컴퓨터 냉각

컴퓨터 냉각은 컴퓨터 컴포넌트에서 발생하는 폐열을 제거하고 컴포넌트가 허용 가능한 작동 온도 한계 내에 있도록 하기 위해 필요합니다.과열되면 일시적인 오작동이나 영구적인 장애가 발생하기 쉬운 컴포넌트에는 중앙처리장치(CPU), 칩셋, 그래픽카드, 하드디스크드라이브 등의 집적회로가 있습니다.

컴포넌트는 가능한 한 발열을 억제하도록 설계되어 있는 경우가 많습니다.또, 컴퓨터와 operating system은, 워크로드에 따라 소비 전력과 그에 따른 발열을 억제하도록 설계되어 있습니다만, 냉각에 주의하지 않고 제거할 수 있는 것보다 더 많은 발열이 발생할 가능성이 있습니다.공기 흐름에 의해 냉각된 히트 싱크를 사용하면 일정량의 열로 인해 발생하는 온도 상승을 줄일 수 있습니다.에어플로 패턴에 주의하면 핫스팟의 발생을 방지할 수 있습니다.컴퓨터 팬은 히트 싱크 팬과 함께 열풍을 적극적으로 배출하여 온도를 낮추기 위해 널리 사용되고 있습니다.또한 액체 냉각과 같은 더 이국적인 냉각 기술도 있습니다.현대의 모든 프로세서는 프로세서의 내부 온도가 지정된 한계를 초과할 경우 전압 또는 클럭 속도를 줄이거나 차단하도록 설계되었습니다.이것은 일반적으로 클럭 속도가 저하되는 경우에는 서멀 슬롯링이라고 불리며, 디바이스 또는 시스템이 완전히 셧다운되는 경우에는 서멀 셧다운이라고 불립니다.

냉각은 뜨거운 공기를 배출하는 등 컴퓨터의 환경 온도를 낮추거나 단일 컴포넌트 또는 작은 영역(스폿 냉각)을 냉각하도록 설계할 수 있습니다.일반적으로 개별적으로 냉각되는 컴포넌트에는 CPU, 그래픽 처리 장치(GPU), 노스 브릿지가 있습니다.

불필요한 열 발생기

집적회로(CPU 및 GPU 등)는 현대 컴퓨터의 주요 발열 장치입니다.효율적인 설계와 전압 및 주파수 등의 작동 매개 변수 선택에 의해 발열을 줄일 수 있지만, 최종적으로는 상당한 발열을 관리해야만 허용 가능한 성능을 달성할 수 있습니다.

작동 시, 컴퓨터 부품의 온도는 주변으로 전달되는 열이 부품에 의해 생성되는 열과 같아질 때까지, 즉 열 평형에 도달할 때까지 상승합니다.안정적인 작동을 위해 온도가 각 구성 요소에 고유한 지정된 최대 허용 값을 초과해서는 안 됩니다.반도체의 경우 구성 요소 케이스, 히트 싱크 또는 주변 온도가 아닌 순간 접합 온도가 중요합니다.

냉각은 다음과 같이 저하될 수 있습니다.

• 단열재로 작용하여 통기를 방해하여 히트싱크와 팬의 성능을 저하시킵니다.
• 리본 케이블 등의 방해 부품과의 마찰에 의한 난기류나 팬의 방향의 부정 등, 통기 불량으로 케이스내의 공기 흐름이 감소해, 케이스내의 국소적인 열풍 소용돌이가 발생할 가능성이 있습니다.열설계가 나쁜 기기의 경우 고온 컴포넌트를 통과하기 전에 "냉각" 구멍을 통해 냉각 공기가 쉽게 유출될 수 있습니다.이 경우 선택한 구멍을 차단함으로써 냉각을 개선할 수 있습니다.
• 냉각 대상 컴포넌트와 냉각 디바이스 간의 열 접촉 불량으로 인한 열 전달 불량이것은 표면 결함을 고르게 하기 위해 열화합물을 사용하거나 래핑함으로써 개선될 수 있습니다.

손상 방지

고온으로 인해 수명이 크게 단축되거나 컴포넌트에 영구적인 손상이 발생할 수 있으며 컴포넌트의 열출력이 컴퓨터의 냉각능력을 초과할 수 있으므로 제조사에서는 온도를 안전한 범위 내에서 유지하기 위해 추가 예방조치를 취하는 경우가 많습니다.온도 센서가 CPU, 메인보드, 칩셋 또는 GPU에 내장되어 있는 컴퓨터는 온도가 높은 것을 검출했을 때 셧다운되어 영구적인 손상을 방지할 수 있습니다.다만, 이것이 장기적인 안전 동작을 보증하는 것은 아닙니다.과열 컴포넌트가 이 지점에 도달하기 전에 동적 주파수 스케일링 기술을 사용하여 온도가 안전 지점 아래로 떨어질 때까지 "슬롯링"될 수 있습니다.슬롯링은 집적회로의 동작 주파수와 전압을 낮추거나 칩의 불필요한 기능을 비활성화하여 열 출력을 줄입니다(대부분의 경우 성능이 약간 또는 크게 저하됩니다).데스크톱 및 노트북 컴퓨터의 경우 슬롯링은 BIOS 수준에서 제어되는 경우가 많습니다.또한 슬롯링은 스마트폰과 태블릿의 온도를 관리하기 위해 일반적으로 사용됩니다.이곳에서는 컴포넌트가 촘촘히 포장되어 있어 냉각이 거의 이루어지지 않고 사용자의 ^[1]손에서 열이 추가로 전달됩니다.

메인프레임 및 슈퍼컴퓨터

전자 컴퓨터가 커지고 복잡해짐에 따라 활성 부품의 냉각은 안정적인 작동을 위한 중요한 요소가 되었습니다.비교적 큰 캐비닛을 갖춘 초기 진공관 컴퓨터는 냉각을 위해 자연 또는 강제 공기 순환에 의존할 수 있었습니다.그러나 솔리드 스테이트 디바이스는 훨씬 더 촘촘하게 포장되어 있었고 허용 가능한 작동 온도도 낮았습니다.

1965년부터 IBM과 다른 메인프레임 컴퓨터 제조업체는 밀집된 집적회로의 냉각 물리학에 대한 집중적인 연구를 후원했습니다.자연 대류 및 강제 대류, 직접 공기 충돌, 직접 액체 침지 및 강제 대류, 풀 비등, 낙하 필름, 흐름 비등 및 액체 제트 충돌 등의 방법을 사용하여 많은 공기 및 액체 냉각 시스템을 고안하고 조사했습니다.가능한 냉각 시스템 ^[2]형상별로 구성 요소의 온도 상승을 예측하는 데 수학적 분석이 사용되었습니다.

IBM은 수냉 냉판을 집적회로 패키지와 직접 열 접촉시켜 사용하는 3세대 열전도 모듈(TCM)을 개발했습니다.각 패키지에는 열전도성 핀이 압착되어 있으며, 헬륨 가스로 둘러싸인 칩과 열전도성 핀이 있습니다.이 설계에서는 칩 패키지 온도를 약 50°C(122°F)로 유지하면서 칩에서 최대 27와트, 모듈당 최대 2000와트를 제거할 수 있습니다.TCM을 사용하는 시스템은 3081 패밀리(1980), ES/3090(1984), ES/9000(1990)^[2]의 일부 모델입니다.IBM 3081 프로세서에서 TCM은 칩 온도를 69°C(156°F)^[3]로 유지하면서 단일 프린트 회로 기판에서 최대 2700와트를 허용했습니다.수냉을 이용한 열전도 모듈은 미쓰비시, 후지쯔 등 다른 회사가 제조한 메인프레임 시스템에도 사용되었습니다.

1976년에 설계된 Cray-1 슈퍼컴퓨터는 독특한 냉각 시스템을 갖추고 있었습니다.이 머신의 높이는 불과 77인치(2,000mm)에 불과했습니다.직경 56+1⁄2인치(1,440mm)로 최대 115kW의 전력을 소비합니다.이것은 서양의 주택 수십 대 또는 중형차의 평균 소비 전력과 맞먹습니다.기계에서 사용되는 집적회로는 이미터 결합 로직을 사용하여 당시 사용 가능한 집적회로 중 가장 빨랐습니다.다만, 그 속도는 이후의 CMOS 디바이스에 비해 높은 소비전력을 수반했습니다.

열 제거가 중요했습니다.냉매는 기계의 12개 기둥 모양의 부분에 있는 수직 냉각 바에 내장된 배관을 통해 순환되었습니다.기계의 1662개의 각 인쇄 회로 모듈은 구리 코어를 가지고 있으며 냉각 바에 고정되어 있습니다.이 시스템은 집적 회로의 케이스를 54°C(129°F) 이하로 유지하고 냉매를 21°C(70°F)로 순환시키도록 설계되었습니다.최종 열 제거는 수냉 ^[4]콘덴서를 통해 이루어졌습니다.냉각 시스템용 배관, 열교환기 및 펌프는 컴퓨터 베이스의 바깥쪽을 둘러싼 지붕이 있는 벤치 시트에 배치되어 있습니다.가동 중인 기계 중량의 약 20%가 ^[5]냉매였다.

이후 Cray-2에서는 모듈을 더 촘촘히 채운 상태에서 Seymour Cray가 기계식 냉동과 함께 금속 전도 기술을 사용하여 기계를 효과적으로 냉각하는 데 어려움을 겪었기 때문에 '액체 침지' 냉각으로 전환했습니다.이 방법에는 Cray-2의 섀시에 Fluorinert라고 불리는 액체를 충전하는 것이 포함되어 있습니다.불소 불소는 이름에서 알 수 있듯이 전자 부품의 작동을 방해하지 않는 불활성 액체입니다.구성 요소가 작동 온도에 도달하면 열이 Fluorinert로 방출되고, Fluorinert는 기계에서 냉각수 ^[6]열 교환기로 펌핑됩니다.

현대 시스템의 와트 성능은 크게 향상되었습니다. 1980년대와 1990년대의 집적회로에서 가능했던 것보다 훨씬 더 많은 양의 연산을 특정 전력 소비로 수행할 수 있습니다.Blue Gene과 같은 최근 슈퍼컴퓨터 프로젝트는 공기 냉각에 의존하고 있으며, 이는 액체 냉각에 비해 비용, 복잡성 및 시스템 크기를 줄여줍니다.

공기 냉각

팬

팬은 열을 제거하기 위해 자연 대류가 충분하지 않을 때 사용합니다.팬은 컴퓨터 케이스에 장착하거나 CPU, GPU, 칩셋, PSU(Power Supply Unit), 하드 디스크(HDD), 또는 확장 슬롯에 카드로서 접속할 수 있습니다.일반적인 팬사이즈는 40, 60, 80, 92, 120 및 140mm 입니다.200, 230, 250 및 300 mm의 팬이 고성능 PC에 사용되는 경우가 있습니다.

섀시 내 팬 퍼포먼스

컴퓨터는 섀시와 컴포넌트를 통과하는 공기에 일정한 저항을 가지고 있습니다.이는 흡기구 및 배기구 개구부, 에어 필터, 내부 섀시, 전자 컴포넌트 등 공기 흐름에 대한 모든 작은 장애의 합계입니다.팬은 단순한 공기 펌프이며, 출력 측을 기준으로 입구 측 공기에 압력을 공급합니다.이 압력차에 의해 공기가 섀시를 통과하여 압력이 낮은 영역으로 공기가 흐릅니다.

팬의 사양은 일반적으로 2가지입니다.자유 공기 흐름과 최대 차압입니다.자유 공기 흐름은 팬이 배압이 0일 때 이동하는 공기의 양입니다.최대 차압은 팬이 완전히 차단되었을 때 발생할 수 있는 압력입니다.이 두 극단 사이에는 흐름 대 압력에 대한 일련의 대응 측정이 있으며, 이는 보통 그래프로 표시됩니다.각 팬 모델에는 인접한 ^[7]그림의 점선 곡선과 같이 고유한 곡선이 있습니다.

시리즈와 병행 설치

팬은 병렬로, 직렬로, 또는 그 양쪽을 조합하여 설치할 수 있습니다.병렬 설치는 팬을 나란히 장착합니다.시리즈 설치는 흡기 팬이나 배기 팬 등의 다른 팬에 연결된 두 번째 팬입니다.설명을 간단히 하기 위해 팬은 같은 모델이라고 가정합니다.

병렬 팬은 두 배의 자유 공기 흐름을 제공하지만 추가적인 구동 압력은 없습니다.반면 직렬 설치는 사용 가능한 정압을 두 배로 증가시키지만 자유 공기 유량을 증가시키지는 않습니다.다음 그림은 1개의 팬과 2개의 팬을 병용하여 0.15인치(3.8mm)의 최대 수압과 약 72입방피트(2.0m³/min)의 2배의 유속을 나타내고 있습니다.

공기 흐름은 압력의 제곱근에 따라 변합니다.따라서 압력을 2배로 하면 유량이 추정치의 2배가 아니라 1.41(θ2)배만 증가합니다.또 다른 관점에서 볼 때 유량을 두 배로 증가시키려면 압력이 4배 상승해야 합니다.

섀시를 통과하는 유량을 판단하려면 섀시 임피던스 곡선을 섀시 입구에 임의의 압력을 가하고 섀시를 통과하는 유량을 측정하여 측정할 수 있습니다.여기에는 꽤 정교한 장비가 필요합니다.섀시 임피던스 곡선(인접 곡선상의 빨간색과 검은색 실선으로 표시됨)이 결정되면 특정 팬 구성에 의해 생성된 섀시를 통과하는 실제 흐름은 섀시 임피던스 곡선이 팬 곡선과 교차하는 지점을 그래픽으로 보여줍니다.섀시 임피던스 곡선의 기울기는 제곱근 함수로, 필요한 유속은 차압의 4배입니다.

이 예에서는 두 번째 팬을 추가하면 두 구성 모두 흐름이 약 27~28입방피트(0.76~0.79m³/min)로 약간 개선되었습니다.그림에는 표시되어 있지 않지만 두 번째 팬은 병렬 ^{[citation needed]}설치보다 약간 더 나은 성능을 제공합니다.

유량에 대한 온도

섀시에 필요한 통기량의 방정식은 다음과 같습니다.

${\displaystyle CFM=sq}{Cp\times r\times DT}}$

어디에

CFM = 분당 입방피트(0.028m3/min) Q = 열전달(kW) Cp = 공기의 비열 = 밀도 DT = 온도 변화(°F)

냉각 흐름 요건에 대한 간단한 보수적인 경험칙은 섀시 벽면 및 층류 대 난류 흐름의 열 손실과 같은 영향을 줄이고 해수면에서의 특정 열과 밀도에 대한 상수를 계산하는 것입니다.

${{displaystyle CFM=black {3.16\times W}{\text{허용온도상승인}}^{\time}F}}}$

${{displaystyle CFM=black {1.76\times W}{\text{허용온도상승인}}^{\time}C}}}$

예를 들어, 부하가 500와트이고, 100°F(38°C) 환경에서 최대 내부 온도가 130°F(54°C)인 일반적인 섀시는 30°F(17°C)입니다.

${\displaystyle CFM=420frac {3.16\times 500W}{(130-100)}}=53)$

이는 섀시를 통과하는 실제 흐름이지 팬의 빈 공기 정격이 아닙니다.또한 전달되는 열인 "Q"는 CPU 또는 GPU 쿨러의 공기 흐름에 대한 열 전달 효율의 함수입니다.

압전 펌프

GE가 특허를 낸 "듀얼 피에조 냉각 제트"는 진동을 사용하여 장치를 통해 공기를 펌프합니다.초기 소자는 두께가 3mm이고 압전 세라믹의 슬라이버에 양쪽으로 연결된 니켈 디스크 2개로 구성됩니다.세라믹 컴포넌트를 통과하는 교류에 의해 세라믹 컴포넌트가 초당 최대 150회의 속도로 팽창 및 수축하여 니켈 디스크가 벨로우즈처럼 작동합니다.수축하면 디스크의 가장자리가 서로 밀려서 뜨거운 공기를 빨아들이게 됩니다.팽창하면 니켈 디스크가 모여 공기를 빠른 속도로 배출합니다.

이 장치에는 베어링이 없으며 모터가 필요하지 않습니다.일반 팬보다 얇고 소비 전력도 적습니다.이 제트기는 냉각 팬과 같은 양의 공기를 두 배 크기로 이동시키면서 절반의 전기를 ^[8]더 저렴하게 소비할 수 있다.

수동 냉각

패시브 히트싱크 냉각에는 냉각이 필요한 부분에 가공 또는 압출된 금속 블록을 부착합니다.열접착제를 사용할 수 있다.일반적으로 PC CPU에서는 클램프가 히트 싱크를 칩 위에 직접 고정하고 서멀 그리스 또는 서멀 패드를 사이에 두고 있습니다.이 블록은 지느러미와 표면적을 늘리기 위한 능선을 가지고 있다.금속의 열전도율은 공기의 열전도율보다 훨씬 우수하며 금속이 보호하는 구성 요소(일반적으로 집적회로 또는 CPU)보다 열을 더 잘 방출합니다.팬 냉각 알루미늄 히트 싱크는 원래 데스크톱 컴퓨터의 표준이었지만, 오늘날 많은 히트 싱크는 구리 베이스 플레이트를 갖추고 있거나 완전히 구리로 되어 있습니다.

히트 싱크의 금속 핀 사이에 먼지가 쌓이면 효율이 점차 떨어지지만, 불필요한 다른 물질과 함께 먼지를 날려 버림으로써 가스 분진기로 대응할 수 있습니다.

패시브 히트 싱크는 오래된 CPU, 그다지 뜨거워지지 않는 부품(칩셋 등), 저전력 컴퓨터에서 흔히 볼 수 있습니다.

보통 히트 싱크는 Integrated Heat Spreader(IHS; 일체형 히트 분쇄기)에 부착됩니다.이것은 기본적으로 큰 평판이며, 그 사이에 전도 페이스트를 적층한 것입니다.그러면 열이 국지적으로 분산되거나 분산됩니다.히트 싱크와 달리 분쇄기는 열을 제거하기 위한 것이 아니라 재분배하기 위한 것입니다.또한 IHS는 취약한 CPU를 보호합니다.

수동 냉각에서는 대류력이 히트 싱크 위로 공기를 이동시키기 때문에 팬 소음이 발생하지 않습니다.

기타 기술

액침 냉각

컴퓨터, GPU, FPGA 및 ASIC의 열밀도가 높아짐에 따라 컴퓨터 전체를 전기적으로가 아닌 열전도성 액체에 담그거나 컴포넌트를 선택하는 경향도 증가하고 있습니다.PC의 ^[9]냉각에는 거의 사용되지 않지만, 액침은 변압기와 같은 대규모 배전 컴포넌트를 냉각하는 일상적인 방법입니다.데이터센터에서도 ^[10][11]인기를 끌고 있습니다.이렇게 냉각된 PC는 팬이나 펌프가 필요하지 않을 수 있으며, 컴퓨터 하드웨어와 컴퓨터 하드웨어가 ^[11][12]설치된 인클로저 간의 수동적인 열 교환에 의해서만 냉각될 수 있습니다.그러나 열교환기(히터 코어 또는 라디에이터)는 여전히 필요할 수 있으며 배관도 올바르게 ^[13]배치해야 합니다.

사용되는 냉각수는 컴퓨터의 정상적인 작동을 방해하지 않도록 전기 전도율이 충분히 낮아야 합니다.액체가 다소 전기적으로 전도성이 있는 경우 구성 요소 또는 배선 사이에 전기 단락이 발생하여 ^[14]영구적으로 손상될 수 있습니다.이러한 이유로 액체는 절연체(유전체)이며 전기를 전도하지 않는 것이 바람직하다.

이를 위해 변압기 오일, 합성 단상 및 3M Fluorinert 또는 3M Novec와 같은 2상 유전체 냉각제를 포함한 다양한 액체가 존재합니다.조리용 오일, 모터용 오일, 실리콘 오일을 포함한 비목적 오일은 PC 냉각에 성공적으로 사용되고 있습니다.

침지 냉각에 사용되는 일부 유체, 특히 미네랄 오일, 식용유 및 유기 에스테르와 같은 탄화수소 기반 물질은 고무, 폴리염화비닐(PVC) 및 서멀 그리스와 같은 컴퓨터에서 사용되는 일반적인 물질을 분해할 수 있습니다.따라서 사용하기 전에 이러한 유체의 재료 적합성을 검토하는 것이 중요합니다.특히 미네랄 오일은 PVC와 고무제 와이어 ^[15]절연에 부정적인 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다.CPU나 그래픽 카드로부터 히트 싱크로 열을 전달하기 위해서 사용하는 서멀 페이스트는, 컴포넌트를 떼어내 ^[16]공기중에서 동작하지 않는 한, 냉각에 거의 영향을 주지 않고, 일부의 액체에 녹는다고 보고되고 있습니다.

증발, 특히 2상 냉각제의 경우 ^[17]문제가 발생할 수 있으며 액체를 정기적으로 충전하거나 컴퓨터 인클로저 내에 밀봉해야 할 수 있습니다.침지 냉각에서는 1.05(공기 냉각의 1.35)의 매우 낮은 PUE 값을 실현할 수 있습니다.일반적으로 최대 23KW의 처리를 ^[18]하는 공기 냉각과는 달리 19인치 랙당 최대 100KW의 처리 능력(열방산, TDP)을 발휘합니다.

폐열 저감

기능이 많은 고성능 컴퓨터가 필요하지 않은 경우에는 성능이 낮은 컴퓨터나 기능이 적은 컴퓨터를 사용할 수 있습니다.2011년 현재^[update] CPU를 탑재한 VIA EPIA 메인보드는 보통 약 25와트의 열을 방출합니다.또한 Pentium 4 메인보드와 CPU는 보통 약 140와트의 열을 방출합니다.컴퓨터 케이스 내부에서 열을 발생시키지 않는 외부 전원 장치로부터 직류 전류를 공급받아 컴퓨터에 전원을 공급할 수 있습니다.21세기 초에 브라운관(CRT) 디스플레이가 보다 효율적인 박막 액정 디스플레이(LCD) 디스플레이로 대체되면서 전력 소비량이 크게 감소했습니다.

히트 싱크

칩셋의 패시브 히트 싱크

팬과 히트 파이프가 있는 액티브 히트 싱크

부품은 히트싱크와 열접촉이 좋은 상태로 설치할 수 있습니다. 히트싱크는 열용량이 크고 부피에 비해 표면적이 큰 수동형 장치입니다.히트 싱크는 일반적으로 알루미늄이나 ^[19]구리처럼 열 전도성이 높은 금속으로 만들어지며 표면적을 늘리기 위해 핀을 포함합니다.비교적 작은 컴포넌트의 열은 대형 히트 싱크로 전달됩니다.컴포넌트와 히트 싱크의 평형 온도가 컴포넌트만의 온도보다 훨씬 낮습니다.히트 싱크의 열은 대류 또는 팬에 의해 강제된 기류에 의해 흡수됩니다.팬 냉각은 많은 경우 프로세서와 그래픽 카드를 냉각하기 위해 사용되며, 이는 상당한 양의 전기 에너지를 소비합니다.컴퓨터에서는 전형적인 발열 컴포넌트를 평탄한 표면으로 제조할 수 있다.대응하는 평탄한 표면과 핀 구조의 금속 블록(때로는 부착된 팬 포함)이 컴포넌트에 고정된다.표면이 불완전하고 매끄럽기 때문에 전도도가 낮은 공기의 틈새를 메우기 위해 컴포넌트와 히트싱크 사이에 얇은 서멀 그리스, 서멀 패드 또는 서멀 접착제를 배치할 수 있습니다.

히트 싱크가 금속 케이스에 열접촉되어 있는 경우, 히트 싱크의 열은 대류, 방사선에 의해 어느 정도, 통전에 의해 히트 싱크로부터 제거됩니다.저렴한 팬 냉각 알루미늄 히트 싱크는 표준 데스크톱 컴퓨터에서 자주 사용됩니다.구리 베이스 플레이트를 사용하거나 구리로 만든 히트 싱크는 알루미늄으로 만든 히트 싱크보다 열 특성이 우수합니다.구리 히트 싱크는 고성능 컴퓨터에 사용되는 고전력 소모 구성 요소와 관련이 있는 동일한 크기의 알루미늄 장치보다 효과적입니다.

패시브 히트 싱크는 오래된 CPU, 전력 소모가 적은 부품(칩셋 등), 저전력 프로세서를 탑재한 컴퓨터, 사일런트 동작이 중요하고 팬의 노이즈가 허용되지 않는 기기에서 흔히 볼 수 있습니다.

보통 히트 싱크는 Integrated Heat Spreader(IHS)에 고정됩니다.IHS는 CPU 어셈블리의 일부이며 열을 로컬로 분산하는 CPU 패키지 크기의 평평한 금속판입니다.표면 결함을 보상하기 위해 열화합물의 얇은 층이 그들 사이에 배치된다.살포기의 주된 목적은 열을 재분배하는 것이다.히트 싱크 핀은 효율을 향상시킵니다.

DDR2, DDR3, DDR4 및 DDR5 DRAM 메모리 모듈의 일부 브랜드에는 모듈 상단에 핀형 히트 싱크가 장착되어 있습니다.GPU에서 핀이 있는 패시브 히트 싱크를 사용하는 비디오 카드에도 같은 기술이 사용됩니다.

핀이 있는 히트 싱크의 틈새에 먼지가 쌓이는 경향이 있습니다.특히 팬에 의해 생성되는 통기성이 높기 때문입니다.이렇게 하면 고온 컴포넌트로부터 공기가 떨어져 냉각 효과가 떨어집니다.다만, 먼지를 제거하면 효과가 회복됩니다.

펠티에(열전) 냉각

펠티어 접합부는 일반적으로 이상적인 냉장고(카르노 사이클)보다 10-15% 정도만 효율적이며, 이는 기존의 압축 사이클 시스템(압축/^[20]팽창을 사용하는 역랭킨 시스템)에 의해 달성되는 40-60%와 비교됩니다.이러한 낮은 효율로 인해 열전 냉각은 일반적으로 솔리드 스테이트 특성(이동 부품 없음, 낮은 유지보수, 콤팩트 크기 및 방향 불감증)이 순수 효율을 초과하는 환경에서만 사용됩니다.

최신 TEC는 수십 개 또는 수백 개의 열전쌍으로 구성된 여러 개의 적층 장치를 서로 나란히 배치하여 상당한 양의 열전달을 가능하게 합니다.열전대에는 비스무트와 텔루르의 조합이 가장 일반적으로 사용됩니다.

TEC는 전력을 소비하는 액티브히트펌프로서 패시브 히트싱크, 라디에이터 냉각액 및 히트파이프 HSF에서는 불가능한 주위온도를 발생시킬 수 있습니다.그러나 열을 펌핑하는 동안 펠티어 모듈은 일반적으로 펌핑되는 열량보다 더 많은 전력을 소비합니다.

또한 Peltier 요소를 고압 냉매(2상 냉각)와 함께 사용하여 ^[21][22]CPU를 냉각할 수도 있습니다.

액체 냉각

액체 냉각은 과잉 열을 제거하는 매우 효과적인 방법이며, 데스크톱 PC의 가장 일반적인 열 전달 유체는 물(증류)입니다.공기 냉각에 비해 수냉의 장점은 물의 비열 용량과 열 전도율이 높다는 것입니다.

원칙은 컴퓨터에 대한 전형적인(적극적인)액체 냉각 시스템에 사용하는 자동차의 내연 기관에서 사용되는 것, 물을 물 펌프에 의한 waterblock은 CPU(그리고 때때로 추가적인 성분들로 GPU와 northbridge)[23]고 있는 열 교환기, 일반적으로 radiat에 장착을 통해 유통되는 그것과 똑같다는 것이다.또는라디에이터 자체는 보통 ^[23]팬을 통해 추가로 냉각됩니다.팬 외에 펠티에 냉각기와 같은 다른 방법으로 냉각할 수도 있습니다(펠티에 소자는 일반적으로 냉각할 하드웨어 바로 위에 배치되며 냉각수는 펠티에 ^[24][25]소자의 뜨거운 쪽에서 열을 전달하기 위해 사용됩니다).냉각수 탱크도 시스템에 연결되어 ^[26]있는 경우가 많습니다.

능동형 액체 냉각 시스템 외에 수동형 액체 냉각 시스템도 가끔 사용됩니다.^{[27][28][29][30][31]}이러한 시스템은 종종 팬이나 워터 펌프를 사용하지 않기 때문에 이론적으로 신뢰성이 향상되고 액티브 시스템보다 조용해집니다.이러한 시스템의 단점은 열을 폐기하는 데 훨씬 덜 효율적이기 때문에 냉각수가 훨씬 더 많이 필요하기 때문에 냉각수가 냉각될 시간이 더 많다는 것입니다.

액체는 공기보다 냉각 중인 부품에서 열을 더 많이 전달하므로 오버클럭 및 고성능 컴퓨터 ^[32]애플리케이션에 적합합니다.공기 냉각에 비해 액체 냉각은 주변 ^[33]온도의 영향을 덜 받습니다.액체 냉각의 비교적 낮은 소음 수준은 상당히 소란스러워질 수 있는 공기 냉각에 비해 유리하다.

액체 냉각의 단점은 복잡성과 냉각수 누출 가능성입니다.누출된 물(및 물 속의 첨가물)은 접촉하는 전자 부품을 손상시킬 수 있으며 누출 여부를 테스트하고 수리해야 하기 때문에 설치가 더 복잡하고 신뢰성이 떨어집니다.(일반용 액체로 냉각된 개인용 컴퓨터 분야로의 첫 번째 주요 진출인 애플의 Power Mac G5의 하이엔드 버전은 냉각수 누출 성향으로 인해 결국 좌절되었다.)^[34]공랭식 히트 싱크는 일반적으로 수냉 ^[35]솔루션보다 구축, 설치 및 유지보수가 훨씬 간단하지만 CPU 고유의 수냉 키트도 있어 에어쿨러와 마찬가지로 설치가 용이할 수 있습니다.CPU에만 국한되지 않고 GPU 카드의 액체 냉각도 가능합니다.^[36]

원래는 메인프레임 컴퓨터에 한정되어 있었지만, 수냉은 주로 제조된 올인원(AIO) 키트 또는 개별적으로 수집한 ^[37]부품으로 조립된 DIY 설정 형태의 오버클럭과 관련된 것이 되었습니다.과거 몇 년^[when?] 동안 조립된 중간에서 고성능 데스크톱 컴퓨터에서 액체 냉각의 인기가 증가했습니다.미리 채워진 작은 라디에이터, 팬 및 워터 블록을 포함하는 밀폐("폐쇄 루프") 시스템은 규모가 크고 복잡한 설정에 비해 냉각 효율 면에서 약간의 비용으로 수냉의 설치와 유지보수를 단순화합니다.일반적으로 수냉은 공랭과 조합되어 CPU나 GPU 등의 고온 컴포넌트에 수냉을 사용하는 한편, 부하가 낮은 컴포넌트에 대해서는 심플하고 저렴한 공랭을 유지합니다.

IBM Aquasar 시스템은 온수 냉각을 사용하여 에너지 효율을 달성하며, 물은 건물 난방에 사용됩니다.^[38][39]

2011년 이후 수냉의 효과로 인해 일련의 올인원(AIO) 수냉 솔루션이 ^[40]도입되었습니다.AIO 솔루션을 사용하면 유닛 설치가 훨씬 쉬워지고 대부분의 유닛은 리뷰 사이트에서 긍정적으로 검토되고 있습니다.

히트 파이프 및 증기 챔버

히트파이프는 열전달액을 포함한 중공관이다.액체는 열을 흡수하여 파이프의 한쪽 끝에서 증발합니다.증기는 튜브의 다른 쪽(냉각기) 끝으로 이동하며, 여기에서 응축되어 잠열을 방출합니다.액체는 중력이나 모세관 작용에 의해 튜브의 뜨거운 끝으로 돌아가 순환을 반복한다.히트 파이프는 고체 재료보다 훨씬 높은 유효 열 전도율을 가지고 있습니다.컴퓨터에서 사용하기 위해 CPU의 히트 싱크는 대형 라디에이터 히트 싱크에 연결되어 있습니다.두 히트 싱크는 모두 중공으로 되어 있으며, 이 두 히트 싱크는 하나의 대형 히트 파이프를 형성하여 CPU에서 라디에이터로 열을 전달하며, 이 히트 파이프는 기존의 방법을 사용하여 냉각됩니다.이 방법은 일반적으로 공간이 좁은 경우(스몰 폼 팩터 PC나 노트북 등), 또는 오디오 제작과 같이 팬의 노이즈가 발생하지 않는 경우에 사용합니다.이 냉각방법의 효율로 인해 많은 데스크톱 CPU와 GPU 및 하이엔드 칩셋은 안전한 동작온도를 유지하기 위해 액티브 팬 기반의 냉각 및 패시브 히트 싱크와 더불어 히트 파이프 또는 증기 챔버를 사용합니다.증기실은 히트 파이프와 동일한 원리로 작동하지만 파이프 대신 슬래브 또는 시트의 형태를 취합니다.히트 파이프는 수직으로 상단에 배치되어 증기 챔버의 일부를 형성할 수 있다.증기 챔버는 고급 스마트폰에서도 사용할 수 있습니다.

정전기 공기 이동 및 코로나 방전 효과 냉각

크로노스와 손 마이크로 테크놀로지스가 개발 중인 냉각 기술은 이온 풍력 펌프(정전기 유체 가속기라고도 함)라고 불리는 장치를 사용합니다.이온 풍력 펌프의 기본 작동 원리는 주변 공기의 이온화에 의해 발생하는 충전 도체 근처의 방전인 코로나 방전입니다.

Kronos가 개발한 코로나 방전 냉각기는 다음과 같은 방식으로 작동합니다.캐소드의 선단에 높은 전계가 형성되어 CPU의 한쪽에 배치됩니다.높은 에너지 전위는 공기 중의 산소와 질소 분자를 이온화(양전하)시키고 코로나(하전된 입자의 후광)를 생성시킵니다.CPU의 반대쪽 끝에 접지된 양극을 배치하면 코로나에서 대전된 이온이 양극 쪽으로 가속되어 도중에 중성 공기 분자와 충돌합니다.이러한 충돌 동안 이온화된 가스에서 중성 공기 분자로 운동량이 전달되어 가스가 양극으로 이동하게 됩니다.

코로나 기반 쿨러의 장점은 가동 부품이 없기 때문에 특정 신뢰성 문제가 발생하지 않으며 소음 수준이 거의 0에 가깝고 에너지 ^[41]소비량이 적당하다는 것입니다.

소프트 쿨링

소프트 쿨링은 소프트웨어를 사용하여 CPU 전력 절약 기술을 활용하여 에너지 사용을 최소화하는 방법입니다.이것은, 사용되지 않는 CPU 서브 부품의 전원을 끄거나 스탠바이 스테이트로 하거나 CPU를 언더 클럭 하는 것에 의해서 행해집니다.총속도는 낮아지지만 CPU를 오버클럭하여 처리능력을 높이는 것이 아니라 사용자 경험을 향상시킬 경우 매우 유용합니다.이는 노이즈가 심한 냉각의 필요성을 방지할 수 있기 때문입니다.이 용어가 시사하는 것과 달리, 이는 냉각의 형태가 아니라 열 발생을 줄이기 위한 것입니다.

언더볼트

언더볼트란 CPU 또는 기타 컴포넌트를 디바이스 사양보다 낮은 전압으로 실행하는 것을 말합니다.저전압 구성 요소는 전력을 덜 소비하므로 열을 덜 발생시킵니다.이 기능은 제조원, 제품 라인, 심지어 시스템 내의 다른 컴포넌트와 같은 제품의 다른 생산 동작에 따라 다르지만 프로세서는 많은 경우 필요 이상의 전압을 사용하도록 지정되어 있습니다.이 허용치를 통해 프로세서가 낮은 품질의 메인보드나 낮은 전원 전압 등 최적의 조건 하에서 올바르게 동작할 가능성이 높아집니다.일정한 제한 이하에서는 프로세서가 올바르게 동작하지 않습니다.단, 전압이 너무 낮다고 해서 하드웨어가 영구적으로 파손되는 것은 아닙니다(과전압과는 다릅니다).

저전압은 저소음 시스템에 사용됩니다.열 생성 감소로 냉각이 덜 필요하기 때문에 소음이 많은 팬을 생략할 수 있습니다.배터리 충전 수명을 최대화해야 할 경우에도 사용됩니다.

칩 내장

기존의 냉각 기법은 모두 컴퓨터 칩 패키지 외부에 냉각 컴포넌트를 부착합니다.이 「접속」테크놀로지는, 항상 어느 정도의 내열성을 나타내므로, 그 효과가 저하합니다.패키지 내에서 칩의 로컬 핫스팟을 직접 냉각함으로써 열을 보다 효율적이고 빠르게 제거할 수 있습니다.이러한 장소에서는 300 W/cm²(일반 CPU는 100 W/cm² 미만) 이상의 전력 손실이 발생할 수 있지만, 향후 시스템은 1000 W/cm를 초과할 것으로^{2 [42]}예상됩니다.이러한 형태의 국소 냉각은 고전력 밀도 칩 개발에 필수적입니다.이러한 이념으로 인해 냉각 요소를 컴퓨터 칩에 통합하는 연구가 이루어졌습니다.현재 마이크로 채널 히트 싱크와 제트 충돌 냉각의 두 가지 기술이 있습니다.

마이크로 채널 히트 싱크의 경우 채널은 실리콘 칩(CPU)에 삽입되고 냉각수는 이를 통해 펌핑됩니다.채널은 표면적이 매우 커서 열 전달이 매우 큽니다.이 ^[43]기술로 3000 W/cm의² 열방산이 보고되었습니다.2상 흐름 냉각을 적용하면 열 방출이 더욱 증가할 수 있습니다.안타깝게도 이 시스템은 채널이 작기 때문에 큰 압력 강하가 필요하며, 전자 냉각에 사용되는 유전체 냉각제를 사용하면 열 유속이 낮아집니다.

또 다른 로컬 칩 냉각 기술은 제트 충돌 냉각입니다.이 기술에서는 냉각수가 작은 오리피스를 통해 흐르면서 제트를 형성합니다.제트는 CPU 칩의 표면을 향해 있어 큰 열유속을 효과적으로 제거할 수 있습니다.1000 W/cm² 이상의 열방산이 ^[44]보고되었습니다.이 시스템은 마이크로 채널 방식에 비해 낮은 압력으로 작동할 수 있습니다.열 전달은 2상 흐름 냉각과 리턴 흐름 채널(마이크로 채널 히트 싱크와 제트 충돌 냉각 간의 하이브리드)을 통합함으로써 더욱 증가할 수 있습니다.

상변화 냉각

상변화 냉각은 프로세서를 냉각하는 매우 효과적인 방법입니다.증기압축상변화냉각기는 보통 PC 아래에 설치되어 프로세서로 연결되는 튜브가 있는 장치입니다.장치 내부에는 에어컨과 동일한 유형의 컴프레서가 있습니다.컴프레서는 증발기에서 나오는 가스(또는 혼합 가스)를 압축합니다(아래에서 설명하는 CPU 쿨러).그런 다음, 매우 뜨거운 고압 증기가 응축기(방열 장치)로 밀어 넣어지고, 응축기는 일반적으로 응축기 출구에서 과냉각된 액체로 응축된 다음, 액체가 팽창 장치(시스템 내의 제한)로 공급되어 유체를 기화시킵니다(압력에 도달하기 때문입니다).e 원하는 온도에서 비등할 수 있습니다). 사용하는 팽창 장치는 보다 정교한 열팽창 밸브에 대한 단순한 모세관 튜브가 될 수 있습니다.액체는 증발(변화상)하여 프로세서의 열을 흡수하고 환경으로부터 여분의 에너지를 끌어당겨 이러한 변화에 대응합니다(잠열 참조).증발하면 온도가 약 -15~-150°C(5~-238°F)에 이를 수 있습니다.액체는 증발기로 흘러들어 CPU를 냉각시키고, 낮은 압력에서 증기로 변합니다.증발기 끝에서 이 가스가 컴프레서로 흘러내리고 사이클이 다시 시작됩니다.이렇게 하면 프로세서의 부하, 와트 수, 냉동 시스템(냉장 참조) 및 사용되는 가스 혼합물에 따라 프로세서를 -15 ~ -150 °C(5 ~ -238 °F)의 온도로 냉각할 수 있습니다.이러한 유형의 시스템은 비용, 중량, 크기, 진동, 유지 보수, 전기 비용, 소음, 전문 컴퓨터 타워의 필요성 등 여러 가지 문제에 시달리고 있지만, 주로 이슬점과 주변 모든 표면의 적절한 절연(배관이 땀을 흘리고 민감한 전자제품에 물이 떨어짐)을 고려해야 합니다..

또는 새로운 유형의 냉각 시스템이 개발되어 열시폰 루프에 펌프를 삽입하고 있습니다.따라서 열을 열원에서 효과적으로 운반하여 주변으로 회수하거나 소멸시킬 수 있으므로 설계 엔지니어의 유연성은 한층 더 높아집니다.접점 온도는 시스템 압력을 조정하여 조정할 수 있습니다. 압력이 높을수록 유체 포화 온도가 높아집니다.이것에 의해, 보다 작은 응축기, 보다 작은 팬, 및/또는 높은 주위 온도 환경에서의 효과적인 방열이 가능하게 됩니다.이러한 시스템은 본질적으로 차세대 유체 냉각 패러다임입니다. 단상수보다 약 10배 더 효율적이기 때문입니다.이 시스템은 열수송 매체로 유전체를 사용하기 때문에 누출로 인해 전기 시스템이 치명적인 고장을 일으키지 않습니다.

이러한 냉각 방식은 컴포넌트를 냉각하는 더 극단적인 방법으로 알려져 있습니다.이는 일반 데스크톱에 비해 유닛이 상대적으로 비싸기 때문입니다.또한 기본적으로 냉장고이기 때문에 상당한 양의 소음을 발생시키지만, 압축기 선택과 공기 냉각 시스템이 주요 결정 요소이므로 선택한 부품을 기반으로 소음 감소를 위한 유연성을 확보할 수 있습니다.

"thermosiphon"은 전통적으로 여러 개의 파이프 및/또는 챔버로 구성된 닫힌 시스템을 가리키며, 작은 액체 저장소가 들어 있는 큰 챔버(종종 주변 온도 바로 위에 끓는점이 있지만 반드시 그렇지는 않습니다)를 포함합니다.큰 챔버는 열원에서 가능한 한 많은 열을 액체로 전달하도록 설계되어 있습니다. 예를 들어, 챔버가 액체로 채워진 CPU 콜드 플레이트입니다.하나 이상의 파이프가 일종의 라디에이터 또는 유사한 방열 영역으로 위쪽으로 확장됩니다. 이 모든 것은 CPU가 탱크와 탱크에 포함된 액체를 가열하여 끓기 시작하고 증기가 튜브를 타고 라디에이터/방열 영역으로 이동한 다음 응축된 후 탱크로 다시 내려가거나 작동하도록 설정됩니다.튜브의 양옆으로 내려갑니다.이것은 움직이는 부품이 필요하지 않으며, 모세관 작용을 사용하지 않는다는 점을 제외하면 열 펌프와 다소 유사하며, 어떤 의미에서는 더 나은 성능을 제공합니다(아마도 가장 중요한 것은, 훨씬 더 쉽게 조립할 수 있고 특정 사용 사례에 맞게 훨씬 더 맞춤 가능하며 냉각수/증기의 흐름을 훨씬 더 다양한 방법으로 배열할 수 있다는 점입니다).위치 및 거리에 따라 열질량과 최대용량이 크게 증가하며, 열질량과 최대용량은 존재하는 냉각수의 양과 모세관 작용에 의해 제한되며, 종종 튜브 벽면에 소결된 구리 분말을 사용하여 달성할 수 있는 냉각수의 속도와 유량에 따라 제한됩니다.)

액체 질소

액체 질소는 물의 응고점보다 훨씬 낮은 -196°C(-320.8°F)에서 끓기 때문에 짧은 오버클럭 세션에서 극한 냉각제로 매우 중요합니다.

액체 질소 냉각 장치의 일반적인 설치에서는 구리 또는 알루미늄 파이프가 프로세서 또는 그래픽 카드 위에 장착됩니다.시스템이 응축으로부터 완전히 절연된 후 액체 질소가 파이프에 주입되어 온도가 -100°C(-148°F)를 훨씬 밑돌게 됩니다.

커스텀 밀링 구리 용기에 파이프가 부착된 컷아웃 히트 싱크부터 다양한 증발 장치를 사용하여 질소를 고정하고 큰 온도 변화를 방지합니다.하지만 질소가 증발한 후에는 다시 채워져야 합니다.PC의 영역에서는, 이 냉각 방법은, 오버클럭 시험 실행이나 기록 설정 시도 이외에는 거의 사용되지 않습니다.이는 내부 온도 변화에 의한 온도 스트레스로 인해 CPU가 비교적 짧은 시간 내에 만료되기 때문입니다.

액체 질소는 불연성이지만 공기에서 직접 산소를 응축시킬 수 있다.액체 산소와 인화성 물질의 혼합물은 위험할 정도로 폭발할 수 있습니다.

액체 질소의 냉각은 일반적으로 프로세서의 벤치마킹에만 사용됩니다.이는 컴퓨터의 1개 또는 여러 부품에 영구적인 손상을 줄 수 있으며 부주의하게 취급할 경우 사용자에게 해를 입히거나 동상의 원인이 될 수 있기 때문입니다.

액체 헬륨

액체 질소보다 차가운 액체 헬륨도 냉각에 사용되었습니다.액체 헬륨은 -269°C(-452.20°F)에서 비등하며 -230~-240°C(-382.0~-400.0°F)의 온도를 히트 ^[45]싱크로 측정했습니다.하지만 액체 헬륨은 액체 질소보다 더 비싸고 저장과 사용이 더 어렵습니다.또, 온도가 극단적으로 낮으면, 집적회로의 기능이 정지하는 일이 있습니다.예를 들어 실리콘 기반 반도체는 약 -233°C(-387.4°F)^[46]에서 동결됩니다.

최적화

냉각은 추가 비용이나 노력을 필요로 하는 몇 가지 기술을 통해 개선할 수 있습니다.이러한 기술은 특히 CPU나 GPU와 같은 컴퓨터의 부품을 제조사가 지정한 것보다 높은 전압과 주파수로 가동하는 사람들에게 많이 사용되며, 이로 인해 발열이 증가합니다.

비재고 냉각 고성능의 설치도 모듈링으로 간주할 수 있다.많은 오버클럭은 단순히 효율이 높고 많은 경우 고가의 팬과 히트 싱크를 조합하여 구입합니다.또, 액체의 냉각, 펠티에 효과의 히트 펌프, 히트 파이프, 상변화의 냉각 등, 보다 이국적인 방법으로 컴퓨터를 냉각하는 경우도 있습니다.

또한 시스템 온도를 낮추는 데 긍정적인 영향을 미치는 몇 가지 관련 작업 방식도 있습니다.

열전도성 화합물

흔히 Thermal Interface Material(TIM;^[47] 서멀 인터페이스 머티리얼)이라고 불립니다.

접촉면이 완전히 평평한 표면은 최적의 냉각을 제공하지만, 특히 대량 생산된 장비에서는 완벽한 평탄성과 미세한 공기 간격이 없는 것은 현실적으로 불가능합니다.열화합물의 매우 얇은 스킴은 열전도성이 공기보다 훨씬 높지만 금속보다는 훨씬 낮습니다. 공기의 틈을 메움으로써 열접촉과 냉각을 개선할 수 있습니다.틈새를 메우기에 충분한 양의 화합물만 사용해도 최적의 온도 저하를 얻을 수 있습니다.

화합물의 장점에 대해서는 많은 논쟁이 있으며, 오버클럭 사람들은 종종 어떤 화합물이 다른 화합물보다 우수하다고 생각한다.화합물의 열 전도율은 일반적으로 금속의 1/3 ~ 1/400이지만 공기보다 훨씬 좋기 때문에 표면을 고르게 하는 데 필요한 최소한의 열 화합물을 사용하는 것이 주요 고려 사항입니다.히트싱크 화합물의 전도율은 약 0.5 - 80W/mK^[48](문서 참조)이며 알루미늄은 약 200, 공기는 약 0.02입니다.열전도성 패드도 사용되며 제조업체가 히트 싱크에 설치하는 경우가 많습니다.열화합물을 적절히 도포하는 것보다 효과가 떨어지지만 도포는 간단하며 히트 싱크에 고정하는 경우 사용자가 열접촉의 중요성을 알지 못하거나 두껍고 비효율적인 화합물 층으로 대체할 수 없습니다.

여기서 설명하는 일부 기술과 달리, 상당한 양의 열을 방출할 때 열 화합물 또는 패딩을 사용하는 것은 거의 보편적입니다.

히트 싱크 래핑

대량생산된 CPU 히트스프레더와 히트싱크 베이스는 완전히 평평하거나 매끄럽지 않습니다.이러한 표면이 가능한 한 최적인 접촉면에 배치되면 열전도가 저하되는 공극이 발생합니다.이는 열화합물을 사용하면 쉽게 완화될 수 있지만 최상의 결과를 얻으려면 표면이 최대한 평평해야 합니다.이는 래핑이라고 하는 번거로운 프로세스에 의해 실현됩니다.이 프로세스를 통해 CPU의 온도를 통상 2°C(4°F)^[49] 낮출 수 있습니다.

둥근 케이블

대부분의 구형 PC는 플랫 리본 케이블을 사용하여 스토리지 드라이브(IDE 또는 SCSI)를 연결합니다.이러한 대형 플랫 케이블은 드래그와 난류를 일으켜 통기를 크게 방해합니다.오버클럭과 모듈러에서는, 통상의 케이블이 둥근 케이블로 대체되는 경우가 많아, 표면적을 줄이기 위해서, 도체 와이어가 단단히 묶입니다.이론적으로 리본 케이블의 병렬 가닥은 크로스톡(인근 도체에 신호를 유도하는 신호 반송 도체)을 감소시키는 역할을 하지만, 둥근 케이블이 성능을 감소시킨다는 경험적 증거는 없다.이는 케이블 길이가 충분히 짧기 때문에 크로스톡의 영향은 무시할 수 있기 때문일 수 있습니다.일반적으로 케이블은 전자적으로 보호되지 않고 길이가 상당할 때 문제가 발생합니다.이 문제는 오래된 네트워크 케이블에서 자주 발생합니다.

이러한 컴퓨터 케이블은 섀시 또는 다른 케이블에 케이블로 묶어서 통기량을 더욱 높일 수 있습니다.

이것은 케이블 폭이 훨씬 좁은 시리얼 ATA를 사용하는 새로운 컴퓨터에서는 문제가 되지 않습니다.

에어플로우

냉각 매체(공기)가 차가울수록 냉각 효과가 높아집니다.냉각 공기 온도는 다음 가이드라인을 통해 개선할 수 있습니다.

• 고온 부품에 가능한 한 직접 냉기를 공급합니다.예를 들어 CPU 또는 GPU 쿨러에 직접 또는 배타적으로 외부 공기를 공급하는 에어 스노클 및 터널이 있습니다.예를 들어 BTX 케이스 설계에서는 CPU 에어 터널이 규정되어 있습니다.
• 가능한 한 직접적으로 따뜻한 공기를 배출한다.예를 들면, 종래의 PC(ATX) 전원 장치는, 케이스의 배면으로부터 온기를 배출합니다.많은 듀얼 슬롯 그래픽 카드 설계에서는, 인접한 슬롯의 커버에 온기를 불어넣습니다.이 기능을 하는 애프터마켓 쿨러도 있습니다.CPU 냉각 설계에 따라서는 케이스의 후면을 향해 직접 따뜻한 공기를 불어넣어 케이스 팬에 의해 배출할 수 있습니다.
• 구성 요소를 스폿 냉각하는 데 이미 사용된 공기를 다른 구성 요소를 스폿 냉각하는 데 재사용해서는 안 됩니다(이전 항목과 동일).BTX 케이스 설계는 CPU 쿨러의 배기를 사용하여 칩셋과 그래픽 카드를 냉각하기 때문에 이 규칙을 위반합니다.PSU 마운트를 상단에 탑재한 오래된 ATX 케이스나 초저비용 ATX 케이스도 있습니다.그러나 대부분의 최신 ATX 케이스는 케이스 하단에 PSU 마운트가 있으며 PSU 바로 아래에 여과된 통풍구가 있습니다.
• 차가운 흡기를 선호하고 배기(배기 위 또는 근처 외부 공기)를 흡입하지 마십시오.예를 들어 타워 케이스 뒷면에 있는 CPU 냉각 공기 덕트는 그래픽 카드 배기구에서 따뜻한 공기를 흡입합니다.모든 배기가스를 케이스의 한쪽으로(통상은 후면/상단) 이동하면 흡기를 시원하게 유지하는 데 도움이 됩니다.
• 케이블을 메인보드 트레이 뒤에 숨기거나 케이블을 지퍼티와 접는 것만으로 통기성을 확보할 수 있습니다.

팬의 수는 적지만 전략적으로 배치하면 PC 내부의 통기성이 향상되어 케이스 전체의 온도가 주위 조건에 비해 낮아집니다.더 큰 팬을 사용하면 효율이 향상되고 작동 중 팬에 의해 발생하는 소음과 함께 폐열의 양이 감소합니다.

다양한 팬 배치 구성의 효과에 대한 합의는 거의 없으며 체계적인 테스트도 거의 이루어지지 않았습니다.직사각형 PC(ATX) 케이스의 경우 전면의 팬과 후면의 팬이 있고 상단에 팬이 있는 것이 적합한 구성인 것으로 확인되었습니다.그러나 AMD의 시스템 냉각 가이드라인(일부 구식)에는 다음과 같이 기재되어 있습니다.「전면 냉각 팬은 필수는 아닌 것 같습니다.실제로 일부 극단적인 상황에서 테스트 결과 이러한 팬은 냉기를 ^[50]도입하는 것이 아니라 온기를 재순환하는 것으로 나타났습니다."측면 패널의 팬도 케이스 내의 정상적인 공기 흐름을 방해함으로써 유사한 악영향을 미칠 수 있습니다.단, 이는 확인되지 않았으며 설정에 따라 다를 수 있습니다.

기압

대략적으로 말하면, 양압은 케이스의 흡입량이 케이스의 배출량보다 강하다는 것을 의미합니다.이 구성에 의해 케이스 내부의 압력이 환경보다 높아집니다.음압은 배기 가스가 흡입구보다 강하다는 것을 의미합니다.그 결과 내부 기압이 환경보다 낮아집니다.두 구성 모두 장점과 단점이 있으며, 두 구성 중 정압력이 더 일반적입니다.음압은 내부 가스가 환경과 평형 압력에 도달하려고 시도하기 때문에 팬에서 분리된 구멍과 환기구로 공기를 끌어당기는 결과를 초래합니다.그 결과, 모든 장소에 먼지가 침투합니다.양압과 여과된 흡입구를 조합하면 이 문제가 해결됩니다. 공기는 주변 환경과 평형을 이루기 위해 이러한 구멍과 환기구로 배출되기 때문입니다.흡기구 팬을 통해서만 먼지가 케이스 안으로 들어갈 수 있으며, 흡기구 팬에는 먼지 필터가 필요합니다.

컴퓨터 종류

데스크톱

데스크톱 컴퓨터는 일반적으로 냉각을 위해 하나 이상의 팬을 사용합니다.거의 모든 데스크탑 전원 장치에는 적어도 1개의 팬이 내장되어 있습니다만, PSU의 동작 온도가 높아져 PSU의 에너지 효율, 신뢰성 및 컴퓨터 내부 컴포넌트에 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 전체적인 능력이 저하되기 때문에 케이스 내부에 가열된 공기를 공급해서는 안 됩니다.따라서 최신 ATX 케이스(초저비용 케이스에서 일부 예외)는 모두 하단에 전원장치 마운트를 갖추고 있으며 설치 장소 아래에 전용 PSU 공기 흡입구(대부분 자체 필터 포함)가 있어 PSU가 케이스 아래에서 냉기를 흡입할 수 있습니다.

대부분의 제조업체는 케이스의 전면 하단에 시원하고 신선한 공기를 도입하고 후면 상부에서^{[citation needed]} 따뜻한 공기를 배출할 것을 권장합니다.팬을 케이스에 장착하여 공기를 제거하는 것보다 더 효과적으로 케이스에 공기를 주입하면 내부 압력이 외부보다 높아지며 이를 "양" 공기 흐름이라고 합니다(반대되는 경우를 "음" 공기 흐름이라고 합니다).주의할 점은 공기 흡입구에 먼지 ^[51]필터가 장착된 경우 내부 압력이 양이면 먼지가 쌓이는 것을 방지할 수 있다는 것입니다.내부 압력이 음의 경우 흡입구를 필터링하더라도 더 높은 먼지 축적이 발생합니다. 이 경우 음의 압력이 사용 가능한 개구부를 통해 먼지를 흡입하기 때문입니다.

일반적인 데스크톱 케이스 내부의 공기 흐름은 일반적으로 패시브 CPU 히트 싱크를 위한 충분한 강도가 아닙니다.대부분의 데스크톱 히트 싱크는 1개 또는 여러 개의 직접 연결된 팬 또는 블로워를 포함하여 활성화되어 있습니다.

서버

서버 냉각기

각 서버에는 독립된 냉각 시스템이 탑재되어 있습니다.1U 인클로저의 서버 냉각 팬은 보통 인클로저 중앙의 전면에 있는 하드 드라이브와 후면에 있는 패시브 CPU 히트 싱크 사이에 있습니다.더 큰(높은) 인클로저에는 배기 팬도 있으며, 약 4U부터는 액티브한 히트 싱크를 장착할 수 있습니다.전원 장치에는 일반적으로 배면 배기 팬이 있습니다.

랙마운트형 쿨러

랙 캐비닛은 수평으로 마운트된 서버의 일반적인 인클로저입니다.통상은 랙의 전면에서 흡입되어 후면에서 배출되는 공기.각 캐비닛에는 냉각 옵션을 추가할 수 있습니다.예를 들어 근접 결합 냉각 모듈을 장착하거나 캐비닛 요소(iDataPlex 서버 랙의 냉각 도어 등)와 통합할 수 있습니다.

좁은 공간에 다수의 시스템을 수용하는 또 다른 방법은 블레이드 섀시를 수평이 아닌 수직으로 사용하여 대류를 촉진하는 것입니다.고온 구성 요소에 의해 가열된 공기는 상승하여 보드를 따라 자연스러운 공기 흐름(스택 효과)을 만들어 냉각시키는 경향이 있습니다.일부 제조업체는 이 ^[52][53]효과를 활용합니다.

데이터 센터의 냉각

데이터 센터에는 일반적으로 다수의 컴퓨터 및 기타 전력 소모가 설치되어 있기 때문에 기기 과열이 발생할 위험이 있습니다.이를 방지하기 위해 광범위한 HVAC 시스템이 사용됩니다.대부분의 경우 바닥 아래 영역을 냉각 공기 및 전원 케이블의 큰 프레넘으로 사용할 수 있도록 상향식 바닥이 사용됩니다.

직접 접촉식 액체 냉각은 공기 냉각 옵션보다 효율적이기 때문에 공기 냉각보다 설치 공간이 줄어들고 자본 요건이 낮아지며 운영 비용이 절감됩니다.그것은 가장 뜨거운 성분으로부터 열을 이동시키기 위해 공기 대신 따뜻한 액체를 사용합니다.액체 냉각에 의한 에너지 효율의 향상도 ^[54][55]채용의 원동력이 되고 있습니다.

노트북

노트북은 기계적인 에어플로 설계, 전력 소산, 냉각에 관한 어려운 과제를 안고 있습니다.노트북 특유의 제약사항은 다음과 같습니다.디바이스 전체는 가능한 한 가벼워야 합니다.폼 팩터는 표준 키보드 레이아웃을 중심으로 구축되어야 합니다.사용자는 매우 가깝기 때문에 소음을 최소한으로 억제해야 하며 케이스 외부 온도는 무릎 위에서 사용할 수 있을 정도로 낮게 유지해야 합니다.냉각에는 일반적으로 강제적인 공기의 냉각이 사용되지만 히트 파이프나 금속제 섀시 또는 케이스를 패시브 히트 싱크로 사용하는 것도 일반적입니다.열절감 솔루션에는 저소비전력 ARM 또는 인텔 ATOM 프로세서를 사용하는 것이 있습니다.

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  노트북 컴퓨터의 CPU 및 GPU 히트싱크 및 배기 팬에 열을 전달하는 동제 히트 파이프

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  히트 파이프의 작동 유체는 노트북의 CPU 및 비디오 프로세서에서 핀 스택으로 열을 전달합니다.팬으로부터의 대류열 전달에 의해 핀 스택으로부터 열이 방산됩니다.이 핀 스택은 HP ZBook 모바일 워크스테이션 노트북에서 가져온 것입니다.

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  노트북의 열은 배기 원심 팬에 의해 배출됩니다.

모바일 디바이스

모바일 디바이스에는 보통 개별 냉각 시스템이 없습니다.모바일 CPU 및 GPU 칩은 디바이스 배터리의 제약으로 인해 전력 효율을 최대화하도록 설계되어 있기 때문입니다.일부 고성능 장치에는 전화기나 태블릿의 외부 케이스에 열을 전달하는 데 도움이 되는 열 분쇄기가 포함되어 있을 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

• CPU 소비 전력
• 열설계전력
• 전자기기 및 시스템의 열관리

레퍼런스

외부 링크

• CPU 쿨러 경험칙
• 잠수 냉각 특허 출원
• DIY 잠수 냉각 (어항 + 미네랄 오일) Gametrailers.com 포럼 - 비디오 [1][2], [3]
• "Microsoft's new way of cooling its data centers: Throw them in the sea". February 2016.