Охлаждение процессора ПК Януш Войчик

Rok wydania: 2019

Oprawa: miękka

Ilość stron: 208

Format: 158x235

Chłodzenie procesorów PC bez tajemnic

Komputery osobiste, stacje robocze i serwery zużywają w czasie pracy dużo energii elektrycznej, emitując przy tym sporo ciepła. Znaczna jego część jest wydzielana przez procesory, które są coraz szybciej taktowane i wyposażane w coraz większą liczbę rdzeni. Zbyt wysoka temperatura wewnątrz jednostek centralnych powoduje zmniejszenie stabilności pracy i szybsze zużycie podzespołów, a w konsekwencji pogorszenie wydajności i zwiększenie awaryjności. Dlatego tak istotne jest wprowadzanie technik efektywnego chłodzenia elementów elektronicznych i ciągłe poszukiwanie nowych rozwiązań w ramach badań w tym zakresie.

Książka jest przeznaczona dla osób zainteresowanych zgłębieniem aktualnej wiedzy na temat dostępnych technik chłodzenia procesorów komputerowych. Autor przedstawia teoretyczne podstawy zjawisk związanych z wymianą ciepła w elementach elektronicznych - prezentuje stosowane w tym zakresie modele i metody, szczegółowo opisuje badania nad chłodzeniem wykorzystującym powietrze, wodę i nanopłyny, a także omawia możliwości zwiększenia wydajności wymiany ciepła przy użyciu innych technik. To obowiązkowa pozycja dla każdego, kto zawodowo zajmuje się tą tematyką.

• Modele i metody używane w badaniach nad chłodzeniem procesorów
• Badania nad chłodzeniem procesorów przy użyciu powietrza
• Badania nad chłodzeniem z wykorzystaniem cieczy, w tym nanopłynów
• Historia i nowe techniki chłodzenia procesorów komputerowych

Spis treści

Wstęp 7

Rozdział 1. Historia a współczesność 9

Rozdział 2. Podstawy teoretyczne 19

• 2.1. Model oporu konwekcyjnego 19
• 2.2. Model dwóch oporów: opór konwekcyjny i płynu 21
• 2.3. Metoda LMTD 23
• 2.4. Metoda efektywność-NTU 24
• 2.5. Porównanie modeli efektywności wymiennika ciepła, oporu konwekcyjnego, dwóch oporów (dla stałego strumienia ciepła) i oporu całkowitego 26
• 2.6. Inne zalety stosowania metodologii wymienników ciepła 28

  2.6.1. Efekt wypychania 28

  2.6.2. Określenie wpływu omijania (bypass) 29

• 2.7. Spadek ciśnienia i wymiana ciepła w radiatorach o wlocie powietrza prostopadłym od góry 38

Rozdział 3. Badania odbioru ciepła wydzielanego przez procesor komputera PC za pomocą radiatora chłodzonego powietrzem 47

• 3.1. Opis instalacji i badania wstępne 47
• 3.2. Wpływ temperatury radiatora na pracę wentylatora 51
• 3.3. Współczynnik wnikania ciepła 51

Rozdział 4. Badania chłodzenia wodnego 61

• 4.1. Budowa bloku wodnego Zalman ZM-WB3 Gold 61
• 4.2. Opis stanowiska laboratoryjnego 64

  4.2.1. Obliczanie bloku chłodzącego 65

• 4.3. Obliczenia dla danych eksperymentalnych 66

  4.3.1. Przykład obliczeniowy 67

• 4.4. Wyniki obliczeń 68
• 4.5. Podsumowanie 75

Rozdział 5. Nanopłyny 77

• 5.1. Synteza nanopłynów 78
• 5.2. Gęstość nanopłynów 78
• 5.3. Dynamiczny współczynnik lepkości 80
• 5.4. Współczynnik przewodzenia ciepła 80

  5.4.1. Pomiar współczynnika przewodzenia ciepła nanopłynu z zastosowaniem metody Transient Hot Wire (THW) 85

  5.4.2. Budowa i zasada działania urządzenia pomiarowego 86

  5.4.3. Pomiar i opracowanie wyników 88

Rozdział 6. Chłodzenie nanocieczą procesora komputera osobistego 95

• 6.1. Pomiary 95
• 6.2. Numeryczna mechanika płynów (CFD) 97

  6.2.1. Preprocesor 99

  6.2.2. Solwer 99

  6.2.3. Postprocesor 100

• 6.3. Opis bloku chłodzącego i modelowania za pomocą preprocesora Gambit 100

  6.3.2. Tworzenie siatki 102

• 6.4. Modelowanie CFD we Fluencie 103

  6.4.1. Woda jako medium chłodzące 103

  6.4.2. Symulacje chłodzenia nanopłynem woda - CuO 108

  6.4.3. Podsumowanie 112

• 6.5. Rozważania i obliczenia Korpysia 112

  6.5.1. Model CFD 114

  6.5.2. Wyniki 116

  6.5.3. Podsumowanie 130

Rozdział 7. Postępy w chłodzeniu procesorów 133

• 7.1. Przewodzenie 133
• 7.2. Chłodzenie powietrzem 135

  7.2.1. Wentylatory 138

  7.2.2. Osady na powierzchni wymiany ciepła 138

  7.2.3. Innowacje 140

  7.2.4. Podsumowanie 151

• 7.3. Alternatywne metody chłodzenia procesorów PC 153

  7.3.1. Piezowentylatory 153

  7.3.2. Syntetyczne strumienie chłodzące 153

  7.3.3. Nanobłyskawice 154

  7.3.4. Chłodzenie cieczą 154

  7.3.5. Ciepłowody 156

  7.3.6. Zimne płytki 157

  7.3.7. Mikrokanały i minikanały 157

  7.3.8. Chłodzenie elektrohydrodynamiczne i elektrozwilżanie 161

  7.3.9. Chłodzenie ciekłym metalem 162

  7.3.10. Chłodzenie przez zanurzenie 164

  7.3.11. Uderzenie strumienia cieczy 170

  7.3.12. Chłodzenie aerozolem 171

  7.3.13. Chłodzenie w ciele stałym 173

  7.3.14. Chłodzenie w supersieci i heterostrukturze 177

  7.3.15. Chłodzenie termojonowe i termotunelowe 178

  7.3.16. Materiały bazujące na przemianie fazowej i akumulatory ciepła 179

• 7.4. Chłodzenie ekstremalne 181
• 7.5. Wnioski dotyczące rozwoju chłodzenia procesorów 186

  7.5.1. Podejście fenomenologiczne 186

  7.5.2. Architektura systemu oparta na technikach zarządzania ciepłem 186

  7.5.3. Monitorowanie obciążenia cieplnego 187

  7.5.4. Zrównoważony rozwój 187

  7.5.5. Potrzeba standaryzacji charakteryzacji opisu wydajności cieplnej hardware'u 187

• 7.6. Podsumowanie 188

Spis oznaczeń 203

Skorowidz 205