هیت سینک چیست و چگونه کار می کند؟

اگر تا به حال به داخل کامپیوتر نگاه کرده باشید، حتما متوجه آن تکه های فلزی عجیب و غریب شده اید. به این قطعات “هیت سینک” می گویند. بدون آنها، کامپیوترهای ما به میزان قابل توجهی از قدرت کمتری برخوردار خواهند بود. با این حال، هیت سینک دقیقا چیست و چگونه کار می کند؟

مختصری درباره هیت سینک

هیت سینک قطعه ای فلزی است که بر روی یک قطعه کامپیوتر تولید کننده گرما نصب می شود. وظیفه اصلی آن این است که گرما را از قسمتی که به آن متصل است دور کند و آن را در هوای اطراف پخش کند. هیت سینک ها می توانند این کار را انجام دهند زیرا جرم حرارتی زیادی دارند (خاصیت یک ماده برای جذب و ذخیره گرما).

هیت سینک ها را روی تمام اجزای مهم مانند پردازنده، کارت گرافیک و برخی از قسمت های مادربرد خواهید دید. هیت سینک‌ها بخشی اختیاری از برخی از اجزا هستند، مانند درایوهای RAM و M.2 NVMe، که با خنک‌تر نگه داشتن این قطعات، عملکرد و پایداری را اندکی بهبود می‌بخشند. با این حال، از آنجایی که این دستگاه های حافظه در وهله اول گرمای زیادی تولید نمی کنند، هیت سینک ها واقعاً ضروری نیستند. ماژول های رم بودجه اغلب هیت سینک ها را حذف می کنند و پس انداز را به شما منتقل می کنند.

هیت سینک ها برای پردازنده ها، کارت های گرافیک و مادربردها ضروری هستند. بدون هیت سینک، کامپیوتر شما به درستی کار نمی کند. به عنوان مثال، اگر سعی کنید کامپیوتری را بدون خنک کننده پردازنده اجرا کنید، در عرض چند ثانیه بیش از حد گرم و خاموش می شود. حتی ممکن است بسوزد و برای همیشه از کار بیفتد. به سادگی برای کار بدون حداقل نوعی هیت سینک طراحی نشده است.

یک مادربرد باید یک هیت سینک روی چیپ ست داشته باشد تا از پایداری کلی سیستم اطمینان حاصل شود – تقریباً هر مادربرد مدرن یک هیت سینک چیپست دارد. بسیاری از مادربردها دارای هیت سینک بر روی ماژول های تنظیم کننده ولتاژ (VRMs) و M.2 NVMe هستند. در مورد کارت‌های گرافیک، آن‌ها دارای یک پردازشگر گرافیک، VRAM (حافظه) و VRM هستند. این اجزا در مجموع تحت یک هیت سینک قرار می گیرند که اغلب با یک یا چند فن همراه است.

صرف نظر از قطعه و نوع، همه هیت سینک ها هدف یکسانی دارند،  و آن هم حذف گرما از قطعه و پخش آن در سطح وسیع تری است. هیت سینک ها به طور قابل توجهی طول عمر، عملکرد و پایداری اجزایی را که روی آنها قرار می گیرند بهبود می بخشد.

انواع هیت سینک ها

هیت سینک ها در انواع شکل ها، اندازه ها، متریال و طرح ها وجود دارند. ابتدایی ترین هیت سینک ها قطعات فلزی مسطح و نسبتاً نازک هستند. آنها اغلب بر روی ماژول های رم استفاده می شوند تا گرمای بیشتری را نسبت به آنچه که با یک ماژول رم خالی دریافت می کنید، اتلاف کنند. با این حال، رایج ترین نوع، هیت سینک های پره ای هستند که دارای برجستگی های نازکی بوده که شبیه ردیف هستند. مربع فلزی سمت راست در تصویر زیر نمونه‌ای از هیت سینک پره ای اصلی در بالای تراشه مادربرد است.

این نوع طراحی باعث افزایش سطح هیت سینک می شود که به طور قابل توجهی اتلاف حرارت آن را بهبود می بخشد. هیت سینک های پره ای را روی پردازنده، کارت گرافیک و بخش هایی از مادربرد خود خواهید دید. برای قطعاتی که گرمای زیادی تولید می کنند، هیت سینک ها معمولاً با یک فن همراه هستند که به دفع گرما کمک می کند.

هیت سینک های دارای فن معمولا به عنوان خنک کننده فعال شناخته می شوند و آنهایی که فن ندارند، خنک کننده غیرفعال هستند. همانطور که ممکن است تصور کنید، راه حل های خنک کننده فعال به طور قابل توجهی موثرتر هستند، اما فضای بیشتری را نیز اشغال می کنند، بنابراین معمولاً برای پردازنده ها و کارت های گرافیک رزرو می شوند. برخی از مادربردها مانند ایسوس ROG X570 Crosshair VIII Hero از خنک کننده فعال برای چیپست استفاده می کنند تا به پایداری کمی بهتر دست پیدا کنند، اما این یک راه حل بیش از حد برای علاقه مندان است.

هیت سینک ها چگونه کار می کنند

همه هیت سینک ها از یک اصل کلی بهره می برند: یک کامپوننت گرم می شود، گرما با کمک یک ماده رابط حرارتی (TIM) به هیت سینک منتقل می شود و گرما به تدریج در سراسر هیت سینک توزیع می شود. هیت سینک به صورت غیرفعال یا با کمک فن گرما را به هوای اطراف آزاد می کند. همه این فرآیندها به طور همزمان اتفاق می افتد. با این حال، برخی از پیچیدگی‌ها در نحوه عملکرد هیت سینک‌ها دخیل هستند.

برخی از قطعات کامپیوتر به جای هیت سینک از محفظه بخار استفاده می کنند یا برای کمک به انتقال حرارت بین قطعه داغ و هیت سینک یکپارچه شده اند. کولرهای مایع از یک سیال انتقال حرارت برای انتقال گرما از قطعه استفاده می کنند. برای بهتر نشان دادن نحوه عملکرد هیت سینک ها، اجازه دهید از مثال یک خنک کننده معمولی پردازنده هوا پس از فروش استفاده کنیم.

انتقال حرارت از پردازنده شما به پلیت پایه

یک هیت سینک در یک طرف دارای یک سطح صاف است که با قطعه داغ، در این مورد، پردازنده تماس پیدا می کند. این قسمت از کولر را پلیت پایه می نامیم. انتقال حرارت از پردازنده به هیت سینک با کمک خمیر حرارتی یا در موارد کمتر پد حرارتی انجام می شود. توضیح اینکه چرا گرما به یک هیت سینک منتقل می شود در قانون دوم ترمودینامیک توضیح داده شده، که بیان می کند که گرما به طور طبیعی از یک جسم گرمتر به یک جسم سردتر منتقل می شود.

پایپ لاین ها گرما را به پره ها منتقل می کنند

خنک کننده های پردازنده پس از فروش اغلب از هیت پایپ ها برای انتقال سریع و کارآمد گرما از CPU استفاده می کنند. هیت پایپ ها معمولاً از مس یا آلومینیوم با نوعی مایع در داخل آنها ساخته می شوند. پردازنده مایع داخل لوله حرارتی را گرم می کند که به نوبه خود تبخیر می شود و از طریق بقیه لوله حرارتی حرکت می کند. هیت پایپ ها در تماس مستقیم با پره های هیت سینک هستند و گرما به آرامی به آنها منتقل می شود.

همانطور که این اتفاق می افتد، بخار داخل لوله حرارت متراکم شده و دوباره به مایع تبدیل می شود. بر روی دیواره های داخلی هیت پایپ ها جمع می شود و به لطف اثر مویرگی به آرامی به صفحه پایه فرو می رود. مایع یک بار دیگر برای تکرار چرخه آماده است. خنک‌کننده‌های پردازنده ارزان‌تر، مانند کولرهای AMD و Intel، هیت پایپ برای کمک به انتقال حرارت ندارند. در عوض، گرما به آرامی از صفحه پایه ضخیم به پره ها منتقل می شود.

فن ها برای خنک نگه داشتن پره ها و هیت پایپ های هوا می دمند

بسته به تنظیمات خود، می توانید از پیکربندی های مختلف فن برای دستیابی به عملکرد خنک کننده بهینه استفاده کنید. اگر یک فن تکی دارید، می توانید یک فن خروجی داشته باشید که هوای گرم را از هیت سینک دور می کند، یا می توانید یک فن ورودی داشته باشید که هوای خنک را روی پره ها فشار می دهد. یا می توانید با ترکیب دو فن برای به دست آوردن یک پیکربندی فشار کش بسیار مؤثر، جذاب شوید.

عواملی که بر اثربخشی هیت سینک تأثیر می گذارد

عوامل متعددی می توانند بر کارایی هیت سینک تأثیر بگذارند. در حالی که یک خنک کننده پردازنده 30 دلاری و یک خنک کننده 60 دلاری در نگاه اول شبیه به هم به نظر می رسند، ممکن است تفاوت های عمده ای در طراحی وجود داشته باشد که بر عملکرد تأثیر می گذارد. در ادامه مروری بر مهم ترین عواملی که بر عملکرد هیت سینک تأثیر می گذارند، نگاهی می اندازیم:

• اندازه: هیت سینک بزرگتر جرم حرارتی بیشتری دارد و به آن اجازه می دهد قبل از اینکه پردازنده فرصت داغ شدن داشته باشد، گرمای بیشتری را در خود نگه دارد. همچنین به طور کلی دارای سطح بیشتری برای بهبود اتلاف گرما است.
• جنس: مس نسبت به وزن خود جرم حرارتی بیشتری نسبت به آلومینیوم دارد، به این معنی که می تواند گرمای بیشتری را در خود نگه دارد، اما همچنین ماده گران تری است. همچنین تفاوت قابل توجهی در جرم حرارتی بین آلیاژهای مختلف آلومینیوم وجود دارد.
• هیت پایپ: هر چه هیت پایپ ها بیشتر و بزرگتر باشند، بهتر است. همچنین لوله های حرارتی مسی نسبت به لوله های آلومینیومی بهتر عمل می کنند.
• فن ها: کیفیت، سرعت، اندازه و تعداد فن ها به طور قابل توجهی بر سرعت خنک شدن هیت سینک تأثیر می گذارد. به خاطر داشته باشید که فن های سریعتر به معنای فن های بلندتر نیز هستند، بنابراین به جای آن به دنبال اندازه و کیفیت باشید.
• متریال رابط حرارتی: هرچه TIM شما بهتر باشد، سریعتر می تواند گرما را از پردازنده و روی هیت سینک منتقل کند. این می تواند یک ترکیب حرارتی، فلز مایع یا پد حرارتی باشد. مواد رسانای حرارتی بیشتر نتایج بهتری ارائه خواهند داد.
• فشار نصب: هیت سینک باید محکم به پردازنده فشار دهد تا فاصله میکرو بین هیت سینک و پردازنده به حداقل برسد. با این حال از وارد کردن فشار زیاد خودداری کنید، زیرا ممکن است درب پردازنده را بشکنید.
• دمای محیط: دمای داخل کیس و اتاق شما به طور قابل توجهی بر دمای هیت سینک و در نتیجه پردازنده تأثیر می گذارد.

بدون هیت سینک، پردازنده های ما عملکرد وحشتناکی خواهند داشت و نیاز به تعویض مکرر دارند. با این حال، آنها با تنها روش خنک کردن قطعات رایانه شخصی فاصله دارند.