neigiamas slėgis, dulkės įsiurbiamos pro visas korpuso angas.
Procesoriaus aušintuvo veikimas
Ant procesoriaus paprastai matysite ne tik ventiliatorių, bet ir masyvų metalinį radiatorių. Šis derinys vadinamas procesoriaus aušintuvu arba cooler’iu. Radiatorius pagamintas iš vario ar aliuminio (arba abiejų kombinacijos) ir turi daug plonų plokštelių – tai vadinama “šilumnešio sparnais”.
Veikimo principas toks: procesorius generuoja šilumą, kuri per specialią terminę pastą (thermal paste) persiduoda į radiatorių. Termopasta užpildo mikroskopines oro kišenes tarp procesoriaus dangtelio ir radiatoriaus paviršiaus – oras yra labai prastas šilumos laidininkas, todėl be pastos vėsinimas būtų neefektyvus. Radiatorius šilumą paskirsto po visą savo paviršių, o ventiliatorius pučia orą pro radiatoriaus sparnus, pašalindamas šilumą.
Yra dviejų tipų procesoriaus aušintuvai: bokšto tipo (tower) ir horizontalūs (top-down). Bokšto tipo aušintuvai turi vertikalų radiatorių, per kurį oras pučiamas horizontaliai – tai efektyviau, bet užima daugiau vietos. Horizontalūs aušintuvai pučia orą žemyn į motininę plokštę – jie kompaktiškesni, bet paprastai silpnesni.
Vaizdo plokštės vėsinimo ypatybės
Šiuolaikinės vaizdo plokštės dažnai išskiria daugiau šilumos nei procesoriai, todėl jų vėsinimo sistemos būna ypač sudėtingos. Tipinė vidutinės klasės vaizdo plokštė turi 2-3 ventiliatorius, o galingiausiose modeliuose jų gali būti net 4.
Vaizdo plokštės ventiliatoriai veikia šiek tiek kitaip nei korpuso. Jie įmontuoti tiesiai ant plokštės ir pučia orą žemyn į radiatorių, kuris padengtas šilumines vamzdelius (heat pipes). Šie vamzdeliai – tai uždaros sistemos, kuriose yra skystis, garuojantis nuo karščio. Garai juda į vėsesnę vamzdelio dalį, ten kondensuojasi ir grįžta atgal – taip šiluma labai efektyviai perkeliama nuo GPU lustų į radiatorių.
Daugelis modernių vaizdo plokščių turi “zero RPM” režimą – kai temperatūra žema (pavyzdžiui, naršant internete), ventiliatoriai visai nesisuka. Tai sumažina triukšmą ir pratęsia ventiliatorių tarnavimo laiką. Kai temperatūra pakyla virš 50-60 laipsnių, ventiliatoriai automatiškai įsijungia.
Ventiliatorių valdymas ir reguliavimas
Nebent turite labai seną kompiuterį, jūsų ventiliatoriai greičiausiai reguliuojami automatiškai. Motininė plokštė turi specialius jutiklius, kurie stebi temperatūrą skirtingose vietose, ir reguliuoja ventiliatorių greitį pagal poreikį. Tai vadinama PWM (Pulse Width Modulation) valdymu.
PWM veikia taip: vietoj to, kad keistų įtampą, sistema greitai įjungia ir išjungia elektros srovę ventiliatoriui. Jei srovė tiekiama 50% laiko, ventiliatorius sukasi maždaug puse greičio. Jei 100% laiko – pilnu greičiu. Šis perjungimas vyksta šimtus kartų per sekundę, todėl ventiliatorius sukasi sklandžiai.
Ventiliatorių greitį galite reguliuoti BIOS nustatymuose arba specialiomis programomis kaip SpeedFan, Argus Monitor ar gamintojo programinė įranga. Galite nustatyti kreives, kurios nustato, kokiu greičiu turi suktis ventiliatorius esant tam tikrai temperatūrai. Pavyzdžiui, galite nustatyti, kad procesoriaus ventiliatorius suktųsi 30% greičiu, kai temperatūra žemiau 50°C, ir palaipsniui didėtų iki 100%, kai temperatūra pasiekia 80°C.
Dažniausios problemos ir jų sprendimas
Ventiliatoriai nėra amžini. Dažniausia problema – dulkės. Per mėnesius ir metus dulkės kaupiasi ant menčių ir radiatoriaus sparnų, sumažindamos oro srautą ir vėsinimo efektyvumą. Kompiuterį reikėtų valyti bent kartą per pusmetį, naudojant suslėgtą orą ar specialų dulkių pūstuvą. Tik nepūskite per stipriai tiesiai į ventiliatorių – greitas sukimasis be elektros gali sugadinti variklio ritę.
Kita problema – guolių susidėvėjimas. Ventiliatoriai naudoja įvairių tipų guolius: sleeve (įvorės tipo), ball bearing (rutuliniai) ar fluid dynamic bearing (hidrodinaminiai). Pigiausieji sleeve guoliai tarnauja 2-3 metus, o kokybiškesni hidrodinaminiai – 5-10 metų ar net ilgiau. Kai guoliai susidėvi, ventiliatorius pradeda bilsėti, vibruoti ar net visai nustoja suktis.
Jei ventiliatorius triukšmauja, pirma patikrinkite, ar į jį neįstrigęs koks laidas. Jei ne – greičiausiai reikės ventiliatorių keisti. Kai kuriuos ventiliatorius galima “atgaivinti” įlašinus lašelį specialios alyvos į guolį, bet tai tik laikinas sprendimas.
Dar viena problema – vibracija. Pigūs ventiliatoriai ar netinkamai pritvirtinti gali vibruoti ir perduoti triukšmą korpusui. Sprendimas – guminės tarpinės tarp ventiliatoriaus ir korpuso arba specialūs antivibraciniai tvirtinimai.
Ateities technologijos ir alternatyvos
Nors ventiliatoriai vis dar dominuoja, atsiranda ir kitų vėsinimo būdų. Skysčio aušinimas (liquid cooling) tampa vis populiaresnis, ypač tarp entuziastų. Čia vietoj oro per radiatorių teka vanduo ar specialus skystis, kuris daug efektyviau perkelia šilumą. Bet net skysčio aušinimo sistemose yra ventiliatoriai – jie vėsina radiatorių, per kurį teka skystis.
Yra ir visai pasyvių aušintuvų be jokių judančių dalių – tai didžiuliai radiatoriai, kurie šilumą išsklaidžia tik natūralios konvekcijos dėka. Tokie aušintuvai yra visiškai tylūs, bet tinka tik silpnesniems komponentams ar specialiems tylios sistemos projektams.
Mokslininkai eksperimentuoja su termoelektriniais aušintuvais (Peltier elementais), kurie atvėsina vieną pusę ir šildo kitą, kai pro juos teka elektros srovė. Problema ta, kad jie patys sunaudoja daug energijos ir reikalauja galingų ventiliatorių šiltajai pusei vėsinti.
Kaip pasirinkti tinkamą ventiliatorių ir išlaikyti sistemą
Jei reikia pakeisti ar pridėti ventiliatorių, pirmiausia žiūrėkite į dydį. Standartiniai dydžiai yra 80mm, 92mm, 120mm ir 140mm. Didesni ventiliatoriai gali pumpuoti tą patį oro kiekį sukdamiesi lėčiau, todėl jie tylesni. 120mm ir 140mm ventiliatoriai yra geriausias balansas tarp našumo ir triukšmo.
Oro srautas matuojamas CFM (cubic feet per minute) arba m³/h. Korpuso ventiliatoriams pakanka 40-60 CFM, procesoriaus aušintuvams reikia 60-100 CFM. Triukšmo lygis matuojamas decibelais (dB) – iki 25 dB yra beveik negirdimas, 25-35 dB – tylus, virš 40 dB – jau gana garsus.
Statinis slėgis (static pressure) svarbus, jei ventiliatorius turi stumti orą pro kliūtis – pavyzdžiui, pro tankų radiatorių ar dulkių filtrą. Oro srauto ventiliatoriai (airflow) geriau tinka laisvam oro judėjimui korpuse.
Praktiškai, jei kuriate tylią sistemą, rinkitės 140mm ventiliatorius su hidrodinaminiais guoliais ir PWM valdymu. Nustatykite juos suktis 40-60% greičiu ramybės būsenoje. Įsitikinkite, kad turite bent vieną įpučiantį ventiliatorių priekyje ir vieną išpučiantį gale. Valykit dulkes kas 3-6 mėnesius, priklausomai nuo aplinkos.
Termopastą ant procesoriaus reikėtų keisti kas 2-3 metus – ji išdžiūsta ir praranda efektyvumą. Naudokite kokybišką pastą kaip Arctic MX-4 ar Noctua NT-H1, ne pigią, kuri ateina komplekte su pigiais aušintuvais. Užtepkite ploną sluoksnį – per daug pastos yra taip pat blogai kaip ir per mažai.
Stebėkite temperatūras programomis kaip HWMonitor ar Core Temp. Normalios temperatūros: procesorius ramybėje 30-45°C, apkrautas 60-80°C; vaizdo plokštė ramybėje 30-50°C, apkrautas 65-85°C. Jei temperatūros aukštesnės – laikas valyti dulkes ar patikrinti aušinimo sistemą.
Ventiliatoriai – tai paprasta, bet geniali technologija, kuri leidžia mūsų kompiuteriams dirbti patikimai ir ilgai. Suprasdami, kaip jie veikia, galite geriau prižiūrėti savo įrangą ir išvengti daugelio problemų.