Охлаждение центрального процессора

Персональные компьютеры продолжают стремительно развиваться. В соответствии с законом Мура, транзисторов в каждом следующем поколении ЦП все больше. Непрерывно растут и тактовые частоты процессоров, а вместе с ними и тепловыделение.

Рост тепловыделения — это неизбежная плата за высокую производительность компьютеров. Охлаждать ядро микропроцессора становится все сложнее, и изготовители систем охлаждения постоянно стремятся повысить производительность своих изделий, чтобы они могли максимально эффективно отводить тепло от ЦП, сохраняя при этом небольшие размеры, невысокую цену и приемлемый уровень шума.

Обычная система охлаждения (так называемый «кулер») процессора представляет собой активный воздушный охладитель, состоящий из металлического радиатора с установленным на нем вентилятором

Радиаторы

Радиатор служит для рассеивания тепла охлаждаемого объекта (ядра процессора) в окружающей среде и должен соприкасаться с объектом. Так как количество передаваемого от одного тела к другому тепла зависит от площади поверхности, то площадь контакта радиатора и процессора должна быть как можно больше. Сторона, которой радиатор прилегает к процессору, называется основанием, или подошвой. Тепло от ядра переходит к основанию и затем распределяется по всей поверхности радиатора (причем неравномерно) и отводится в окружающую среду. Если на радиаторе не установлен вентилятор, то тепло отводится в основном излучением. Увеличить эффективность излучения можно, увеличив площадь поверхности радиатора. Это достигается применением радиаторов сложной формы: на основание устанавливаются ребра, с которых и происходит отвод тепла в окружающую среду. Чтобы радиатор эффективно рассеивал тепло, он должен обладать высокой теплопроводностью и теплоемкостью. Эти две физические величины определяются материалом радиатора. Идеального материала среди недорогих и распространенных металлов для радиатора не существует. При изготовлении радиаторов используют алюминий и медь, дополнительно делают покрытие из золота и серебра (для улучшения характеристик).

Кроме материала радиатора, большое значение имеет его конструкция. Конфигурация ребер, их высота, длина, расположение на основании рассчитываются индивидуально для каждой модели охладителя. Но цель у разработчиков одна: воздух должен беспрепятственно и равномерно проходить вдоль всей поверхности радиатора. Турбулентность (завихрения воздушного потока) в радиаторе, как правило, улучшает отвод тепла от ребер и основания к воздушному потоку, но снижает скорость этого потока. Так что определенно сказать, положительно ли она влияет на охлаждение или нет применительно ко всем радиаторам, нельзя.

Вентиляторы

Современный охладитель для процессора невозможно представить без вентилятора. Основные показатели, характеризующие вентилятор, — это скорость воздушного потока, объем воздуха, пропускаемый им в минуту, потребляемая мощность, частота вращения лопастей и уровень шума.

Чем быстрее вращаются лопасти вентилятора, тем больше его производительность. Но, к сожалению, пропорционально частоте вращения вентилятора меняется и уровень его шума. Уровень шума измеряется в децибелах (сокращенно дБ или dB). Сейчас «бесшумными» считаются системы охлаждения с уровнем шума около 23 дБ. Охладитель с уровнем шума 30 дБ может «вывести из себя» самого терпеливого пользователя.

Тепловой интерфейс

Уже отмечалось, что передача тепла от одного тела к другому зависит от площади поверхности соприкосновения. Соответственно чем она больше, тем выше эффективность работы охладителя. К сожалению, ни основание радиатора, ни ядро процессора не имеют идеально гладкой поверхности. Небольшие шероховатости, углубления и царапины образуют воздушные подушки, а воздух имеет очень малую теплопроводность. Для улучшения теплового контакта применяют различные тепловые интерфейсы: термопасты и прокладки. Эти интерфейсы имеют высокую теплопроводность и при контакте заполняют собой неровности поверхности, исключая появление воздушной прослойки.

Ведущие изготовители систем охлаждения ЦП

Наиболее известными изготовителями охладителей, представленными на российском рынке, следует признать компании CoolerMaster, EverСool, GlacialTech, Molex, Thermaltake, Titan и Zalman.

Оперативная память.

Оперативная память или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) - от английского Random Access Memory - память произвольного доступа. Это устройство компьютера, предназначенное для хранения выполняющихся в текущий момент времени программ, а также данных, необходимых для их выполнения.

RAM реализована также на интегральных микросхемах. Существует два типа таких микросхем памяти: статическая и динамическая.

Ячейку статической памяти образуют так называемые триггерные схемы. Входным импульсом они устанавливаются в одно из двух возможных состояний – «0» или «1». Данные в памяти хранятся лишь при постоянном электропитании. Про такое запоминающее устройство говорят, что оно энергозависимо. Данные стираются после выключения или перезагрузки компьютера. Основная характеристика ОЗУ с точки зрения пользователя – объем. Память можно наращивать, прикупая микросхемы и ставя их в отведенные для них места на материнской плате компьютера.

У первых персональных компьютеров объем памяти не превышал 640 Кбайт — 1 Мбайт, а у современного типового ПК имеется 256—512 Мбайт памяти. За два десятилетия память компьютеров расширилась в 250—500 раз и продолжает расширяться.

Темпы роста объемов динамической памяти (DRAM), используемой в качестве оперативной памяти компьютеров, вполне соответствуют темпам роста производительности процессоров, то есть их способности оперативно обрабатывать все большие объемы информации. Однако для реализации этой возможности быстродействие памяти должно соответствовать быстродействию процессоров. К сожалению, быстродействие DRAM растет очень медленно. Время произвольного доступа за два десятилетия уменьшилось всего в несколько раз, в то время как частота работы процессоров возросла более чем в тысячу раз.

Существуют два пути повышения производительности оперативной памяти: увеличение ширины шины памяти или ее частоты.

Основные типы оперативной памяти:

SDRAM. Уже устаревшая, крайне редко применяемая в настоящее время. Такая память имеет маркировку PC100 или PC133 с пропускной способностью 800 Мбайт/с и 1,06 Гбайт/с соответственно.

DDR. Память DDR получила такое название потому, что позволяет при той же тактовой частоте передавать данные вдвое быстрее, чем классическая SDRAM, по два раза за такт. Такая память получила название DDR200 (по эффективной частоте передачи данных), нередко используется и обозначение PC1600 (по пропускной способности шины памяти, т. е. пропускная способность 1,6 Гбайт/с). Соответственно ячейки DRAM в памяти DDR266 работают на частоте 133 МГц и имеют обозначение РС2100, в DDR333 — 166 МГц (РС2700), а в DDR400 — 200 МГц (РС3200). Эффективная частота модулей памяти, выпускаемых в настоящее время в больших количествах, достигла 550 МГц (частота ячеек DRAM в ней составляет 275 МГц). Дальнейшее наращивание частот весьма проблематично; возможно, удастся преодолеть барьер в 300 МГц, но дальнейшее развитие практически невозможно, и никакого запаса производительности технология DDR уже не имеет. Индустрии необходим новый стандарт памяти, который позволил бы увеличивать эффективную частоту и соответственно производительность модулей памяти еще некоторое время. Таким стандартом и стала память DDR2.

DDR2. Так же, как и в DDR-памяти, микросхема выдает данные на буферы ввода-вывода по широкой внутренней 64-бит шине с частотой 100 МГц. Однако теперь они уходят из буфера по еще более быстрой и еще более высокочастотной шине ¾ из буфера к контроллеру памяти ведет 16-бит шина, работающая на удвоенной частоте — 200 МГц, что вместе с передачей данных дважды за такт обеспечивает эффективную частоту модуля памяти 400 МГц. Такой модуль памяти обозначается DDR2-400, его название образовано по аналогии с памятью DDR: в соответствии с эффективной частотой передачи данных к контроллеру памяти.

Таким образом, используя массивы ячеек DRAM с одинаковой частотой (100 МГц), в разных типах памяти достигается различная производительность модуля памяти. Для SDRAM это 800 Мбайт/с, для DDR уже вдвое больше — 1600 Мбайт/с, а память DDR2 обеспечивает 3200 Мбайт/с.