Nedir, Neden Isınırlar?
Öncelikle işlemcilerin neden ısındığına bakacak olursak işlemciler bilgisayar üzerindeki tüm verileri toplayıp dağıtan düzenleyen bir birimdir saniyede milyarlarca veri alışverişini elektrik akımı ile gerçekleştiren transistörler de haliyle elektrik enerjisinin bir kısmını ısı (termal) enerjisine çevirecektir. Bu ısı ise CPU (Central Process Unit) sıcaklığını yükseltecektir. İşlemcilerin gücünün yükseltilmesiyle bu sıcaklık artışı düşürülebilir ancak yine de işlemci çalıştığı ve üzerinden yüksek hızda elektrik akımı geçireceği için bu ısınmanın tamamen durdurulması çok zordur. Bu nedenle işlemcilerin zarar görmemesi için işlemcilerin soğutulmaya ihtiyacı vardır. İşlemci üreticileri genelde işlemcileri için 95°C dereceye kadar dayanım garantisi verse de işlemcilerin güvenli çalışma sıcaklıkları 75°C derece olarak kabul edilir. İşlemcileri bu sıcaklığın altında tutmak içinse, ya işlemci üzerindeki yükü azaltmak ki bunu genelde bilgisayar yazılımları otomatik yaparak işlemciyi korur ya da dışarıdan bir müdahale ile işlemci üzerindeki sıcaklık uzaklaştırılır. Bu yazıda da işlemcilerin bu soğutulma prensipleri analiz programı ile analiz edilerek incelendi.
Soğutma İşlemi Nasıl Yapılır?
Dizüstü ve masaüstü bilgisayarların işlemcisinin soğutulma işlemlerinde genelde hava veya sıvı bazlı soğutucu kullanılır. Hava ile soğutma işleminde işlemci üzerine termal macunla birleştirilmek üzere bakır bir metal çubuk monte edilir ısınan işlemci ısısını yüksek iletim katsayısı olan bakır metaline gönderir ısınan bakır metal ise ısısını bilgisayar içerisine dağıtırken soğutma fanı ile dışarıdan çekilen hava işlemci üzerine gönderilerek işlemci üstündeki sıcak hava dışarıya doğru atılır. Ayrıca işlemcilerin üzerinde bir yonga vardır buna entegre ısı yayıcısı (ya da ingilizce ismiyle IHS (İntegrated Heat Spreader) denir. Devre elemanı (PCB) üzerinden gelen akım termal yüzeye aktarılır termal yüzeyden ısı yayıcısına (genelde alüminyumdur) aktarılarak devre elemanı ısıdan korunmuş olur.
Sıvı ile soğutma işleminde ise ısı yayıcısının üzerinden soğutma sıvısı geçip ısıyı çeker çekilen bu ısı sayesinde işlemci soğur. Ayrıca işlemci üzerinden geçip ısınan sıvı radyatördeki fanlar sayesinde soğutulup tekrar işlemci üzerinden geçerek sürekli bir döngü halinde olur. İki soğutma türünü karşılaştırdığımızda ise dikkat çeken ilk şey hava ile soğutucu (su) arasındaki ısı iletim katsayısıdır zira suyun ısı iletkenliği havaya oranla 25 kat fazladır ayrıca suyun ısınması için havadan 4 kat fazla enerjiye ihtiyaç duyması işlemci soğutulmasında sıvı soğutucunun çok daha iyi bir soğutucu olacağını gösterir. Ancak bu performansına karşın maliyet yönünden sıvı soğutucunun kat be kat yüksek olması günümüzde sıvı soğutucunun yaygınlaşmama sebeplerinden biridir.
Hava İle CPU Soğutma
İşlemci analizinde öncelikle hava soğutmalı soğutucunun analizine bakalım. Burada işlemcinin ısı yayıcısı alüminyum malzemesinden seçilirken işlemcinin devre elemanı üzerindeki transistörler bakır olarak seçilmiş ayrıca işlemci üzerine temas edilerek bağlanmış metal de bakır olarak seçilmiştir. Geometri kısmında ise enclosure işlemiyle akış alanı (fluid domain) malzemelerle 30 mm aralıklı olarak dikdörtgen şeklinde ayarlanmıştır.
Tablo 1’deki değerlerinde de görüldüğü gibi işlemci üzerindeki ısı yayıcısı 373K sıcaklıktan yaklaşık 341K sıcaklığa düşerek 31K derece kadar soğuma gerçekleştirmiştir. İşlemcinin soğuması sırasında resimde görüldüğü gibi ısı bakır metale doğru akıp işlemci üzerindeki sıcaklığı düşürmüş ancak devre elemanın uçlarında sıcaklık 357K derece olmuştur. Bu analizde devre elemanını bakır olarak kabul ettiğimiz için bu değer normaldir gerçekte ise devre
elemanı kum silikondan yapıldığı için sıcaklığı çok daha düşük olacaktır.
Sıvı Soğutma ile CPU Soğutma
Sıvı soğutma analizinde ise işlemcinin ısı yayıcısı yongasının üzerinden soğuk su geçirip işlemci sıcaklığına etkisi incelenmiştir. Bu analizde fandan gelen havanın etkisi göz ardı edilip analize dahil edilmemiş sadece soğuk su ile soğutma işlemi gerçekleştirilmiştir. Suyun giriş hızı 5m/s ve sıcaklığı 283K derece olarak girilerek ısı yayıcısı 373K sıcaklığında girilmiştir. İşlemci yongası sıvı soğutma ile 373K dereceden 289K dereceye kadar düşmüştür.
Birbirlerine Göre Ne Kadar Soğutma Sağlıyorlar?
İki soğutma türünün analizi bu yazıda incelendi. İki soğutma tipi karşılaştırıldığında beklenildiği gibi suyla soğutma çok daha iyi bir performans verirken
işlemciyi daha iyi bir şekilde soğutmuş oldu. Hava ile işlemci sıcaklığı 31°C derece düşerken suyla işlemci sıcaklığı 84°C derece kadar düşmüş oldu. Yani tam olarak 53°C derece kadar fazla soğutma yapıp sıvı soğutmanın hava ile soğutmadan ne denli etkili bir soğutucu olduğunu göstermiş oldu.
Kaynakça
[1] https://www.intel.com.tr/content/www/tr/tr/gaming/resources/cpu-cooler-liquid-cooling-vs-aircooling.html
[2] https://www.donanimhaber.com/Kumdan_silikona_Bir_islemcinin_uretim_hikayesi–20417
[3] https://www.teknolojioku.com/donanim/islemcilernasil-uretiliyor-5a28f3bb18e540630d1d0482
[4] https://shiftdelete.net/islemciler-nasil-uretilir-21750
[5] https://thgtr.com/islemci-cpu-nasiluretili
