Khi các chip trở nên nhanh hơn và mạnh hơn, mức tiêu thụ năng lượng cũng tăng theo. Thật không may, sự gia tăng công suất này đi kèm với sự gia tăng nhiệt lượng sinh ra. Khi chip quá nóng, chúng sẽ giảm xung nhịp nhiệt (thermal throttling). Nếu không, chúng sẽ quá nhiệt và hỏng hóc.
Nhưng nhà sản xuất GPU và CPU làm sao để giữ nhiệt độ thấp? Họ dùng công nghệ gì để tận dụng tối đa silic mới? Hãy xem các kỹ thuật làm mát mà nhà sản xuất PC sử dụng để đẩy máy tính lên tiềm năng tối đa.
Tối đa hóa hiệu năng máy để bàn
Những người đam mê máy tính luôn tìm đến PC để bàn khi muốn sức mạnh và hiệu năng thô. Đó là vì case máy để bàn không bị giới hạn bởi không gian và khả năng di động. Mặc dù một số PC để bàn được thiết kế nhỏ gọn, di động, nhưng hầu hết các máy để bàn khác tối đa hóa không gian và luồng không khí, cho phép lắp đặt các hệ thống làm mát lớn và phức tạp.
Quạt và tản nhiệt (Heatsinks)
Lâu trước khi chip hiệu năng cao tiêu thụ hàng trăm watt, hầu hết máy tính dùng quạt và tản nhiệt để làm mát. Nhìn bề mặt, tản nhiệt dường như gắn trực tiếp lên bộ vi xử lý.
Tuy nhiên, thường có một lớp keo dẫn nhiệt mỏng giữa tản nhiệt và bộ vi xử lý giúp dẫn nhiệt hiệu quả ra khỏi chip. Quạt sau đó thổi luồng không khí qua các rãnh của tản nhiệt, làm mát tản nhiệt, từ đó làm mát bộ vi xử lý.
Mặc dù hệ thống làm mát nước đang ngày càng phổ biến, đặc biệt đối với chip hiệu năng cao và ép xung (overclock), hầu hết hệ thống máy tính hiện nay vẫn dùng quạt và tản nhiệt. Đó là vì chúng giá rẻ, dễ cài đặt và không có rủi ro hỏng hóc điện tử nhạy cảm nếu quạt hỏng.
Làm mát bằng chất lỏng (Liquid Cooling)
Như tên gọi, kỹ thuật này dùng chất lỏng làm mát để kiểm soát nhiệt độ PC. Thường bao gồm khối nước (water block) gắn lên chip CPU/GPU, bộ tản nhiệt (radiator), bơm nước, và ống dẫn để tuần hoàn chất lỏng. Hệ thống này thường hiệu quả hơn trong việc lấy nhiệt ra khỏi PC, cho phép đẩy máy tính đến giới hạn.
Có hai cách thiết lập máy làm mát nước: dùng bộ All-in-One (AIO) hoặc vòng tùy chỉnh (custom loop). AIO bao gồm mọi thứ cần thiết trong hộp, dễ lắp và chống rò rỉ. Tuy nhiên thường chỉ làm mát được bộ vi xử lý.
Nếu muốn làm mát cả GPU và CPU bằng một radiator, phải xây dựng custom loop. Hệ thống tùy chỉnh cho phép thiết kế độc đáo, nhưng đắt hơn, mong manh hơn và cần bảo trì nhiều hơn AIO.
Giải pháp bị động khổng lồ (Massive Passive Solutions)
Lựa chọn làm mát máy để bàn thứ ba dùng tản nhiệt khổng lồ tận dụng đối lưu và đối lưu tự nhiên của không khí. Vì không dùng quạt, chúng phải khổng lồ, đôi khi gấp 2-3 lần tản nhiệt chủ động.
Thiết kế này giúp máy tính chạy hoàn toàn im lặng. Không có tiếng vù vù của quạt khi bật máy. Điều này lý tưởng cho người cần sự im lặng tuyệt đối khi làm việc, như nghệ sĩ thu âm.
Tuy nhiên, vì không có làm mát chủ động, các tản nhiệt bị động thường chỉ dành cho chip hiệu năng thấp đến trung bình. Chip sẽ chạy nóng hơn so với giải pháp có quạt.
Liên quan: TDP là gì và liên quan như thế nào đến làm mát?
Laptop làm mát như thế nào
Làm mát máy tính khi có nhiều không gian là một chuyện, nhưng làm mát một tấm kim loại mỏng mà tất cả linh kiện bị nén chặt vào nhau là chuyện hoàn toàn khác.
Không thể gắn quạt và tản nhiệt thông thường lên laptop, hơn nữa là AIO hay tản nhiệt bị động. Đó là lý do laptop và thiết bị di động dùng công nghệ làm mát hoàn toàn khác.
Ống nhiệt (Heat Pipes)
Một trong những giải pháp đầu tiên làm mát laptop là ống nhiệt. Theo Celsia, nhà sản xuất tản nhiệt, ống nhiệt hoạt động như sau:
Ống nhiệt được xây dựng với lớp cấu trúc giống bấc mỏng bên trong hấp thụ chất làm mát. Sau đó nạp chất làm mát như nước và hút chân không. Quy trình này đảm bảo chất làm mát phân bố đều trong ống.
Khi một đầu ống nóng, chất làm mát trong lớp bên trong bay hơi và di chuyển đến đầu lạnh hơn. Hơi chất làm mát ngưng tụ và được hấp thụ lại vào cấu trúc bấc. Chất lỏng sau đó di chuyển qua bấc trở lại phần nóng nhờ tác dụng mao mạch.
Liên quan: Cách tự làm mát Laptop (DIY)
Các ống nhiệt thường kết nối với chip qua tấm nền dẫn nhiệt, có vật liệu giao diện nhiệt giữa hai để giúp dẫn nhiệt. Tuy nhiên, khi bộ vi xử lý càng nóng và mạnh, cách này trở nên không đủ. Một số nhà sản xuất giải quyết bằng ống nhiệt tiếp xúc trực tiếp chip, nhưng không hiệu quả bằng làm mát toàn bộ bề mặt chip vì ống không tiếp xúc toàn bộ bề mặt.
Buồng hơi (Vapor Chamber)
Đây là giải quyết cho vấn đề diện tích tiếp xúc hạn chế của ống nhiệt. Buồng hơi bản chất là ống nhiệt được dẹp phẳng và uốn cong theo hình dạng phần phát nhiệt. Dù là hình chữ nhật phẳng hay có các隆起 và lõm, buồng hơi tiếp xúc toàn bộ bề mặt để truyền nhiệt hiệu quả.
Theo Celsia, buồng hơi nâng cao hiệu suất làm mát 20-30%. Nghĩa là laptop có thể có giải pháp làm mát mỏng hơn mà không giảm hiệu năng, cho phép sản xuất laptop mỏng nhẹ hiệu năng cao.
Laptop làm mát bằng nước?
Dù hầu hết chúng ta nghĩ không thể hoặc không thực tế làm mát nước laptop, một số nhà sản xuất không nghĩ vậy. Một số cung cấp laptop hiệu năng cao dùng làm mát nước. Thường liên quan đến một dock phụ yêu cầu vài kết nối đến máy. Laptop làm mát nước tăng hiệu năng nhưng là sản phẩm cực kỳ nhỏ众 (niche). Vì bất tiện phải cắm/rút hệ thống mỗi khi di chuyển laptop.
Phải cực kỳ cẩn thận không để nước sót lại khi di chuyển, có thể rò rỉ hỏng thiết bị. Hơn nữa, module làm mát nước cồng kềnh, không thực tế cho máy tính di động.
Giao diện Chip-Tản nhiệt
Spreader nhiệt của chip và buồng hơi hoặc đế đồng của tản nhiệt làm từ kim loại cứng. Nghĩa là chắc chắn có khe hở vi mô giữa hai bề mặt, làm giảm đáng kể hiệu suất làm mát.
Đó là lý do phải lắp đệm dẫn nhiệt (thermal pad), keo dẫn nhiệt (thermal paste) hoặc kim loại lỏng (liquid metal) giữa hai bề mặt để giúp dẫn nhiệt.
Đệm dẫn nhiệt (Thermal Pads)
Đây là giải pháp dễ áp dụng nhất để dẫn nhiệt. Vì chúng là vật liệu rắn, mềm, chỉ cần đặt lên bề mặt chip cần làm mát. Tuy nhiên, vì vẫn là rắn, chúng kém hiệu quả hơn trong việc lấp đầy mọi khe hở vi mô giữa tản nhiệt và bộ vi xử lý.
Keo dẫn nhiệt (Thermal Paste)
Đây thường là giải pháp ưa chuộng của người đam mê máy tính. Vì hiệu quả giữ chip và tản nhiệt tiếp xúc tốt mà vẫn giá cả phải chăng. Hơn nữa, keo dẫn nhiệt thường không dẫn điện, nên nếu vô tình dính lên bo mạch chủ, không dễ gặp sự cố.
Kim loại lỏng (Liquid Metal)
Như tên gọi, vật liệu này dùng kim loại để dẫn nhiệt hiệu quả. Vì kim loại dẫn nhiệt rất tốt, nó làm mát chip xuất sắc. Tuy nhiên, nhược điểm chính là đắt, đôi khi贵 50% hơn. Thêm nữa, kim loại dẫn điện, nếu vô tình tràn ra chip hoặc bo mạch và không làm sạch, có thể gặp sự cố.
Vật liệu này tốt nhất dành cho chuyên gia và người am hiểu máy tính.
Liên quan: Cách thay keo dẫn nhiệt CPU
Hiệu năng càng cao, nhiệt càng nhiều, làm mát càng cần
Khi chip máy tính trở nên mạnh, đòi hỏi nhiều năng lượng hơn, nhiệt lượng đầu ra sẽ tăng. Đó là lý do cần giải pháp làm mát hiệu quả nếu muốn đẩy phần cứng đến giới hạn.
Tuy nhiên, không cần hệ thống làm mát tốt nhất nếu không ép phần cứng quá mức. Đối với hầu hết người dùng, tản nhiệt và quạt gốc kèm bộ vi xử lý và GPU đã đủ.
Và nếu bạn dùng laptop, không cần lo lắng về những thứ này. Vì nhà sản xuất đã lắp đặt hệ thống làm mát tốt nhất cho máy tính của bạn, cân nhắc giữa hiệu năng, di động và giá cả.