[מדריך]קירור מערכת המחשב
הקדמה
עם הופעתן של מערכות מחשב מהירות ומתקדמות, כך גם הולכת ועולה סוגיית החום יותר ויותר, לא מעט אני רואה ושומע את השאלה הנפוצה כל כך : "איך אני מקרר את מערכת המחשב שלי ?", ובכן רבים אכן מחפשים תשובה, רעיון, עצה ואו פתרון לסוגיה זו. ואם גם לכם נמאס לשמוע את כל אותם "יועצים" אשר "יודעים הכול" ומיד נותנים את העצה "הטובה והמבוססת ביותר", איך לקרר את מערכת המחשב בצורה היעילה ביותר, כדאי לכם להמשיך ולקרוא.
מאמר זה נועד לכל אלו שרוצים לשפר את יכולות הקירור של מערכת המחשב שלהם, אך נושא הקירור חדש להם. מטרת המאמר היא לתת למשתמש ידע בסיסי שיאפשר לו להבין את תחום הקירור של מערכות המחשב טוב יותר, וכמו כן גם משתמשים מנוסים המכירים את נושא הקירור יוכלו למצוא כאן כמה טיפים, רעיונות, עצות ומידע כללי, אשר יעזרו ויוסיפו לידע שכבר רכשו. המאמר אינו מתיימר לכסות את כל נושא תחום הקירור, שהוא תחום רחב מאוד ואף השיטות לקירור המערכת מתפתחות ותמיד ישנם רעיונות חדשים בתחום זה.
למעשה ישנם גורמים רבים בהם יש להתחשב ולקחת בחשבון לפני שניגשים לפתרון מעשי לבעיה. בשלב הראשון יש לזהות את הגורם לאותה הבעיה, לכן זוהי נקודת המוצא.
אילו רכיבים מתחממים במחשב ?
המעבד – זהו לב המערכת, רכיב זה מבצע את רוב פעולות החישוב במחשב. המעבד הוא הרכיב אשר מתחמם מאוד וברוב המקרים מגיע לטמפרטורות הגבוהות ביותר במערכת. זהו הרכיב אשר לרוב מקבל את רוב תשומת הלב בניסיון הורדת החום במערכת. ופתרונות הקרור למעבד הינם רבים ומגוונים מאוד עם מגוון רחב מאוד של מוצרים ושיטות קירור.
הכרטיס הגרפי - הכרטיסים הגרפיים החדישים משמשים להאצת ביצועי 3D. ה-GPU (יחידת העיבוד הגראפי) שלהם הוא למעשה מעבד לכל דבר אשר גם בו מתפתח חום רב, אם במערכת מותקן כרטיס גראפי "מתקדם" , סביר להניח שהוא מתחמם, אם זה אחד הכרטיסים החדישים הנפוצים כיום בשוק נראה כי הוא יתפוס את המקום השני בייצור החום במערכת. ורק לצורך הבהרה, כל כרטיס גראפי אשר מגיע עם קירור פסיבי (גוף קירור) או קירור אקטיבי (מאוורר) מהיצרן, סביר להניח כי הוא יצרן חום לא קטן במערכת.
הכונן הקשיח - כונני ATA 66/100/133 ו- SCSI מגיעים לטמפרטורות גבוהות, הדעה הרווחת היא כי המנוע בתוך הכונן גורם לייצור החום הרב, אומנם חלק ניכר מהחום בכונן נוצר עקב חיכוך החלקים הנעים והאויר הנמצא בכונן, אך האחראי לרוב ההתחממות הוא בעצם הבקר של הכונן הקשיח. זוהי הסיבה לכך שאמצעי קירור תחתי (באזור הבקר ) לכונן הקשיח עדיף על פני הצמדת גוף קירור גדול לחלק העליון של הכונן אשר אינו תורם רבות בהורדת החום של הכונן הקשיח.
הגשר הצפוני - הגשר הצפוני הינו בקר מיוחד המהווה חלק מערכת השבבים (chipset) ונמצא על לוח האם. הבקר הזה שולט על רכיבים מהירי אפיק. לרוב רכיב זה מתחמם אך אינו מהווה בעיה במידה ומארז המחשב מקורר בצורה טובה. למרות זאת שיש לקחת בחשבון את קירור הגשר הצפוני אם מבוצעת המהרה במערכת. לרוב הוא מגיע עם קירור פסיבי או קירור אקטיבי המותקן עליו ע"י היצרן.
הזיכרון - יש הסבורים כי הזיכרונות זקוקים לקירור וכיום ניתן לראות אופנה הולכת וגדלה בגופי קירור בצבעים שונים הנצמדים לזיכרונות ואף מאווררים קטנים המותקנים על הסטיקים של הזיכרון. הזיכרונות אכן מתחממים אך קניית זיכרון איכותי תהיה לתועלת רבה יותר מאשר קניית זיכרון "יפה" יותר. אם מבוצעת המהרה למערכת, יתכן ויהיה צורך בקירור מסוים עבור הזיכרונות.
רכיבים נוספים - בקרי SCSI, ספק כוח, כונן תקליטורים וכרטיסי הרחבה נוספים יכולים להתחמם, כל זה מוסיף לחום המארז. אך שוב, מארז אשר מקורר בצורה טובה יספק קירור מספיק עבור רכיבים אלו.
גורמים חיצוניים שיש לקחת בחשבון
לאחר שזיהינו אילו רכיבים ישפיעו על עליית הטמפרטורה בתוך המארז, ניתן להתרכז בגורמים אשר יגרמו לרכיבים אלו להתחמם. את הסיבות העיקריות נפרט בהמשך :
טמפרטורת האוויר הסביבתי - לפי דעתי זהו הגורם העיקרי אשר משפיע, משום שזהו האוויר בו אנו משתמשים לקירור המערכת. אם הטמפרטורה הסביבתית היא 28oc אזי הטמפרטורה הנמוכה ביותר אליה נוכל להגיע באמצעות קרור אויר היא 28oc. גוף הקירור של המעבד מסוגל לספוג כמות מוגבלת של אנרגיית חום מהמעבד, אם הטמפרטורה הראשונית של גוף הקירור היא כבר 28oc, כלומר יוכל המעבד להעביר אליו פחות חום.
בכדי לסביר זאת בצורה שונה אשתמש בדוגמה של שני מיכלי קיבול לנוזל. הנוזל ישמש בדוגמה וישחק את תפקיד הטמפרטורה, כלומר יותר נוזל משמע חום גבוהה יותר. כלי אחד ימלא את תפקיד המעבד ואילו הכלי השני ימלא את תפקיד גוף הקירור. כעת נניח שהכלי הראשון שהוא המעבד מלא בנוזל, כלומר הטמפרטורה שלו גבוהה. אני רוצה להוריד את הטמפרטורה ע"י העברת הנוזל לכלי השני שהוא גוף הקירור. ע"י כך תקטן כמות הנוזל כלומר החום בכלי שהוא המעבד. אבל, אם בכלי השני אשר משמש כגוף הקירור כבר יש נוזל והוא אינו ריק בנקודת המוצא, ניתן יהיה להעביר אליו כמות מוגבלת יותר של נוזל. ובעצם יכולת הספיגה שלו קטנה וכך גם יכולת הורדת החום מהמעבד. מקווה שלא סיבכתי אף אחד : ).
ע"י שימוש במערכת קירור מים ניתן לקבל תוצאות קרור טובות יותר מאשר ע"י קרור אויר משום שניתן להגיע לטמפרטורה נמוכה יותר מאשר טמפרטורת האויר הסביבתי. אחת הסיבות לקירור חדרי מחשבים ושרתים היא הורדת הטמפרטורה הסביבתית ובכך לאפשר קירור טוב יותר למערכות.
חשוב מאוד לשים לב למיקום המארז, לא מומלץ להכניס את המארז לתוך נישות ותאים סגורים כמו שיש בשולחנות המחשב הכל כך נפוצים, והסיבה לכך כבר אמורה להיות ברורה.
זרימת האויר - זרימת האויר הינה חשובה ביותר לקרור מערכת המחשב. אם אויר קר אינו נכנס למערכת ואויר חם אינו יוצא מהמערכת, נקבל מערבולת של אויר חם אשר נוצר מהרכיבים המתחממים בתוך המארז ואויר זה ישמש אותנו ל-"קרור" ? חוזר של רכיבי המערכת.
יש הסבורים כי התקנת מספר רב של מאווררים במערכת תאפשר זרימת אויר טובה יותר, אין זה נכון. שני מאווררים המזרימים אויר האחד מול השני יגרמו ליצירת "כיס אויר" ובכך ימנעו מאויר חם לצאת מתוך המארז.
מכשול נוסף לזרימת אויר בתוך המארז הוא החלקים השונים כגון חוטים, כרטיסים וכבלים. האוויר אינו יכול לזרום דרך רכיבים אלו והוא חייב למצוא מעבר סביבם ולעיתים הוא מוחזר ואינו מגיע למקומות ולרכיבים אליהם הוא אמור להגיע לצורך קירור.
לחץ האוויר - דרך גוף הקירור ניתן לדחוף כמות מוגבלת של אויר, אם ננסה לדחוף כמות אויר גדולה יותר תיווצר מערבולת אויר, אשר תגרום לזרימת אויר מוגבלת מאוד. ניתן להמחיש זאת ע"י דוגמה של מזיגת נוזל דרך משפך, אם ננסה לשפוך בבת אחת כמות של ליטר נוזל לתוך משפך המסוגל להכיל כמות של כוס שתייה בלבד, ישפך רוב הנוזל ויגלוש מעל שפת המשפך. פרודות האוויר אשר נתקלות במחסום מוחזרות ופוגעות בפרודות אויר אחרות עד אשר נוצרת מערבולת אויר המגבילה את זרימת האוויר לגוף הקירור. כמו כן ישנה דרך ע"י סידור מאווררים ליצור אזורים של על-לחץ ואזורים של תת-לחץ בתוך המארז. ברוב המקרים אזורים אלו לא ישפיעו בצורה משמעותית על קירור המערכת, ניתן לקבל ירידה של כמעלה בטמפרטורה.
אזור של תת-לחץ נוצר כאשר מאוורר המוציא אויר מהמארז שואב כמות גדולה יותר של אויר מאשר המאוורר המכניס אויר פנימה לתוכו. אזור של על-לחץ נוצר בצורה ההפוכה, כאשר כמות האוויר הנכנסת באמצעות המאווררים גדולה מכמות האוויר אשר יוצאת החוצה באמצעות המאווררים המוציאים. לדעתי השיטה הטובה ביותר לקירור המארז מתקבלת ע"י זרימה שווה ואחידה של כמות אויר בתוכו. כלומר כמות אויר הנכנסת זורמת דרך המארז ואותה כמות האוויר גם יוצאת מהמארז.
כיצד לקרר את המארז ?
ישנן שיטות רבות ותצורות מיקום מאווררים מגוונות, בכדי לקבל תוצאות קירור טובות למארז. אני אתרכז בהסבר של שתי שיטות, אשר לדעתי יספקו זרימת אויר טובה ואחידה וישיגו תוצאות קירור טובות עבור המארז ורכיבי המערכת כולה.
שיטת הקירור הקדמי – בשיטה הראשונה עליה אדבר, נכניס אויר ממאוורר הממוקם בחזית המארז ונפלוט אויר מהמארז דרך מאוורר הממוקם בגב המארז. חלק מיצרני המארזים המוכרים משתמשים בשיטת קירור זו כמו לדוגמה מארזי חברות Antec, Chieftech, Thermaltake ועוד.
הכנסת האויר דרך מאוורר הממוקם בחזית מאפשרת זרימת אויר דרך רוב הרכיבים בעלי הפוטנציאל לייצר חום. החסרון בשימוש בשיטה הזו הוא הקושי לשמור על זרימה אחידה ורציפה של אויר דרך המארז עקב הימצאותם של רכיבים בקו זרימת האוויר החוסמים והמגבילים את הזרימה דוגמת כבלים, חוטים, כרטיסים ועוד.
בעיה נוספת היא חסימת האוויר הנכנס ע"י הפאנל הקדמי של המארז ופתחי כניסת אויר קטנים מידי, אשר אינם מאפשרים למאוורר לנצל את מלוא פוטנציאל היניקה שלו. בעיה זו תקטין בצורה משמעותית את כמות האוויר אשר תזרום בתוך המארז.
בתמונה ניתן לראות את הפתח הצר בתחתית חזית המארז המשמש לכניסת האוויר וביצוע השינוי ע"י הוספת שני פתחים עגולים המגדילים בצורה משמעותית את כמות האוויר הנכנס.
התגברות על בעיה זו הינה דיי פשוטה ונתונה ליישום ע"י ביצוע מוד קטן למארז, כמו פתיחת פתח או פתחים נוספים במכסה החזית של המארז - דבר שיאפשר לכמות אויר גדולה לזרום פנימה דרך מאוורר הכניסה בחזית. פעולה זו בלבד תאפשר במקרים מסוימים להכפלת ה-CFM.
ברוב המארזים המבוססים על שיטת קרור זאת ממוקמים המאווררים בשלושה מקומות במארז:
- מאחורי המעבד תחת ספק המתח בתור מאוורר פליטה .
- בחזית המארז בחלק התחתון להכנסת אויר.
- בחזית המארז מול כלוב הכוננים הקשיחים להכנסת אויר.
הערה : בגלל שאויר קר אינו נוטה לעלות למעלה , מאוורר החזית יפיק תועלת מעטה בלבד לקרור הרכיבים, אלא אם נטה את כיוון זרימת האוויר כלפי מעלה. זאת ניתן להשיג במספר דרכים, שיטה אחת היא הוספת "ספויילר" תחת המאוורר אשר יטה את כיוון זרימת האוויר כלפי מעלה אל עבר הרכיבים אותם נרצה לקרר כלומר המעבד, הכרטיס הגראפי והגשר הצפוני.
שיטה שנייה ופשוטה יותר ליישום היא הוספת דסקיות בחיבור שני הברגים התחתונים של המאוורר כך שהוא יותקן בזוית אשר מטה את המאוורר כלפי מעלה ותאפשר הזרמת האוויר אל עבר הרכיבים אותם אנו מעוניינים לקרר. יש צורך בזוית קטנה בלבד לקבלת האפקט המבוקש.
התמונות ממחישות את כיווני הזרימה בשיטת הקירור הקדמי. חשוב להבין כי האוויר הזורם דרך המאווררים אינו זורם בקו ישר אלא בצורה מעגלית, ככל שהאויר מתרחק מהמאוורר כך גם יגדל רדיוס הספיראלה וכן יקטן ה-CFM.
ספק המתח יוכל לשמש גם כן כמאורר פליטה לאויר חם מהמארז. האויר החם נוטה לעלות למעלה ולכן מיקום הספק מעל המעבד יאפשר יניקת אויר חם מאזור המעבד ופליטתו החוצה מהמארז. זאת גם הסיבה שספקים בעלי שני מאווררים אשר האחד ממוקם בתחתית הספק ממש מעל המעבד יונק אויר לתוכו והשני ממוקם בגב הספק פולט אויר מחוץ לספק מומלצים ע"י חברת AMD לשיפור קירור המעבד והמערכת כולה.
שיטת הקרור הצידי - מניסיוני שיטה זו יעילה יותר משיטת הקירור הקדמי, בשיטה זו משתמשים במאוורר המותקן על דלת הצד של המארז אשר מכניס אויר ישירות אל עבר הרכיבים אותם נרצה לקרר. יתרונה הבולט של השיטה הזו הוא שאין כמעט דבר החוסם את זרימת האוויר המוכנס למארז לקירור הרכיבים היות והוא ממוקם ממש מול המעבד, הכרטיס הגראפי והגשר הצפוני. אם נבחר מאוורר המספק כמות אויר גבוהה נוכל לקבל זרימת אויר וקירור אופטימאליים לכל הרכיבים במארז. ההשקעה בהתקנת מאוורר על דלת הצד של המארז אינה גדולה במיוחד, כל מה שצריך הוא קדיחת פתח או חלון עם פתח למאוורר (לחובבי המודינג) בצד הדלת והתקנת המאוורר.
מאוורר הפליטה לרוב ממוקם תחת הספק מאחורי המעבד ומאפשר פליטת אויר חם אל מחוץ למארז, כמו כן גם הספק יכול לשמש כאמצעי לפליטת אויר חם מאזור המעבד כפי שהוסבר כבר קודם.
שיפור נוסף שניתן להוסיף למערכת הוא התקנת מאוורר פולט בתקרת המארז. מאוורר בעל יכולת יניקה גבוהה ישאב את האוויר החם העולה לאזור החלק העליון של המארז ויפלוט אותו החוצה, דבר שמאפשר הורדת הטמפרטורה בצורה טובה יותר וימנע הצטברות מערבולות באזור המעבד.
נקודות נוספות
להלן מספר נקודות נוספות שרצוי לקחת בחשבון, אשר יכולות להועיל בקירור המערכת, בחלקן נגעתי כבר אך בכל זאת שווה לציינן שוב.
סידור החוטים והכבלים - רצוי להשתמש בכבלי IDE ו-Floppy מעוגלים אשר תופסים פחות נפח ומקטינים את חסימות האוויר אשר מגיע מהמאווררים אליהם. ניתן לקנות כבלי IDE מעוגלים מוכנים או להשתמש במדריך המופיע באתר, דבר אשר יוזיל את העלות על רכישת כבלים מוכנים. רצוי להצמיד קבוצות חוטים האחד לשני ולנתבם צמוד לדפנות המארז בכדי לצמצם את כמות החוטים במרכז חלל המארז - דבר אשר יקטין את חסימת זרימת האוויר דרכו.
שימוש במאווררים יעילים - אמנם ניתן לבחור במאווררים אשר מספקים CFM גבוהה כגון מאווררי DELTA אך הם רועשים מאוד, המלצתי היא לבחור במאווררים אשר יספקו יחס אופטימאלי של יכולת אספקת אויר, ב-CFM מקסימאלי מול ייצור עוצמת רעש מינימאלי, בין מאווררי 80 מ"מ המומלצים יופיעו : Thermaltake Smart Fan 2, Enermax Adjustable ו- Panaflow L1A .
קירור לכונן הקשיח - החום מקצר את אורך חייהם של הרכיבים השונים וביניהם גם הכונן הקשיח. כפי שכבר ציינתי בתחילת המאמר, כוננים קשיחים מהירים מייצרים חום המועבר דרך גוף הכונן אל חלל המארז ומשפיע על הטמפרטורה השוררת בתוכו. בכדי לקרר את הכונן הקשיח ניתן להשתמש במאוורר המותקן מול כלוב הכוננים הקשיחים ומזרים אויר על הכונן הקשיח ומאפשר קירור יעיל לכונן, או לחילופין ניתן להשתמש בהתקן קירור תחתי לכונן, זוהי שיטת הקירור היעילה יותר.
קירור יעיל למעבד - לצורך קירור המעבד ניתן להשתמש במספר שיטות קירור, מערכת קירור מים, קירור אקטיבי של אויר בשילוב גוף קירור HSF (השיטה הנפוצה ביותר) שיטת Peltier ועוד. אני לא נכנס להסבר על כל שיטה משום שזהו נושא רחב המצריך מאמר בפני עצמו. מומלץ להשתמש במערכת קרור איכותית ואם משתמשים בקרור אויר, רצוי לבחור גוף קירור איכותי ומאוורר בעל יחס טוב כמות אויר מול עוצמת רעש נמוכה.
קירור טוב יותר מושג ע"י שימוש במשחה תרמית מאיכות טובה כמו משחות מתוצרת חברת Arctic Silver . תפקיד המשחה התרמית הוא לשפר את מעבר החום מהמעבד אל גוף הקרור ע"י שיפור פני משטח המגע בין ליבת המעבד לגוף הקירור.
סיכום
קירור המערכת אינו נושא שניתן להתעלם ממנו. ייצוב מערכת בעלת טמפרטורות מיטביות לא רק יחסך כסף ע"י הארכת אורך חיי הרכיבים במערכת, אלא גם יאפשר למערכת לעבוד בצורה יציבה יותר.
במאמר זה לא נכנסתי בכוונה בצורה מפורטת לשיטות קירור הרכיבים עצמם משום שהנושא רחב לטעמי וזה מצריך מאמר נפרד. כמו כן תמיד רצוי להישאר עם טעם של עוד... : )
