خنک کننده پردازنده چیست؟ هر آنچه باید در مورد انواع کولر CPU بدانید

قوی‌ترین پردازنده‌ها هم بدون قرارگرفتن در کنار یک خنک‌کننده‌ی پردازنده متناسب و با کارایی بالا هیچ‌گاه به سطوح عملکرد مورد انتظار دست نخواهند یافت و امکان آسیب دیدن و یا حتی سوختن آنها وجود دارد. در این مقاله از شهر سخت‌افزار انواع خنک‌کننده‌ی پردازنده را مورد بررسی قرار داده و روش کار، دامنه‌ی کاربرد و مزایا و معایب هر یک را به زیر ذره‌بین خواهیم برد.

فهرست مطالب این مقاله:

- مقدمه
- انواع سیستم‌های خنک‌کننده‌ی CPU
- خنک‌کننده‌های بادی
- خنک‌کننده‌های مایع
- خنک‌کننده‌های مایع کاستوم
- جمع‌بندی
- سوالات پرتکرار

مقدمه

یکی از اجزای اساسی هر سیستم PC خنک‌کننده‌ی پردازنده است. اما چرا به خنک‌کننده‌ی پردازنده نیاز داریم؟ پردازنده کامپیوتر در نتیجه‌ی فرکانس کاری بالا و جریان الکتریکی مداومی که از هسته‌ها می‌گذرد، تولید گرما می‌کند و این گرما باید بلادرنگ و با بالاترین بازدهی از سطح پردازنده دور شود.

اینجاست که وجود یک خنک‌کننده‌ی پردازنده‌ی خوب اجتناب‌ناپذیر جلوه می‌کند. وظیفه‌ی اصلی یک خنک‌کننده‌ی پردازنده، دفع حرارت تولید شده توسط تراشه‌ی سیلیکونی، جلوگیری از ورود پردازنده به محدوده‌ی دمایی غیرمجاز (معمولاً بالاتر از 85 تا 90 درجه‌ی سانتی‌گراد) و داغ شدن بیش از حد آن و تضمین عملکرد بهینه‌ی تراشه در هر شرایط کاری است. بر اساس موارد ذکر شده، خنک‌کننده نه تنها دمای پردازنده را کاهش می‌دهد، بلکه سبب حفظ کارایی و بازدهی تعریف شده‌ی آن نیز می‌شود.

اما آیا برای هر نوع پردازنده و هر کاربرد، گزینه‌های خنک‌کننده‌ی پردازنده‌ی یکسانی وجود دارد یا باید بنا به نیازِ پردازنده و فشار‌های کاری مختلف اعمال شده روی آن گزینه‌ای را انتخاب کرد. نوع خنک‌کننده‌ی پردازنده متناسب برای گیمینگ، اورکلاک، سیستم‌های معمولی و سیستم‌های قدرتمند چیست؟ ما در این مقاله به تفصیل به دنبال پاسخی برای این پرسش‌ها خواهیم بود.

در همین رابطه بخوانید:

- بهترین خنک کننده CPU پردازنده کامپیوتر در بازار (فن کامپیوتر)

انواع سیستم‌های خنک‌کننده‌ی CPU

سیستم‌های خنک‌کننده سی‌پی‌یو را میتوان به سه نوع اصلی، به شرح زیر دسته‌بندی کرد:

• خنک‌کننده‌های بادی
• خنک‌کننده‌های مایع
• خنک‌کننده‌های مایع کاستوم یا مدار بسته

هر کدام از این سیستم‌های خنک‌کننده‌ی سی‌پی‌یو روش کار و دامنه‌ی کاربردِ متناسبی داشته، مزایا و معایب مشخصی دارد. بنابراین برای برآورده ساختن نیازهای خاص کاربر و نیز حفظ سلامت پردازنده و افزایش طول عمر و بازدهی حداکثری آن باید گزینه‌ی خنک‌کننده‌ی پردازنده مناسبی را انتخاب کرد. در ادامه هر کدام از این انواع کولر پردازنده را به تفصیل بررسی خواهیم کرد.

خنک‌کننده‌های بادی

خنک‌کننده‌ی هوا یا بادی به کمک پایپ‌های حرارتی (Heatpipes)، هیت‌سینکی شامل تعداد زیادی پره‌ و یک یا دو فن، حرارت ایجاد شده را از پردازنده دور کرده و در نهایت این گرما به سمت محیط اطراف خارج می‌شود. خلاصه مراحل کار یک خنک‌کننده‌ی بادی در ادامه‌ی مقاله شرح داده می‌شود.

در همین رابطه بخوانید:

- هیت سینک چیست و چگونه باعث کاهش دمای قطعات کامپیوتری می‌شود؟

روش کار خنک‌کننده‌‍‌ی بادی

پایپ‌های حرارتی از جنس مس در پایین‌ترین قسمت هیت‌سینک از طریق یک بیس‌پلیت ‌هادی حرارت به طور مستقیم با پردازنده در تماس هستند. درون این لوله‌ها با مایع خاصی پر شده که در اثر جذب گرما، تغییر فاز یافته تبدیل به گاز می‌شود. در اثر انجام چنین واکنش گرماگیری، از نظر ترمودینامیکی مقدار زیادی انرژی در خلال تغییر فاز (از مایع به گاز) مصرف می‌شود که سبب حذف مقادیر بالایی از گرمای جذب شده از تراشه می‌گردد.

مرحله‌ی بعدی مرحله انتقال این گرما است. گرما اکنون به شکل گاز در داخل لوله‌ها به طرف مقاطع بالاتر هیت‌سینک حرکت کرده و به پره‌های آلومینیم یا مسی منتقل شود. هوای سردی که از طریق فن مکش می‌شود، گرمای منتقل شده به پره‌ها را به سمت محیط بیرون هدایت می‌کند و پره‌ها را خنک می‌کند. ممکن است فن دومی ‌برای تسهیل خروج گرما از پره‌ها به کار گرفته شود.

در همین رابطه بخوانید:

- مقایسه خنک کننده فعال و فن غیر فعال: Active یا Passive؟

معایب و مزایای سیستم خنک‌کننده‌ی بادی

نقاط قوت خنک‌کننده‌های بادی به قرار زیر است:

• برچسب قیمت مناسبی دارند و از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه‌ترین گزینه‌ها هستند
• نصب و راه‌اندازی آن‌ها ساده است و در حداقل زمان انجام می‌شود
• سر و صدای زیادی ایجاد نمی‌کنند و برای سیستم‌های خانگی و اداری مناسب هستند

همچنین این خنک‌کننده‌ها نقاط ضعفی دارد که به شرح زیر است:

• مناسب برخی از پردازنده‌های رده بالای بازار به ویژه در حالت اورکلاک نمی‌باشد
• برخی از خنک‌کننده‌های بادی ابعاد بزرگی دارد و فضای زیادی در یک کیس PC اشغال می‌کند

محدوده کاربرد خنک‌کننده‌های بادی

از بین انواع کولر پردازنده، خنک‌کننده‌ی پردازنده‌ی بادی در دسترس‌ترین، ارزان‌قیمت‌ترین و ساده‌ترین نوع خنک‌کننده است که برای انواع سیستم‌های PC معمولی تا گیمینگ و برای بیشتر پردازنده‌های موجود در بازار به جز برخی پردازنده‌های رده‌بالای اینتل مثل پردازنده‌های Core-i7 و بالاتر نسل سیزدهم و چهاردهم که توان حرارتی بالا و دمای کاری زیادی دارند، قابل نصب و استفاده است. محدوده‌ی کاربرد انواع خنک‌کننده‌ی پردازنده بادی را میتوان به شرح زیر خلاصه کرد:

کامپیوترهای معمولی و گیمینگ

خنک‌کننده‌های بادی به علت عملکرد خنک‌کنندگی عالی و قیمت مناسب، گزینه عالی برای کامپیوتر‌های خانگی معمولی است. همچنین انواع کولر پردازنده‌ی بادی گزینه‌ی مناسب برای کامپیوتر‌ها‌ی گیمینگی است که در آنها از پردازنده‌های اقتصادی و میان‌رده استفاده شده است. مقصود از پردازنده‌های میان‌رده در اینجا پردازنده‌های اینتل نسل سیزدهم و چهاردهم Core-i5 و حتی بیشتر پردازنده‌های رده بالای قدیمی‌تر است. این خنک‌کننده‌ها طوری طراحی شده‌اند که علیرغم قدرت بالا در کاهش دمای پردازنده و دفع حرارت حداکثری، ساکت و کم‌صدا عمل کند و هیچ گونه مزاحمتی برای کاربر ایجاد ننماید.

در بحث خنک‌کننده‌ی پردازنده برای گیمینگ، نکته‌ی دیگری که باید متذکر شد این است که خنک‌کننده‌های بادی مخصوصا مدل‌های رده بالای آن، به خوبی می‌تواند از پس خنک‌کردن پردازنده ای که در شرایط حداکثر فرکانس کاری (فرکانس بوست پردازنده) ساعت‌ها در محیط بازی درگیر است، برآید.

از سویی خنک‌کننده‌های بادی رده‌بالا امکان اورکلاک متوسط پردازنده را نیز برای گیمرهای علاقمند فراهم می‌کنند. گرچه در حین کار با پردازنده‌های بادی اگر قصد اورکلاک داریم، بهتر است به طور مرتب دما و شرایط پردازنده را تحت کنترل داشته باشیم.

کامپیوترهای سرور و ورک‌استیشن

در بحث ورک‌استیشن‌ها و سرورها نیز انواع کولرهای پردازنده‌ی بادی قادر به خنک‌کردن بهینه‌ی پردازنده‌های ورک استیشن با تعداد هسته‌های بالا است. این کامپیوترها ممکن است در هر زمینه‌ا‌ی شامل پردازش بانک‌های اطلاعاتی، ویرایش ویدئو، رندر سه‌بعدی و توسعه‌ی نرم‌افزار مورد استفاده قرار گیرد. انتخاب خنک‌کننده‌ی پردازنده‌ی بادی برای هر کدام از چنین سیستم‌هایی همچنان منطقی و کاربردی است. از دیگر سو استفاده از خنک‌کننده‌های بادی در سیستم‌های سرور هزینه‌های تعمیر و نگهداری را به میزان قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌دهد.

خنک‌کننده‌ی پردازنده‌ی مایع

خنک‌کننده‌های پردازنده‌ی مایع یا آن طور که مصطلح هست سیستم‌های خنک‌کنندگی مایع، گزینه‌های معروفی برای خنک‌کردن پردازنده‌ها‌ی سیستم‌های قدرتمند محاسباتی مثل کامپیوتر‌های گیمینگ رده‌بالا و همچنین ورک‌استیشن‌ها است. سیستم‌های خنک‌کننده‌ی سی‌پی‌یو مایع عملکردِ حذف گرما و خنک‌کنندگی عالی و مثال‌زدنی را در مورد تمام پردازنده‌های رده‌بالا و پردازنده‌های اورکلاک شده به نمایش می‌گذارند.

خنک‌کننده‌ی پردازنده‌ی مایع چیست؟

در خنک‌کننده‌های مایع از یک مایع خنک‌کننده یا کولانت برای دریافت و جذب گرمای تولید شده در پردازنده استفاده می‌شود. کولرهای مایع برای پردازنده با استفاده از یک پمپ، کولانت را بین بیس‌پلیتِ جاذب حرارتی که روی پردازنده با حداکثر سطح تماس و درگیری ممکن نصب شده و رادیاتور سیستم می‌چرخاند.

فن‌های تعبیه‌شده روی رادیاتور، با دمش هوای سرد حرارت مایع داغ را در کسری از واحد زمان کاهش داده، کولانت خنک‌شده دوباره در یک سیکل بسته و از طریق لوله‌ی خروجی به سمت پردازنده برمی‌گردد.

هر چه ابعاد و تعداد فن‌های رادیاتور بزرگ‌تر و بیشتر باشد، عملکرد خنک‌کنندگی مایعِ در چرخش بهتر و با سرعت و بازدهی بالاتری انجام شده، حداکثر دمای پردازنده در زمان اجرای بارهای محاسباتی مثل گیمینگ و نرم افزار‌های گرافیکی سنگین کاهش بیشتری می‌یابد. خنک‌کننده‌های مایع که در آن پمپ، مخزن مایع، رادیاتور، شلنگ‌های حرکت مایع و بیس‌پلیت به صورت یک پکیج کامل و از قبل اسمبل شده وجود دارد، به خنک‌کننده‌های AIO (یا All-In-One) نیز مشهور است.

انواع خنک‌کننده مایع بر اساس ابعاد

خنک‌کننده‌های مایع بر اساس اندازه رادیاتور و تعداد فن به کار رفته در آن به سه گروه تقسیم‌بندی می‌شود:

• خنک‌کننده‌ی مایع دارای یک فن یا 120 میلیمتری مناسب پردازنده‌های اقتصادی
• خنک‌کننده مایع دارای دو فن یا 240 میلیمتری مناسب پردازنده‌های میان‌رده و اورکلاکینگ معتدل
• خنک‌کننده مایع دارای سه فن یا 360 میلیمتری مناسب پردازنده‌های رده‌بالا و پرچم‌دارهای نسل‌های جدید مثل انواع Core-i9 یا Core-i7

دقت کنید که با افزایش ابعاد رادیاتور و تعداد فن‌ها، به فضای بیشتری در کیس برای نصب و راه اندازی خنک‌کننده‌ی مایع نیاز دارید و ممکن است نیاز به ارتقای کیس وجود داشته باشد.

در همین رابطه بخوانید:

- اندازه رادیاتور واترکولر: راهنمای انتخاب رادیاتور 120، 240 و 360 میلی‌متری

مزایا و معایب سیستم خنک‌کننده‌ی مایع

مزایای سیستم خنک‌کننده‌ی مایع برای پردازنده به قرار زیر است:

• عملکرد خنک‌کنندگی عالی و سریع حتی برای رده‌بالاترین پردازنده‌ها و اورکلاکینگ
• ایجاد نویز و سروصدای کمتر از خنک‌کننده‌های بادی به‌ویژه با داشتن فن‌های دور پایین، البته نه در همه‌ی مدل‌ها ( گزارش‌هایی وجود دارد که سر و صدای ایجاد شده توسط فن‌های رادیاتور حتی بیشتر از یک خنک‌کننده بادی بوده است)

در کنار مزایای گفته شده، انواع کولر پردازنده‌ی مایع، نقاط ضعفی مثل قیمت بالاتر و پیچیدگی نصب بیشتر نیز دارند. احتمال نشت مایع، خرابی پمپ و منقضی شدن مایع کولانت و نیاز به تعویض آن پس از یک دوره‌ی کاری 24 تا 36 ماهه از دیگر محدودیت‌های خنک‌کننده‌ی پردازنده‌ی مایع است.

خنک‌کننده‌ی مایع کاستوم

نوع دیگر و تخصصی‌تری از خنک‌کننده‌ی پردازنده‌ی مایع، خنک‌کننده‌های کاستوم است. در این خنک‌کننده‌ها، قطعات و اجزا شامل پمپ و مخزن، مایع کولانت، لوله‌های شفاف، رادیاتور، فن‌ها و سایر اجزا نه به صورت از قبل مونتاژ شده، بلکه به طور جداگانه و با ابعاد و اندازه‌ها و اشکال و توان‌های مختلف به فروش می‌رسد تا کاربران حرفه‌ای بتوانند بر اساس نیاز و به دلخواه و با انعطاف بیشتر سیستم خنک‌کننده‌ی خود را پیاده‌سازی نمایند. از خنک‌کننده‌های کاستوم، برای خنک‌کردن سفارشی تراشه‌های پردازنده‌ی گرافیکی نیز استفاده می‌شود.

کار نصب خنک‌کننده‌ی پردازنده‌ی کاستوم اگرچه به تخصص و تجربه بیشتری نیاز دارد، اما برای سیستم‌هایی که بحث کنترل دمای پردازنده در آن حرف اول را می‌زند، تنها راهکار موجود استفاده از یک سیکل خنک‌کنندگی سفارشی یا کاستوم است.

بهترین خنک‌کننده‌ی پردازنده برای اورکلاک سنگین و همچنین قابل اطمینان‌ترین و بهترین خنک‌کننده برای پردازنده‌های قدرتمند مثل Corei9-14900K و سیستم‌های گیمینگ رده‌بالا، بدون شک خنک‌کننده‌های مایع کاستوم است.

مزایا و معایب خنک‌کننده‌های مایع کاستوم

مزایای این گروه خنک‌کننده‌ی پردازنده به قرار زیر است:

• حداکثر قدرت خنک‌کنندگی: اگر یک سیستم خنک‌کنند‌ه‌ی کاستوم به درستی و با قطعات باکیفیت چیده شود، هیچ کدام از خنک‌کننده‌های پردازنده‌ی موجود در بازار شامل بادی‌ها و مایع AIO در میزان عملکرد توان برابری با آن را نخواهد داشت.
• حداکثر انعطاف پذیری و سفارشی سازی سیستم: کاربر می‌تواند بر اساس نیاز خود قطعات مختلفی را انتخاب کند و فرم و ظاهر دلخواه خود را پیاده کند.
• بهبود عملکرد کلی سیستم: با رسیدن سیستم خنک‌کنندگی مایع به حداکثر کارایی خود، امکان اورکلاک پردازنده تا مرزهای بی‌سابقه‌ای از سرعت کلاک و فرکانس وجود دارد. این مسئله باعث بهبود عملکرد چشمگیر سیستم در گیمینگ و آفرینش هنری می‌شود.
• بهبود ظاهر و زیبایی سیستم درصورت چینش درست و استفاده از نورپردازی مناسب

صرف نظر از این مزایا، خنک‌کننده‌های کاستوم نقاط ضعفی نیز دارد که شامل قیمت بسیار بالای اجزا، پیچیدگی نصب و نیاز به تخصص و تجربه‌ی زیاد برای سرهم‌بندی دقیق اجزا و احتمال نشتی کولانت بالاتر است.

قطعات یک خنک‌کننده کاستوم

یک خنک‌کننده‌ی پردازنده‌ی کاستوم به طور کلی شامل قطعات زیر است:

واتربلاک: این قطعه به طور مستقیم بر روی تراشه‌ی مولد حرارت مثل CPU یا GPU قرار می‌گیرد. واتربلاک با داشتن ضریب انتقال حرارت بالا، حرارت ایجاد شده در پردازنده را تا حد امکان به مایع در گردش منتقل می‌کند.

پمپ: در یک خنک‌کنند‌ه‌ی پردازنده‌ی کاستوم خوب پمپ به منزله‌ی قلب سیستم است. وظیفه‌ی آن به گردش درآوردن مایع کولانت در تمام چرخه‌ی خنک‌کنندگی می‌باشد. وجود یک پمپ خوب عملکرد پایدار و بهره‌وری سیستم را تضمین می‌کند.

فن و رادیاتور: رادیاتور حرارت جذب شده توسط مایع را به محیط پیرامونی انتقال می‌دهد. رادیاتور شامل رشته‌ای از پره‌هاست که کولانت داخل آن جریان پیدا می‌کند.

لوله‌ها: لوله‌های شفاف وظیفه‌ی اتصال اجزای مختلف چرخه‌ی خنک‌کنندگی (لوپ) را به یکدیگر ایفا می‌کنند و اجازه گردش آزادانه‌ی مایع را می‌دهد. لوله‌ها ممکن است به دو صورت سخت و نرم در سیستم پیاده شود. لوله‌های نرم انعطاف بیشتری ایجاد کرده، لوله‌های سخت پایداری بیشتر و ظاهر زیباتری به سیستم خنک‌کننده می‌بخشد.

اتصالات و فیتینگ‌ها: برای اتصال لوله‌ها و سایر اجزا بدون نشتی و به صورت ایمن از این اتصالات استفاده می‌شود.

مایع کولانت: مایع خنک‌کننده ترکیبی از آب مقطر و افزودنی کولانت است که وظیفه‌ی آن جذب گرما از سایر اجزا و انتقال آن به پره‌های رادیاتور است.

جمع بندی

در این مقاله با انواع سیستم‌های خنک‌کننده‌ی کامپیوتر‌های PC آشنا شدیم و دریافتیم که انواع کولرهای پردازنده در سه دسته‌ی بادی، مایع و مایع کاستوم قرار می‌گیرد. خنک‌کننده‌های بادی که اساس کار آنها بر پایه‌ی تبخیر مایع درون پایپ‌های حرارتی و انتقال گرما به هیت‌سینک است، گزینه‌ی مناسبی برای پردازنده‌های اقتصادی، پردازنده‌های میان‌رده و اورکلاک معتدل است. در گروه کولرهای مایع حرارت پردازنده به مایع کولانت منتقل شده و کولانت در یک سیکل بسته در رادیاتور خنک می‌شود.

این کولر کاندیدای مناسبی برای خنک کردن انواع پردازنده‌های رده‌بالا و سیستم‌های گیمینگ است. در نهایت در این مقاله خنک‌کننده‌های مایع کاستوم را به عنوان تخصصی‌ترین و منعطف‌ترین روش خنک کردن پردازنده شناختیم. خنک‌کننده‌ی کاستوم بالاترین کارایی را در خلال اورکلاکینگ سنگین و در فرکانس‌های بسیار بالای تراشه از خود به نمایش می‌گذارد. هر کدام از این خنک‌کننده‌ها مزایا و معایب و محدوده‌ی کاربرد خاصی دارد و بهتر است کاربران، پیش از خرید یک خنک‌کننده برای پردازنده‌ی خود موارد مطرح شده در این مقاله را به دقت مطالعه کرده، در نظر بگیرند.

در همین رابطه بخوانید:

- تفاوت انواع کانکتور اتصال فن مادربرد با هم چیست؟ (تفاوت کانکتور 4 پین و 3 پین در فن خنک کننده)

پرسش‌های پرتکرار

چگونه سیستم خنک کننده ی پردازنده عملکرد CPU کامپیوتر را بهبود می بخشد؟

سیستم خنک‌کننده‌ی پردازنده با جذب و دفع حرارت ایجاد شده در CPU ناشی از کار در فرکانس بالا و گردش جریان الکتریکی در هسته‌ها، دمای پردازنده را به محدوده‌ی دمایی مطلوب رسانده، این کاهش دما باعث افزایش بازدهی و کارایی پردازنده می‌شود و از سویی دوام و طول عمر تراشه افزایش می‌یابد.

آیا کولرهای مایع برای پردازنده‌های قدرتمند بهتر از کولرهای هوا عمل می کند؟

بله کولرهای مایع با داشتن آب مقطر یا مایع کولانت با قدرت جذب حرارت بالا و گردش مداوم میان پردازنده و رادیاتور و جذب و دفع گرما در زمان کم، سبب خنک‌کاری آنی و بهینه‌ی پردازنده‌های قدرتمند می شود.

چه زمانی باید به خنک کننده پردازنده توجه بیشتری داشته باشیم؟

پردازنده‌ها معمولا در زیر فشارهای کاری سنگین مثل گیمینگ و تولید محتوای سه‌بعدی و دیجیتال، با افزایش دما روبه‌رو می‌شوند. از سویی اورکلاک پردازنده باعث افزایش جریان هسته‌ها و فرکانس کاری و بالا رفتن سریع دمای پردازنده می‌شود. در چنین شرایطی بهتر است خنک‌کننده‌ای متناسب با قدرت پردازنده و شرایط کار آن برای هر سیستم تامین شود.