Protsessori jahutussüsteem

Protsessori jahutussüsteemi ülesanne on juhtida soojust eemale keskseadmest ja graafikaprotsessorist, et nad üle ei kuumeneks. Nende arvutikomponentide jaoks on vajalik spetsiaalne jahutussüsteem, sest nad eraldavad palju soojust ja ilma piisava jahutuseta on nende töö häiritud ja nad võivad hävida. Protsessori jahutussüsteemi ehk protsessorijahuti põhikomponent on radiaator, millele lisandub enamasti ka ventilaator.

Arvutiprotsessori soojuslikud iseärasused

Protsessorijahutid peavad erinevalt muude elektroonikakomponentide jahutussüsteemist vastama teatud erinõuetele:

erinevalt näiteks võimsustransistoridest, mille soojust ülekandev kontaktpind on võrdlemisi suur, tuleb protsessoris eralduv suur võimsus (sageli üle 100 W) välja juhtida läbi väikese, sõrmeküünesuuruse kontaktpinna; seepärast on eriline tähtsus protsessori ja jahuti vahelisel soojusülekandel;
nad peavad nii kujult kui ka jahutamisvõimekuselt olema sobitatud kindla protsessoritüübiga; seetõttu vajab iga järjekordne protsessorite põlvkond uut võimekamat jahutit;
otse protsessorile monteeritava jahuti võimekuse suurendamisega kaasneb enamasti ka jahuti massi kasv, mis nõuab mehaanilise stabiilsuse suurendamist;
jahuti ventilaatori tekitatava müra tase tuleb hoida nii madalal, et müra ei ületaks töökaitsenõuetega kehtestatud piire.

Inteli protsessori jahutussüsteem.
Allikas: Wikimedia

Sülearvuti torujahutussüsteem, kus soojus kandub protsessorilt ära nii vahetu soojusülekande teel kui ka olekumuutuse põhimõttel

Jahutussüsteemide liigid

Õhkjahutus

Õhkjahutus võib olla passiivne ja aktiivne.

Passiivse jahutuse korral eemaldatakse eralduv soojus radiaatori suure (nt ribilise) pinna kaudu ümbritsevasse õhku; soojuse tõhusamaks eraldamiseks kasutatakse soojustorusid (vt allpool)

Aktiivses jahutussüsteemis kasutatakse soojusülekande oluliseks tõhustamiseks sundkonvektsiooni, mis saavutatakse ventilaatori abil. Tekitatava õhuvoolu suuna järgi eristatakse aksiaal- ja radiaalsihilisi ventilaatoreid.

Poolpassiivne jahutus, mis kasutab soojuse ärajuhtimiseks samuti sundkonvektsiooni, kuid ventilaator ei paikne mitteprotsessoril vaid emaplaadi ees. Seal tekitatakse väga võimas ohuvool, mis jahutab ühtlasi ka mälukomponente. Kõrge mürataseme tõttu saab seda moodust kasutada näiteks serverikeskustes.

Vesijahutus

Vesijahutus põhineb sellel, et protsessorilt hajunud termiline energia kandub üle torudes liikuvale veele. Niisugune jahutusviis on väga tõhus, sest soojusmahutavus on palju suurem kui õhul. Vesijahutussüsteemi tööpõhimõte sarnaneb automootori jahutussüsteemi tööpõhimõttega. Protsessori peal asetseb vasest jahutusplokk, millest liigub läbi vedelik, jahutades protsessorit. Soojenenud vedelik liigub mööda torusid või voolikuid radiaatorisse, kus ta jahtub ja suundub uuesti jahutusplokki. Tihtipeale on radiaatori küljes ventilaator, et jahutus oleks efektiivsem. Vesijahutussüsteemiga kaasneb risk, et kui jahutussüsteem lekib, võivad arvuti komponendid saada vedelikukahjustusi.

Vesijahutus võimaldab samal ajal ja sama süsteemi kasutades jahutada mitut komponenti. Nii on võimalik jahutussüsteemi ühendada korraga nii protsessor, graafikaprotsessor kui ka mitmed teised jahutust vajavad komponendid. Erinevalt õhkjahutusest pole vesijahutus nii suurel määral mõjutatud ümbritseva keskkonna temperatuurist. Vesijahutust hinnatakse ka suhteliselt madala mürataseme pärast.

Soojustorudega jahutus

Soojustorudega jahutussüsteemis liigub jahutusvedelik üle protsessori peentes vasktorudes (vaske kasutatakse tema hea soojusjuhtivuse pärast). Protsessorist eralduva soojuse mõjul vedelik aurustub, eemaldades seejuures protsessorilt intensiivselt soojust soojust. Jahutatavast komponendist eemaldudes aur kondenseerub ja kondensaat voolab protsessori juurde tagasi. Jahtumine võib toimuda komponendist eraldi asuvas radiaatoris. Süsteem töötab tõhusalt ja müratult.

Arvutites kasutatakse süsteemi, kus komponendi radiaator on ühendatud teise, suurema radiaatori külge. Nii radiaatorid kui ka nendevaheline ühenduslüli on seest õõnsad, moodustades ühe soojustorustiku. Selline süsteem edastab komponendilt eralduva soojuse läbi komponendi radiaatori suuremasse radiaatorisse ning viimane hajutab soojuse ümbritsevasse keskkonda. Soojustorud on märkimisväärselt efektiivsed, kuid kallid. Tavaliselt kasutatakse neid sülearvutites ja väiksema korpusega lauaarvutites, kus ruumi komponentide paigutamiseks ja õhu liikumiseks on vähe. Soojustorud leiavad kasutust ka stuudioarvutites, mida kasutatakse muusika salvestamisel.

Olekuvahetusega jahutus

Olekuvahetusega süsteem on efektiivne viis protsessori jahutamiseks. Selles kasutatakse ära aine oleku vahetust. Süsteem koosneb kompressorist (sarnaneb õhukonditsioneerides kasutatavatega) ning torust, mis viib protsessorini. Toru sees hoitakse gaasi või gaaside segu, mis täidab soojuse transportimise ülesannet. Kompressor surub gaasi kokku, kondenseerides seda vedelikuks. Vedelik pumbatakse protsessori juurde, kus see neelab komponendilt eralduva soojuse ja aurustub. Aurustumine võimaldab saavutada temperatuuri vahemikus −15 .... −150 °C. Aur laskub tagasi kompressori juurde ning kogu tsükkel algab otsast peale. Olenevalt protsessori töökoormusest, võimsusest, kasutatavast külmutussüsteemist ja jahutusaine koostisest on võimalik jahutada protsessorit kuni temperatuurini −150 °C.

Termoelektriline jahutus

Termoelektrilisel nähtusel põhinevad jahutuselemendid koostatakse mitmest omavahel ühendatud osast, mis omakorda koosnevad kümnetest või isegi sadadest kõrvuti asetatud termopaaridest. Selline ülesehitus võimaldab märkimisväärsete soojushulkade ülekannet. Termopaaride valmistamiseks kasutatakse tavaliselt vismuti ja telluriidi kombinatsiooni.

Kuna termoelektriline jahuti toimib aktiivse soojuspumbana, võimaldab see jahutada komponentide pinda ümbritsevast õhust madalama temperatuurini. Sellist efekti pole võimalik saavutada vesijahutust või soojustoru kasutades.

Aktiivjahuti

Passiivjahuti

Sülearvuti jahuti

Sülearvuti jahuti (ka jahutusalus või -matt) on tarvik sülearvutile selle töötemperatuuri alandamiseks. Tavaliselt kasutatakse seda siis, kui sülearvuti ventilaator ei jahuta arvutit piisavalt maha ning tekib ülekuumenemise oht. Jahutusmatt alandab arvuti temperatuuri 15–20%. Jahutusalusele asetatud arvutit saab kasutada laual või ka süles hoides. Mõningatel jahutusalustel on võimalus reguleerida töötasapinna nurka, et oleks mugavam sülearvutiga tööd teha.

Jahutusalus võib olla kas passiivne või aktiivne. Aktiivjahutid liigutavad otseselt soojust arvutist eemale, suurendades õhu liikumiskiirust läbi sülearvuti korpuse, samal ajal passiivne meetod aitab soojust eemale juhtida soojust juhtivate materjalide abil. Passiivne jahuti võib ka lihtsalt tagada parema õhu juurdepääsu.

Aktiivjahutid varieeruvad suuruse, ventilaatorite arvu ja suuruse, võimsustarbe ja nendele kinnitatud lisade poolest. Kui valida endale aktiivjahutit, siis peaks jälgima kus asub sellel ventilaator ja kus on sülearvuti jahutusventilaator, sest kohakuti asetsevad ventilaatorid tagavad parima jahutustulemuse.

Paljud aktiivjahutid töötavad sülearvuti USB-liidese kaudu, aga neid on ka võrgutoitega. Kolmas võimalus on patareitoitega jahutusalus. Enamikul jahutitel on ka sisseehitatud USB-jaotur, ka näiteks kaardiluger. Jahuti voolutarve on võrreldes kuumusealandamisega väike. See oleneb ventilaatorite arvust jahutil. Sülearvuti USB maksimaalne vooluväljund on 2,5 amprit.

Jahuti ventilaatori töötab enamasti võrdlemisi vaikselt, ventilaatori töökiirus jääb 1500 p/min juurde. Mõnel mudelil saab ventilaatori kiirust muuta.