از چیپستهای داغ تا ترفندهای خنککننده
منبع: تکاسپات
تاریخ: 5 نوامبر 2025
تقریباً هر دستگاه الکترونیکی مدرن گرما تولید میکند، چه آن را متوجه شویم و چه نه. اگر مدیریت گرما به درستی انجام نشود، سیستمهای الکترونیکی ما یا خودشان را تخریب خواهند کرد یا بهطور جدی محدود در قابلیتهای پردازشی خود خواهند شد.
بیشتر خوانندگان فناوری معمولاً به خنکسازی CPU و GPU فکر میکنند، اما چرا معمولاً RAM نیازی به فن برای خنک شدن ندارد؟ چرا تفاوت عملکرد میان پردازندههای موبایل و دسکتاپ با وجود اندازههای مشابه، اینقدر زیاد است؟ چرا پیشرفتهای عملکردی نسلهای جدید چیپها به کندی پیش میرود؟
در حالی که تعداد ترانزیستورها همچنان در حال افزایش است، ما به طور فزایندهای با محدودیتهای فیزیکی و حرارتی سیلیکون روبرو هستیم. جریان نشت در اندازههای کوچکتر ترانزیستورها افزایش مییابد و گرمای تولید شده در هر میلیمتر مربع، سختتر از قبل دفع میشود. در سالهای اخیر، صنعت به سمت تکنیکهای پیشرفته بستهبندی مانند چیپلتها، stacking سهبعدی و interposers حرکت کرده تا از این محدودیتها عبور کند، به جای اینکه به روشهای سنتی متکی باشد. پیشرفتهای عملکردی اکنون بیشتر به طراحیهای معماری، اتصالها و استراتژیهای حرارتی هوشمند وابسته است تا کاهش اندازه ترانزیستورها.
مبانی گرما: چگونه انرژی در الکترونیک حرکت میکند؟
اگر فیزیک دبیرستان را به یاد داشته باشید، گرما حرکت تصادفی اتمها و مولکولهای سازنده دنیای ما است. وقتی یک مولکول انرژی جنبشی بیشتری از دیگری دارد، آن را “داغتر” مینامیم. این گرما میتواند زمانی که دو جسم با هم تماس پیدا کنند از یک جسم به جسم دیگر منتقل شود، تا زمانی که دمای آنها به تعادل برسد. در این حالت، جسم داغتر مقداری از گرمای خود را به جسم سردتر منتقل میکند.
زمانی که گرما منتقل میشود، بستگی به هدایت حرارتی مواد دارد. هدایت حرارتی میزان توانایی یک ماده برای هدایت گرما را اندازهگیری میکند. موادی مانند استایروفوم هدایت حرارتی نسبتاً پایینی دارند (حدود 0.03)، در حالی که مس هدایت حرارتی بالایی معادل 400 دارد. الماس نیز بالاترین هدایت حرارتی شناخته شده را دارد و بیش از 2000 است.
در دنیای الکترونیک، منابع گرما معمولاً از سه منبع اصلی نشأت میگیرند: سوئیچینگ، کوتاهمدت و نشت. این سه عامل به صورت متفاوتی تولید گرما میکنند.
سوئیچینگ: برای روشن یا خاموش کردن یک ترانزیستور، باید گیت آن را به زمین (منطق 0) یا Vdd (منطق 1) متصل کنیم. این فرآیند کمی گرما تولید میکند، زیرا هر بار که گیت شارژ میشود و تخلیه میشود، مقداری انرژی در قالب گرما از دست میرود.
کوتاهمدت: در هنگام سوئیچ شدن ترانزیستورها، ممکن است به طور موقت یک مسیر برای جریان وجود داشته باشد که باعث میشود مقداری انرژی به صورت گرما از دست برود.
نشت: ترانزیستورها به طور کامل خاموش نمیشوند و مقدار کمی از جریان حتی زمانی که ترانزیستور خاموش است، از آنها عبور میکند. این جریان نشت یکی از مشکلات اصلی در کاهش عملکرد تراشههای نسلهای جدید است.
چالشهای حرارتی جدید:
با توجه به اینکه تراشههای جدیدی مانند NPU و TPU عملکرد بالایی را در اندازههای کوچک ارائه میدهند، چالشهای حرارتی جدیدی پیش میآید. این تراشهها معمولاً در مراکز داده با محدودیتهای جریان هوا و بودجه انرژی محدود به کار میروند، و این موضوع اهمیت استراتژیهای حرارتی کارآمد را بیشتر میکند.
در کنار عملکرد، پایداری نیز تبدیل به یک نگرانی مهم شده است. مراکز داده به طور فزایندهای به دنبال راهحلهای خنکسازی مانند خنکسازی مایع غوطهوری، بازیافت گرما و خنککنندههای کمگلوبال گرین هستند تا اهداف محیطی را در حالی که از تجهیزات پرمصرف خود کنترل میکنند، برآورده کنند.
خنکسازی ترموالکتریک یا دستگاههای Peltier نیز به طور خاص مورد توجه قرار گرفتهاند. برخی تولیدکنندگان در حال آزمایش راهحلهای هیبریدی AIO + TEC برای افزایش عملکرد خنکسازی فراتر از آنچه که هوا یا آب میتواند ارائه دهد، هستند. اگرچه این روشها هنوز ناکارآمد و پرمصرف هستند، بهبود در مواد ترموالکتریک میتواند باعث شود تا در آینده بهویژه در موارد خاص کاربرد بیشتری پیدا کنند.
لینک:
https://www.techspot.com/article/1969-cooling-science/
