آشنایی با انواع خنک کننده های پردازنده و مقایسه کارایی سیستم های هوایی و آبی

آشنایی با انواع خنک‎ کننده ‎های پردازنده و مقایسه‎ی کارایی سیستم ‎های هوایی و آبی

در گذشته‌ای نه چندان دور پردازنده‌های اصلی و گرافیکی بزرگ‌تر بودند و قدرت پردازشی پایین‌تری داشتند. امروزه تراشه‌ها پیشرفت کرده‌اند و سازندگان به سمت تولید تراشه‌های کوچک‌تر حرکت کرده‌اند تا سیستم‌های کامپیوتری جمع ‌و جورتر شوند اما هنوز مشکل داغ شدن بیش از حد تراشه هنگام کار یک مشکل جدی است و سیستم‌های خنک‌کننده پیشرفته‌ای برای غلبه بر آن معرفی شده که در ادامه مطلب می‌خواهیم به بررسی و مقایسه‌ اجمالی آنها بپردازیم.
در مورد پردازنده‌های با تراشه‌ کوچک روبرو هستیم که تراکم ترانزیستورها روی آن بسیار بالاست. فرکانس کاری و بالطبع ولتاژ کاری بالا منجر به تولید گرمای زیادی می‌شود. در این حالت برای انتقال حرارت و یا به عبارتی گرمای تولید شده توسط تراشه، سطح کوچکی در اختیار داریم که بازدهی سیستم خنک‌کاری را تحت‌الشعاع قرار می‌دهد. لذا سازندگان مختلف سعی در معرفی کردن سیستم‌های خنک‌کننده بهینه‌تر و کاراتر دارند.

خنک‌کننده‌ها در حالت کلی به دو دسته تقسیم می‌شوند. سیستم‌های خنک‌کننده هوایی یاAir Cooling  و سیستم‌های خنک‌کننده آبی یا Water Cooling  البته افراد حرفه‌ای از نیتروژن مایع و موادی مشابه آن استفاده می‌کنند تا تراشه را به شدت خنک کنند.

سیستم خنک ‌کننده هوایی
روش کار به این صورت است که یک هیت‌سینک که ظاهری شبیه رادیاتور شوفاژ دارد روی تراشه قرار می‌گیرد. هیت‌سینک به معنی چاه حرارتی مسئولیت انتقال گرمای تولید شده توسط تراشه را بر عهده دارد، اما بدون جریان هوا، بازدهی آن پایین است. بنابراین به طور معمول 1 یا 2 فن روی آن تعبیه می‌شود و هوای داغ را به اطراف و در حالت بهینه‌‌تر به سمت خارج کیس هدایت می‌کند.

منظور از حالت معمولی و غیر بهینه این است که مثل تصویر قبل جریان هوای داغ به سمت قطعات روی مادربرد و رم است و موجب داغی این قطعات می‌شود.
اینتل و AMD  به عنوان دو سازنده‌ی بزرگ پردازنده‌ی اصلی، فن و هیت‌ سینک ساده‌ای برای تراشه‌های خود طراحی و عرضه می‌کنند که اصطلاحاً فن و هیت‌سینک Stock  نام دارد. هیت‌سینک استاک کوچک و ساده است و در هر کیسی جا می‌شود. فن مستقیماً روی آن نشسته و هوای گرم را به اطراف پردازنده هدایت می‌کند و همان‌طور که گفته شد، موجب داغ شدن رم‌ها، رگولاتورها و سایر مدارات مادربرد می‌شود.

در کنار اینتل و AMD سازندگان دیگری قرار می‌گیرند که همواره به فکر معرفی سیستم‌های خنک‌کننده حرفه‌ای‌تر و کاراتر هستند. این سازندگان یک هیت‌سینک عظیم‌الجثه طراحی می‌کنند که بخش کوچکی از آن با تراشه در تماس است و لوله‌های آلومینیومی یا مسی مسئولیت انتقال گرما به بخش پره‌پره مانند را عهده‌دار می‌شوند. به این لوله‌ها اصطلاحاًHeat Pipe  یا لوله‌ی حرارتی گفته می‌شود که برای افزایش نرخ انتقال حرارت به کار می‌روند
شکل پره‌ها، تعداد هیت‌پایپ‌ها: شکل پره‌ها و تعداد هیت‌پایپ‌ها درخنک‌کنندگی بهتر و بهینه‌تر جریان هوا موثر است

در لوله‌های حرارتی از دو روش برای انتقال گرما استفاده می‌شود. روش اول هدایت است و روش دیگر تغییر فاز ماده.
معمولاً درون لوله‌ حرارتی یک مایع فرار قرار دارد که به راحتی گرما را جذب کرده و تبخیر می‌شود. بخار سریعاً به سمت بخش فین‌ها که به شکل پره طراحی شده است، حرکت می‌کند و در آن بخش که خنک‌تر است دوباره به مایع تبدیل می‌شود. همین عمل ساده، ضریب انتقال حرارت موثر را به شدت افزایش می‌دهد

سیستم خنک‌کننده آبی
در سیستم خنک‌کننده آبی یا جذب‌کننده‌ حرارت روی تراشه قرار می‌گیرد و توسط لوله‌هایی به یک رادیاتور متصل می‌شود. روش کار مشابه هیت پایپ است بدین صورت که آب یا مایع درون لوله، روی تراشه داغ می‌شود و در رادیاتور خنک می‌گردد.

عملکرد کولینگ باید طوری باشد که پردازنده‌ های قدرتمند و پرمصرف را در دمای زیر 46 درجه سانتیگراد نگه ‌دارد

در نهایت اگر به فکر اورکلاک کردن شدید پردازنده هستید، یک کولینگ آبی مناسب‌ترین گزینه است

توجه کنید که پردازنده‌های AMD، سرعت کلاک بالاتری دارند و به دلایل مختلف بیشتر اورکلاک می‌شوند. اگر بخواهیم اورکلاک کنیم، دمای تراشه به شدت بالا می‌رود و ناپایداری قابل توجهی رخ می‌دهد. در این حالت یک سیستم خنک‌کننده عالی نیاز است.

انتخاب پردازنده مناسب یکی از سخت ترین و پیچیده ترین تصمیمات در حین خرید یک کامپیوتر جدید است جائیکه برای هر دو نام بزرگ این رده یعنی اینتل و AMD  زیر گروه های متعدد با سوکت های گوناگون و قیمت های کاملا متفاوتی دیده می شود ، انتخاب پردازنده مناسب و به طبع آن مادربرد پشتیبانی کننده از آن سوکت را به یکی از دشوارترین انتخاب ها در حین خرید یک سیستم جدید بدل نموده است.

سوکت های فعلی حاضر در بازار اینتل در ردهCore  شامل سوکت نسبتا قدیمیLGA775  برای پردازنده های سری Core2، سوکت 1156 برای پردازنده های Core i5  و برخی مدل هایCore i7  و بلاخره سوکت 1366 برای پردازنده های پیشرفته سریCore i7  است

پردازنده های سریCore  اینتل در سه رده کاربری و قیمتی به بازار ارائه شده اند پائین ترین مدل های این کلاسCore i3  سپسCore i5  و در نهایتCore i7  هستند. فناوری جالب Turbo Boostدر جهت بالا بردن سرعت پردازنده با استفاده از تنها یکی از هسته ها و فناوریHTT  در ایجاد هسته های مجازی در ساختار Core i3 ها دیده نمی شود به همین علت این پردازنده ها مختص کاربرانی است که استفاده های پردازشی چندان سنگینی از سیستم خود نمی کنند. دو پردازنده دیگر نیز با اینکه شباهت های دور و نزدیکی به یکدیگر دارند اما در برخی جنبه ها، تفاوت های اساسی در آنها به چشم می خورد بعنوان مثالCore i5  ها در هر دو فرم دو هسته ای و چهار هسته ای برای سوکت 1156 تولید می شوند ولیCore i7  ها نه تنها 4 هسته ای و 6 هسته ای هستند بلکه هم برای سوکت 1156 و هم برای سوکت اختصاصی خود یعنی 1366 تولید می شوند

Core i5 ها در دو مدل مختلف ساخته می شوند سری 600 و سری 700. سری اول یعنی سری 600 همگی دو هسته ای بوده و بر پایه هستهClarkdale  ساخته شده اند. این مدل ها همگی از فناوری Hyper Threading Technology  یاHTT  پشتیبانی می کنند. HTT فناوری اختصاصی شرکت اینتل است که در طی آن فرایند انجام کارهای همزمان در یک لحظه (Parallelization Computing) کاملا بهبود می یابد بدین تریب که سیستم عامل برای هر هسته فیزیکی حاضر در پردازنده دو هسته مجازی را آدرس دهی می کند و بدین ترتیب کارهای قابل انجام را بین این هسته ها تقسیم نموده و سرعت انجام این امور را افزایش می دهد البته برای این کار هم پردازنده و هم سیستم عامل باید از این فناوری پشتیبانی کنند.

پس حضور فناوریHTT  در پردازنده های دو هسته ای سری 600 از خانوادهCore i5  ها به این معناست که امکان انجام همزمان چهار عمل در این پردازنده ها وجود دارد. در حال حاضر شش پردازنده مختلف در لیستCore i5  های سری 600 اینتل دیده می شود که بین 3.2 تا 3.6 گیگاهرتز سرعت دارند همگی دو هسته ای بوده و همگی با فناوری 32 نانومتری ساخته شده اند. حافظه کش 4 مگابایتی نکته مشترک دیگر در مورد این مدل هاست. یک قابلیت منجصر به فرد دیگر در سری 600 پردازنده هایCore i5  به هسته گرافیکی جداگانه ای باز می گردد که در قالب این مدل ها جاسازی شده است این هسته گرافیکی جداگانه در صورت پشتیبانی مادربرد از این تکنولوژی، نیاز به استفاده از یک کارت گرافیک جداگانه را کاملا مرتفع می سازد و به همین علت برای بخشی از کاربران که نیاز چندانی به استفاده از گرافیک بالا ندارند این هسته گرافیکی به صرفه جوئی مختصری در هزینه تمام شده منجر می شود.

اما در آن سوی میدان سری 700 پردازنده هایCore i5  با چهار هسته پردازشی و بر پایه پلتفرمLynnfield  قرار دارند. سه مدل حاضر در این خانواده که 2.66، 2.4 و 2.8 گیگاهرتز سرعت دارند همگی 4 هسته ای با فناوری 45 نانومتری بوده و 8 مگابایت حافظه کش در خود جای داده اند. اما دو نکته ای که سری 700 را در رده قیمتی پائین تری نسبت به دو هسته ای های سری 600 قرار داده است نبود فناوریHTT  در این مدل ها و حذف هسته گرافیکی جداگانه ای است که در مدل های سری 600 دیده می شود. البته با اینکه ظاهرا نبودHTT  بعلت حضور چهار هسته واقعی در مدل های سری 700 نباید اختلاف چندان بزرگی را در مقایسه با مدل های دو هسته ای سری 600 ایجاد کند اما عملا بدلیل فرکانس هسته بالاتر در مدل های سری 600 عملکرد این پردازنده ها بهتر از هم خانواده های 4 هسته ای آنهاست. مصرف انرژی بالاتر بعلت تغییر هسته و فناوری ساخت 45 نانومتری سری 700 در مقابل 32 نانومتری سری 600 از دیگر دلائلی ست که برای این افزایش قیمت می توان برشمرد. در یک مقایسه ساده در حال حاضر پردازنده دو هسته ایCore i5 650  با فرکانس 3.2 گیگاهرتز و پردازنده 4 هسته ایCore i5 750  با فرکانس 2.66 گیگاهرتز هر دو قیمتی کاملا نزدیک به یکدیگر دارند. اعمال قابلیتTurbo Boost برای رسیدن به حداکثر فرکانس با تنها یک هسته فرکانس دو پردازنده فوق الذکر را به ترتیب به 3.46 و 3.2 گیگاهرتز ارتقا خواهد داد. مصرف انرژی در این دو پردازنده نیز به ترتیب 73 و 95 وات است که به روشنی مصرف بالاتر سری 700 را نشان می دهد

Core i7 ها همچون مدل های قبلی در دو کلاس ارائه می شوند مدل های سری 800 و مدل های سری 900. مدل های سری 800 با هستهLynnfield  در حقیقت همان مدل های 4 هسته ای سری 700 از پردازنده هایCore i5  هستند که در فرکانسی بالاتر به قابلیتHyper Threading  مجهز شده اند و بدین ترتیب امکان انجام 8 پردازش همزمان در آنها وجود دارد. حالا به روشنی می توانیم متوجه شویم که چرا برخی پردازنده های سریCore i7  از چیپ ست مهیا شده برای مدل هایCore i5  یعنی چیپ ست 1156 استفاده می کنند

در نهایت پیشرفته ترین و البته گرانقیمت ترین پردازنده های اینتل در سری 900 از خانوادهCore i7  با هسته Bloomfield  یافت می شوند این پردازنده های ارزشمند در دو گروه 4 و 6 هسته ای تولید می شوند. بعنوان مثال مدل های 930، 940، 950 و 960 مدل های 4 هسته ای و 970 و 980 مدل های 6 هسته ای هستند. حرکت بسوی پردازنده های این کلاس علاوه بر خودCPU  هزینه های بسیار بالای دیگری را نیز به کاربران تحمیل می کند که بدون شک مهمترین آنها مادربردهای با چیپ ستLGA1366  منطبق با این پردازنده هاست ، مسئله بعدی به نوع و چینش حافظه در این مادربردها باز می گردد می توانید از قابلیت سه یا 4 کاناله بودن مادربرد ها برای این نوع CPU ها استفاده کنید تا نهایت سرعت را در اختیار شما قرار بدهد.

نکته دیگر در رابطه با پردازنده هایCore i7  حضور برخی پسوندها همچونX  یاK  پس از نام برخی مدل های این خانواده همچونCore i7 875K  یاCore i7 980X است. این حروف در حقیقت نشانگر پردازنده های اختصاصی برای اورکلاکرهاست که از ضریب پردازنده در آنها کاملا قابل تغییر است.

نه پردازنده هایCore i7  هفت هسته دارند و نه پردازنده هایCore i3  دارای سه هسته هستند. این اعداد به سادگی بر توانایی پردازش نسبی این پردازنده ها دلالت دارند.علاوه بر تعداد هسته فرکانس (GHz) ، اندازه کش (Cache) و همچنین تکنولوژی بکار رفته مانند Turbo Boost و Hyper-Threading بکار رفته در پردازش گر نشان دهنده عملکرد آن می باشد

تعداد هسته ها

هر چه تعداد هسته ها بیشتر باشد ، کار (thread) های بیشتری به صورت همزمان می تواند انجام شود.

تکنولوژی Turbo Boost  اینتل

به پردازنده امکان می دهد تا در زمان نیاز به صورت داینامیک سرعت ساعتی اش را افزایش دهد. حداکثر مقداری که در هر زمانTurbo Boost  می تواند سرعت ساعتی را افزایش دهد به تعداد هسته های فعال ، برآورد مصرف فعلی ، بر آورد مصرف انرژی و حرارت پردازنده وابسته است.

اندازه کش (Cache)

هر زمان که CPU تشخیص دهد که مکررا از داده های یکسانی استفاده می کند ، این داده ها را در حافظه کش خود ذخیره می کند. کش دقیقا مانند رم است ، فقط سریع تر است زیرا در خود پردازنده قرار دارد. هم RAM و هم Cache به عنوان فضایی برای نگه داری داده هایی که متناوبا مورد استفاده قرار می گیرند عمل می کنند. بدون آن ها CPU مجبور خواهد بود که دائما داده ها را از روی هارد دیسک بخواند که زمان بسیار بیشتری را نیاز خواهد داشت.

اساسا ، RAM تعامل با هارد دیسک را به حداقل می رساند در حالی که کش تعامل با رم را به حداقل می رساند. بدیهیست با کش بزرگ تر به داده های بیشتری می توان دسترسی سریع داشت. همه پردازنده هایCore i3  دارای ۳ مگابایت کش هستند. همه پردازنده های Core i5 ، ( به جز i5-661  فقط ۴ مگابایت ) ۶ مگابایت کش دارند و در نهایت همه پردازنده هایCore i7  دارای ۸ مگابایت کش هستند.

تکنولوژی Hyper-Threading

به بیان ساده در هر لحظه فقط یک فرمان می تواند در یک هسته پردازش شود. بنابراین اگر یکCPU  دو هسته ای باشد ، پس به صورت فرضی تنها دو فرمان به صورت همزمان می تواند مورد پردازش قرار گیرد. هرچند ، اینتل یک تکنولوژی به نام Hyper-Threading را معرفی کرده است. این تکنولوژی یک هسته را قادر می سازد که چند فرمان را پردازش کند.

اگر دیباگر شما هیچ سون سگمنت یاLCD  برای نمایش کد نداشت هیچ ایرادی نداره، مهم اینکه دیباگر شما چراغ های

Clk  : نشان دهنده وجود کلاک پالس در مادربرد یا  وجود کلاک روی اسلات PCI

IRDY : نشان دهنده سلامت بایوس

FRAME: : نشان دهنده سلامت و ارتباط  چیپ جنوبی و شمالی یا چیپست شما هستش

RESET : نمایش دهنده ریست سیستم

SYSCLK  : نشان دهنده کلاک پردازشگر و سیستم یا همون سلامتIC CLOK   می باشد

12+ : وجود ولتاژ 12 روی مادربرد

12- : وجود ولتاژ 12- روی مادربرد

3.3+ : وجود ولتاژ 3.3 روی مادر بورد(اگر 3.3 روی مادر بورد نباشد اصلا روشن نمی شود)

5+ : وجود ولتاژ 5 روی مادربرد

حالا این چراغها باید چه حالتی داشته باشند تا سلامت مادربرد تائید بشود

چراغRESET  باید خاموش باشد و فقط هنگام روشن کردن یا ریست کردن فقط یک لحظه روشن و سپس خاموش می شود

نکته : اگر کلا روشن باشه یا چشمک بزند ، سیستم شما نباید تصویر بدهد و خرابی یا ازIC I/O  و یاSB  (چیپ جنوبی) هستش ، برای تشخیص اینکه کدام خراب هستش شما می تونید از حرارتشون ،بخصوص چیپ جنوبی و همچنین تست بوق بیزر روی پایه هایIC I/O  وFRONT PANEL  تشخیص بدین کدام قطعه مدیریت یا وظیفه ریست را دارد.)

نکته:اگر چراغ RESET  روشن باشد یا چشمک بزند خرابی ازSB  می باشد(مدیریت ریست باSB  می باشد)

نکته : اگر چراغRESET  خاموش باشد اما در زمان انجام دادنRESET  دستی چراغش اصلا روشن نشود80% خرابی ازSB  و 20%  احتمال خرابی بهIC I/O   می رود (باز هم این نکته قظعی نیست)

چراغ CLK(CLOCK) باید همیشه روشن باشد ،البته بعد از روشن بودن و اگر خاموش باشد ایراد به احتمال فوق العاده زیاد ازIC CLOCK   یا کریستال کنار آن می باشد ، البته در بعضی موارد خرابی اسلات هم موجود این ضایعه می شود ،که بسیار کم اتفاق می افتد.

چراغSYSCLOCK  اگر روشن باشد یا چشمک بزند یعنی کلاک پالس بینCPU  و سایر قطعات برقرار است

نکته : عموما در چراغهایSYSCLOCK  وCLOCK  با هم ادغام می شوند و شما در دیباگر فقط یکCLOCK   می بینید .

FRAME : این چراغ باید هنگام روشن بودن مادربرد روشن باشد.

IRDY : باید هنگام روشن بودن سیستم روشن باشد.

نکته : در بسیاری از موارد چراغ هایIRDY  وFRAME  با هم چشمک می زنند که می توان ایراد را بهCPU  وNB  ربط داد.

نکته : در مواردی مشاهده می شود که مادربرد سالم است و تصویر هم داریم اما چراغ هایFRAME  وIRDY  و حتیCLOCK  بسیار خفیف روشن می باشد و یا روشن نیستند ، که می شود به صورت قطعی خرابی را به اسلات و یا کثیفی اسلات ربط داد

چراغ های تغذیه (12+و..) خاموش باشد خرابی از اسلات و یا خود دیباگر(البته اگر سیستم سالم باشد)

نکته : در هر حالت با وجود داشتن یک پوست کارت ،خرابی های یک مادربرد به صورت قطعی مشخص نمی شود و شما باید از تمام دانش خودتون و تمام ابزارهای موجود با دقت تمام استفاده کنید ، بایوس( مخصوصا بوق های ) خود سیستم را هیچ وقت فراموش نکنید، سعی کنید با برداشتن RAM ها و CPU و گرافیک خیال خودتون را راحت تر کنید و از سلامت شون اطمینان حاصل کنید.

نویسنده : مهندس عیسی رشوند