Decode: Nhiệt từ chip xử lý PC và smartphone từ đâu mà ra? Làm mát như thế nào?

Hầu như mọi thiết bị điện tử anh em đang sở hữu đều sinh ra nhiệt, dù anh em có nhận thấy hay không. Nếu không quản lý và tản nhiệt phù hợp, các hệ thống của anh em, từ laptop đến smartphone sẽ tự phá hủy chính nó, hoặc sẽ bị hạn chế nghiêm trọng về hiệu năng tính toán.

Anh em có lẽ sẽ nghĩ ngay đến việc làm mát cho chip CPU và GPU, nhưng tại sao RAM thường không cần quạt làm mát chủ động? Tại sao lại có sự chênh lệch lớn như vậy giữa hiệu suất của CPU laptop và CPU máy bàn, mặc dù kích thước die bán dẫn của chúng khá tương đồng? Tại sao những cải tiến về hiệu năng từ các thế hệ chip mới ra mắt gần đây bắt đầu chậm lại?



Khi mật độ transistor tiếp tục tăng lên, chúng ta ngày càng đối mặt với giới hạn vật lý và nhiệt của chất liệu silic. Dòng điện rò rỉ tăng lên khi kích thước transistor thu nhỏ lại, và lượng nhiệt sinh ra trên mỗi milimet vuông trở nên khó xử lý làm mát hơn. Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp bán dẫn và điện toán đã chuyển sang các kỹ thuật đóng gói tiên tiến như chiplet, xếp chồng die 3D, hay ứng dụng cầu nối interposer để vượt qua những giới hạn này thay vì chỉ phụ thuộc vào sức mạnh xử lý thô.

Những cải tiến về hiệu năng chip bán dẫn giờ ít liên quan đến việc thu nhỏ transistor hơn, mà hầu hết tập trung vào các chiến lược thiết kế kiến trúc, kết nối và quản lý nhiệt thông minh.

Để trả lời những câu hỏi phức tạp liên quan đến nhiệt và vật lý của cách máy tính hoạt động ở kích thước nanomet, bài này sẽ đề cập đến khoa học cơ bản về nhiệt, cách thức và lý do nhiệt được sinh ra trong thiết bị điện tử và chip bán dẫn, cũng như các phương pháp khác nhau mà chúng ta đã phát triển để kiểm soát nó.

Cơ bản về nhiệt

Nếu anh em còn nhớ vật lý cấp 3, nhiệt đơn giản chỉ là chuyển động ngẫu nhiên của các nguyên tử và phân tử tạo nên thế giới xung quanh chúng ta. Khi một phân tử có năng lượng động học cao hơn phân tử khác, chúng ta nói rằng nó nóng hơn. Nhiệt này có thể được truyền từ vật thể này sang vật thể khác khi chúng tiếp xúc với nhau, cho đến khi cả hai đạt trạng thái cân bằng. Điều này có nghĩa là vật thể nóng hơn sẽ truyền một phần nhiệt của nó sang vật thể lạnh hơn, kết quả cuối cùng là nhiệt độ nằm giữa hai giá trị đó.



Thời gian cần thiết để truyền nhiệt phụ thuộc vào độ dẫn nhiệt của các vật liệu liên quan. Độ dẫn nhiệt đo lường khả năng dẫn nhiệt của một vật liệu. Một chất cách điện như xốp polystyrene có độ dẫn nhiệt tương đối thấp, khoảng 0.03 W/(m·K), trong khi một chất dẫn điện như đồng có độ dẫn nhiệt cao, khoảng 400 W/(m·K). So sánh hai ví dụ đối lập tuyệt đối, chân không thực tế có độ dẫn nhiệt là 0, còn kim cương thì có độ dẫn nhiệt cao nhất mà con người biết, vượt quá ngưỡng 2000 W/(m·K).



Một điều quan trọng cần nhớ là nhiệt luôn chảy về các khu vực lạnh hơn, nhưng về mặt kỹ thuật, không có khái niệm "lạnh". Chúng ta chỉ cảm nhận một vật thể là "lạnh" nếu nó có ít nhiệt hơn môi trường xung quanh. Một định nghĩa quan trọng khác mà chúng ta sẽ cần là nhiệt lượng, đại diện cho quán tính của một vật thể đối với sự thay đổi nhiệt độ. Với cùng một lò sưởi, việc làm nóng một căn phòng đơn lẻ dễ dàng hơn nhiều so với việc làm nóng toàn bộ ngôi nhà. Điều này là do nhiệt lượng của một căn phòng đơn lẻ nhỏ hơn nhiều so với toàn bộ ngôi nhà.

Quảng cáo

Chúng ta có thể kết hợp tất cả những khái niệm trên đây với ví dụ đơn giản về việc đun sôi nước. Khi anh em bật bếp, ngọn lửa nóng tiếp xúc với nồi mát hơn. Vì vật liệu làm nên nồi là chất dẫn nhiệt tốt, nhiệt từ lửa sẽ truyền vào nước cho đến khi nước sôi.



Thời gian cần thiết để đun sôi phụ thuộc vào phương pháp gia nhiệt, vật liệu của nồi và lượng nước. Nếu bạn cố gắng đun một nồi nước bằng một cái bật lửa nhỏ, nó sẽ mất rất nhiều thời gian so với việc sử dụng ngọn lửa lớn của bếp. Điều này là do bếp có công suất đầu ra cao hơn nhiều, được đo bằng đơn vị watt, so với cái bật lửa.

Tiếp theo, nước trong nồi sẽ sôi nhanh hơn, nếu nồi có độ dẫn nhiệt cao hơn vì nhiều nhiệt hơn sẽ được truyền vào nước. Lý tưởng nhất, đương nhiên là nồi đun bằng kim cương. Cuối cùng, anh em đều biết rằng một nồi nước nhỏ sẽ sôi nhanh hơn so với một nồi lớn hơn nhiều. Điều này là vì, với nồi nhỏ hơn, có ít nhiệt lượng cần làm nóng hơn.

Sau khi đun sôi xong, anh em có thể để nước nguội tự nhiên. Khi điều này xảy ra, nhiệt từ nước được giải phóng vào không gian trong phòng vì không khí mát hơn. Vì phòng có nhiệt lượng cao hơn nhiều so với nồi, nhiệt độ không khí trong phòng sẽ không thay đổi đáng kể.

Ba nguồn tạo nhiệt từ chip bán dẫn

Anh em đã hiểu nhiệt hoạt động và di chuyển giữa các vật thể như thế nào. Giờ hãy nói về nguồn gốc của nó từ đâu. Tất cả các thiết bị điện tử kỹ thuật số đều được tạo thành từ hàng triệu hoặc thậm chí hàng tỷ transistor. Về cơ bản, transistor là những công tắc được điều khiển bằng dòng điện, bật và tắt hàng tỷ lần mỗi giây. Bằng cách kết nối một số transistor lại với nhau, chúng ta có thể tạo thành cấu trúc phức tạp của một chip máy tính.

Quảng cáo

Khi các transistor này hoạt động, chúng tiêu tán năng lượng từ ba nguồn: Chuyển mạch (switching), ngắn mạch (short-circuit) và rò điện (leakage). Năng lượng chuyển mạch và ngắn mạch đều được coi là nguồn nhiệt động vì chúng bị ảnh hưởng bởi việc transistor bật và tắt. Còn điện rò rỉ thì được coi là giá trị tĩnh vì nó không đổi, và không bị ảnh hưởng bởi hoạt động của transistor.

Hãy bắt đầu với nhiệt lượng từ chuyển mạch.

Để bật hoặc tắt một transistor, phải đặt điện áp gate xuống mức ground (logic 0) hoặc Vdd (logic 1). Tuy nhiên, việc này không đơn giản như lúc bật công tắc vì điện áp cổng này có một mức điện dung rất nhỏ. Anh em có thể coi đây là một loại pin sạc kích thước siêu nhỏ. Để kích hoạt cổng, phải nạp điện cho pin vượt qua một ngưỡng điện áp nhất định. Khi sẵn sàng tắt cổng transistor, cần xả lượng điện đó. Mặc dù các cổng này siêu nhỏ, nhưng có hàng tỷ cổng như vậy trong chip hiện đại và chúng sẽ thực hiện chuyển đổi bật tắt hàng tỷ lần mỗi giây.



Một lượng nhiệt nhỏ được tạo ra mỗi khi điện tích cổng đó bị xả xuống điện cực ground. Để tính toán năng lượng chuyển mạch, chúng ta nhân hệ số hoạt động (tỷ lệ trung bình của các transistor chuyển đổi ở bất kỳ chu kỳ nào), tần số, điện dung cổng và bình phương điện áp lại với nhau.

Bây giờ hãy xem xét năng lượng ngắn mạch. Điện tử kỹ thuật số hiện đại sử dụng một kỹ thuật gọi là CMOS. Các transistor được sắp xếp sao cho không có đường dẫn trực tiếp nào để dòng điện chạy xuống điện cực ground. Trong ví dụ về cổng logic NOT ở hình trên, có hai transistor bổ sung. Mỗi khi transistor phía trên bật, transistor phía dưới tắt, và ngược lại. Điều này đảm bảo rằng đầu ra là 0 hoặc 1 và là nghịch đảo của giá trị đầu vào.

Tuy nhiên, trong quá trình chuyển đổi các transistor bật và tắt, có một khoảng thời gian rất ngắn mà cả hai transistor đều dẫn điện đồng thời. Khi một bộ đang tắt và bộ khác đang bật, chúng sẽ dẫn điện khi đạt đến điểm giữa. Điều này là không thể tránh khỏi và tạo ra một đường dẫn tạm thời để dòng điện chảy trực tiếp sang điện cực ground. Chúng ta có thể cố gắng hạn chế điều này bằng cách làm cho các transistor chuyển đổi nhanh hơn giữa trạng thái bật và tắt, nhưng không thể loại bỏ hoàn toàn tình trạng đó.



Khi tần số vận hành của chip tăng lên, sẽ có nhiều thay đổi trạng thái hơn và nhiều tình huống ngắn mạch tức thời hơn. Điều này làm tăng lượng nhiệt tỏa ra từ chip. Để tính toán năng lượng ngắn mạch, chúng ta nhân dòng điện ngắn mạch, điện áp hoạt động và tần số chuyển mạch lại với nhau.

Cả hai ví dụ trên đều là nguồn nhiệt động. Nếu muốn giảm chúng, cách dễ nhất là chỉ cần giảm tần số vận hành, tức là xung nhịp của chip. Điều này thường không thực tế vì nó sẽ làm chậm hiệu năng của chip. Một lựa chọn khác là giảm điện áp hoạt động của chip. Giải pháp này hợp lý hơn. Chip trước đây chạy ở mức 5V trở lên, trong khi CPU hiện đại hoạt động ở mức khoảng 1V.

Bằng cách thiết kế transistor để hoạt động ở điện áp thấp hơn, chúng ta có thể giảm lượng nhiệt thất thoát thông qua năng lượng động. Hai dạng năng lượng động kể trên cũng là lý do tại sao CPU và GPU của anh em nóng lên khi ép xung (overclock). Lúc đó anh em đang tăng tần số vận hành, và thường là cũng sẽ phải tăng điện áp cấp cho chip. Điện càng mạnh thì xung càng cao. Và xung càng cao thì càng tạo ra nhiều nhiệt mỗi chu kỳ.



Loại nhiệt cuối cùng được tạo ra trong thiết bị điện tử kỹ thuật số là năng lượng rò rỉ. Chúng ta thích nghĩ rằng transistor hoàn toàn bật hoặc tắt, nhưng đó không phải là cách chúng hoạt động trong thực tế. Luôn có một lượng dòng điện rất nhỏ chảy qua ngay cả khi transistor ở trạng thái không dẫn điện. Đây là một công thức rất phức tạp, và tác động của hiệu ứng này ngày càng trở nên tồi tệ hơn khi chúng ta tiếp tục thu nhỏ kích thước transistor.

Khi kích thước transistor trở nên nhỏ hơn, sẽ ít vật liệu hơn để chặn dòng electron khi chúng ta muốn chúng tắt. Đây là một trong những yếu tố chính hạn chế hiệu suất của các thế hệ chip mới, vì tỷ lệ năng lượng rò rỉ cứ tăng lên mỗi thế hệ kiến trúc và tiến trình gia công bán dẫn.

Các định luật vật lý và giới hạn của vật liệu bán dẫn đã đẩy chúng ta vào ngõ cụt, và không gian để cải thiện đang ngày càng thu hẹp lại. Điều đó cũng đúng với các bộ tăng tốc xử lý AI như NPU và TPU, kể cả trong iPhone của anh em, hay những máy chủ đám mây khổng lồ. Những bộ tăng tốc xử lý này đóng gói một lượng lớn mật độ transistor, kéo theo đó là khả năng tính toán vào tiết diện chip rất nhỏ. Nó đặt ra những thách thức thiết kế nhiệt mới. Các chip này thường được triển khai trong trung tâm dữ liệu, nơi luồng không khí và ngân sách điện năng bị hạn chế, khiến các chiến lược quản lý nhiệt hiệu quả trở nên quan trọng hơn bao giờ hết.



Ngoài hiệu suất, sự bền vững đối với môi trường cũng đang trở thành mối quan tâm hàng đầu. Các trung tâm dữ liệu đang ngày càng khám phá làm mát bằng nhúng chất lỏng, tái chế nhiệt và chất làm lạnh với chỉ số GWP thấp (khả năng làm trái đất ấm lên), để đáp ứng các mục tiêu môi trường đồng thời kiểm soát phần cứng ngốn nhiều điện. Công nghệ làm mát xanh không chỉ là một mục tiêu tương lai nữa, nó đã và đang được triển khai tích cực trong cơ sở hạ tầng hiện đại.

Làm mát bằng hiệu ứng nhiệt điện (TEC), áp dụng hiệu ứng Peltier, vẫn còn là những sản phẩm ở thị trường ngách, nhưng đã có được sự quan tâm thời gian gần đây. Một số nhà sản xuất đã thử nghiệm các giải pháp tản nhiệt AIO TEC kết hợp để đẩy hiệu suất làm mát vượt qua những gì các hệ thống làm mát truyền thống sử dụng không khí hoặc nước có thể tạo ra.

Mặc dù các thiết lập tản nhiệt như thế này vẫn có xu hướng kém hiệu quả và ngốn nhiều điện, nhưng cải tiến trong vật liệu nhiệt điện rồi sẽ khiến chúng trở nên thực tế hơn cho các trường hợp sử dụng cụ thể.



Tương tự như vậy, hệ thống làm mát bằng nén hơi và hệ thống thay đổi pha vẫn chủ yếu dành cho trung tâm dữ liệu và ép xung cực độ. Nhưng có nghiên cứu đang diễn ra về các giải pháp làm mát nhỏ gọn, hiệu quả sử dụng chất làm lạnh tiên tiến và thiết kế bộ phận nén mới có thể một ngày nào đó mang đến khả năng làm mát dưới nhiệt độ môi trường cho các cài đặt phổ biến hơn.

Giảm nhiệt độ cho chip

Chúng ta đã biết nguồn gốc của nhiệt trong chip bán dẫn, nhưng chúng ta có thể làm gì với nó? Chúng ta cần loại bỏ nguồn nhiệt này, vì nếu quá nóng, các transistor có thể bắt đầu suy giảm và hư hỏng.

Bóp xung khi quá nhiệt, thermal throttling, là phương pháp tự động làm mát chip khi hệ thống không cung cấp đủ khả năng làm mát. Nếu cảm biến nhiệt bên trong phát hiện nhiệt độ đang tăng cao, chip có thể tự động giảm xung nhịp hoạt động để giảm lượng nhiệt sinh ra. Tuy nhiên, đây không phải là điều anh em mong muốn, và thực tế cũng có những cách tốt hơn nhiều để xử lý nhiệt dư thừa trong hệ thống máy tính.



Một số con chip thực sự không cần các giải pháp làm mát quá phức tạp. Hãy nhìn quanh bo mạch chủ của anh em, sẽ thấy hàng chục chip bán dẫn nhỏ mà không có tản nhiệt. Nhờ đâu mà chúng không bị quá nhiệt và tự hủy? Lý do là chúng có thể không sinh ra nhiều nhiệt ngay từ đầu. Các CPU và GPU mạnh mẽ có thể tiêu tán hàng trăm watt điện, trong khi một chip mạng hoặc chip xử lý âm thanh nhỏ hơn có thể chỉ sử dụng một phần nhỏ của một watt điện.

Trong những trường hợp này, bo mạch chủ hoặc vỏ ngoài của chip có thể đóng vai trò là tản nhiệt đủ để giữ cho chip mát mẻ. Về cơ bản thì, chỉ cần vượt qua ngưỡng khoảng 1 watt công suất điện tiêu thụ, anh em sẽ cần bắt đầu suy nghĩ về quản lý nhiệt một cách hợp lý rồi.

Cuộc chơi ở đây là, giảm thiểu điện trở nhiệt giữa các vật liệu xuống mức thấp nhất có thể. Anh em sẽ muốn tạo ra đường đi ngắn nhất và hiệu quả nhất để nhiệt truyền từ chip đến bầu không khí xung quanh cỗ máy tính. Đó là lý do tại sao die CPU và GPU thường được dán tấm tản nhiệt tích hợp (IHS - Integrated Heat Spreader) ở trên cùng bề mặt die silicon.



Die silicon của CPU bên trong nhỏ hơn nhiều so với kích thước của cả gói chip thương mại, nhưng bằng cách phân tán nhiệt trên một diện tích lớn hơn, chúng ta có thể làm mát con chip hiệu quả hơn. Điều quan trọng là phải sử dụng keo tản nhiệt chất lượng cao giữa chip và bộ tản nhiệt. Nếu không có đường dẫn truyền nhiệt này, nhiệt sẽ khó khăn hơn nhiều trong việc truyền từ IHS đến bộ tản nhiệt.

Có hai hình thức làm mát chính: Thụ động và chủ động. Làm mát thụ động sử dụng một bộ tản nhiệt đơn giản gắn vào chip, dựa vào luồng không khí xung quanh để mang nhiệt đi. Vật liệu lý tưởng sẽ là thứ có độ dẫn nhiệt cao và diện tích bề mặt lớn, cho phép nó truyền nhiệt từ chip đến không khí xung quanh một cách hiệu quả.

Bộ điều chỉnh điện áp và chip bộ nhớ thường có thể sử dụng hệ thống làm mát thụ động vì chúng không sinh ra nhiều nhiệt. Bây giờ hầu hết các module DDR5 cao cấp ép xung rất mạnh, SSD chuẩn PCIe Gen 5 và bộ nhớ máy chủ mới yêu cầu làm mát chủ động. Còn DDR4 hay DDR5 xung nhịp cơ bản hay SSD PCIe Gen 3 hay thậm chí Gen 4 chỉ cần heatsink thụ động là được.



Tương tự, hầu hết các SoC trong smartphone của anh em đều được làm mát thụ động, mặc dù một số điện thoại chuyên dụng hoặc phục vụ chơi game đôi khi sử dụng buồng hơi hoặc quạt nhỏ để quản lý tải nhiệt tốt hơn, cho chip chạy ở xung nhịp và hiệu năng cao hơn.



Hiệu suất của chip càng cao thì nó sinh ra nhiều năng lượng hơn, và bộ tản nhiệt cần thiết để giữ cho nó mát mẻ cũng lớn hơn. Đó là lý do tại sao SoC của smartphone luôn yếu hơn hơn so với bộ xử lý máy tính để bàn, đơn giản là không có đủ khả năng làm mát để theo kịp.

Khi chạm tới ngưỡng hàng chục watt mà một con chip tiêu tán, chẳng hạn như Core i5 hay Ryzen 5 với TDP cỡ 45W, anh em sẽ cần bắt đầu nghĩ đến chuyện làm mát chủ động. Quy trình chủ động này liên quan đến việc sử dụng quạt hoặc các phương pháp khác để ép luồng không khí đi qua bộ tản nhiệt, cho phép nó xử lý tới vài trăm watt công suất nhiệt. Tuy nhiên, để tận dụng tối đa khả năng làm mát này, anh em sẽ cần đảm bảo rằng nhiệt được phân tán hiệu quả từ chip trên toàn bộ bề mặt của bộ tản nhiệt. Sẽ rất vô ích nếu có một bộ tản nhiệt lớn mà không có cách nào để truyền nhiệt vào nó.



Đó là lúc làm mát bằng chất lỏng và ống dẫn nhiệt phát huy tác dụng. Cả hai đều thực hiện cùng một nhiệm vụ thiết yếu, đó là truyền càng nhiều nhiệt càng tốt từ chip đến bộ tản nhiệt hoặc radiator của tản nước. Trong hệ thống làm mát bằng chất lỏng, nhiệt được truyền từ chip đến waterblock bằng một hỗn hợp keo tản nhiệt có độ dẫn nhiệt cao.



Khối tản nhiệt nước, waterblock, thường có mặt tiếp xúc với chip được làm bằng đồng hoặc vật liệu khác có khả năng dẫn nhiệt cao, sau đó sẽ làm nóng chất lỏng. Chất lỏng này lưu trữ nhiệt và mang nó đến radiator, nơi nhiệt từ chất lỏng có thể được thải ra ngoài không khí.



Đối với các hệ thống nhỏ hơn như máy tính xách tay, vốn không thể chứa một hệ thống làm mát bằng chất lỏng hoàn chỉnh, ống đồng dẫn nhiệt rất phổ biến. So với những ống đồng cơ bản, thiết lập nhiều ống dẫn nhiệt có thể hiệu quả hơn 10 đến 100 lần trong việc truyền nhiệt ra khỏi chip.



Một ống dẫn nhiệt tương tự như làm mát bằng chất lỏng, nhưng sử dụng quá trình chuyển pha để tăng cường khả năng truyền nhiệt. Bên trong một ống dẫn nhiệt, chất lỏng bay hơi khi bị nóng, biến thành hơi. Hơi nước di chuyển dọc theo ống cho đến khi nó đạt đến đầu lạnh hơn, nơi nó ngưng tụ trở lại thành chất lỏng. Chất lỏng sau đó quay trở lại đầu nóng thông qua trọng lực hoặc mao dẫn.

Cách vapor chamber làm mát cho chip xử lý áp dụng chung một nguyên tắc đằng sau lý do tại sao anh em cảm thấy lạnh khi bước ra khỏi vòi hoa sen hoặc hồ bơi: Chất lỏng hấp thụ nhiệt khi nó bay hơi và giải phóng nó khi nó ngưng tụ.



Bây giờ anh em đã có thể truyền nhiệt từ chip vào ống dẫn nhiệt hoặc chất lỏng, làm thế nào để thải nhiệt đó một cách hiệu quả vào không khí? Đó là lúc các cánh/lá tản nhiệt và radiator phát huy tác dụng. Một ống nước đơn giản chứa nước hoặc một ống dẫn nhiệt sẽ truyền một phần nhiệt vào không khí xung quanh, nhưng không nhiều. Để thực sự làm mát mọi thứ, chúng ta cần tăng diện tích bề mặt tiếp xúc.



Các lá tản nhiệt mỏng trong bộ tản nhiệt hoặc radiator phân tán nhiệt trên một diện tích bề mặt lớn, cho phép quạt thổi đi một cách hiệu quả. Các cánh càng mỏng thì có thể chứa được nhiều diện tích bề mặt hơn trong một không gian nhất định. Tuy nhiên, nếu các cánh quá mỏng, chúng sẽ không tiếp xúc đủ với ống dẫn nhiệt để truyền nhiệt vào các cánh một cách hiệu quả.



Đó là sự cân bằng tương đối tinh tế. Và đó cũng là lý do tại sao, trong một số trường hợp, bộ tản nhiệt với kích thước lớn hơn có thể hoạt động kém hơn so với những bộ có kích thước nhỏ hơn nhưng được tối ưu hóa tốt hơn.

Làm mát ở mức dưới nhiệt độ môi trường

Tất cả các phương pháp làm mát mà chúng ta đã thảo luận ở trên đều hoạt động bằng cách truyền nhiệt đơn giản, dẫn nhiệt từ bề mặt chip rất nóng đến bầu không khí xung quanh. Điều này có nghĩa là nhiệt độ chip sẽ không thể lạnh hơn nhiệt độ môi trường của căn phòng đang đặt cỗ máy tính/laptop hoặc smartphone. Nếu chúng ta muốn làm mát dưới nhiệt độ môi trường, hoặc nếu chúng ta cần làm mát thứ gì đó lớn như một trung tâm dữ liệu, chúng ta cần áp dụng thêm một số khoa học. Đó là lúc máy làm mát và bộ làm mát nhiệt điện xuất hiện.

Làm mát nhiệt điện, ứng dụng hiệu ứng nhiệt điện Peltier, không phổ biến lắm vào thời điểm này nhưng có tiềm năng trở nên rất hữu ích. Các thiết bị này truyền nhiệt từ một bên của tấm làm mát sang bên kia bằng cách tiêu thụ điện. Chúng sử dụng các vật liệu nhiệt điện đặc biệt có thể tạo ra sự khác biệt về nhiệt độ thông qua điện thế.



Khi dòng điện một chiều chạy qua thiết bị, nhiệt được hấp thụ từ một bên và truyền sang bên kia, cho phép "bên lạnh" giảm xuống dưới nhiệt độ môi trường. Hiện tại, các thiết bị này vẫn nằm ở thị trường ngách, chưa phổ biến vì chính chúng cần tiêu thụ nhiều năng lượng để đạt được khả năng làm mát đáng kể. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đang nỗ lực phát triển các phiên bản hiệu quả hơn để sử dụng rộng rãi hơn.

Giống như quá trình chuyển đổi trạng thái có thể truyền nhiệt, thay đổi áp suất của chất lỏng làm mát cũng có thể được sử dụng để di chuyển nhiệt. Đây là nguyên tắc để vận hành tủ lạnh, máy điều hòa không khí, và hầu hết các hệ thống làm mát quy mô lớn khác.

Trong các hệ thống này, một chất làm lạnh đặc biệt chảy qua một vòng kín, nơi nó bắt đầu ở dạng hơi, được nén, ngưng tụ thành chất lỏng, giãn nở và bay hơi trở lại ở dạng hơi. Chu kỳ này lặp đi lặp lại liên tục, và sẽ truyền nhiệt trong quá trình đó. Máy nén cần tiêu thụ năng lượng, nhưng hệ thống như vậy có thể làm mát cho hệ thống ở ngưỡng dưới nhiệt độ môi trường. Đó là cách các trung tâm dữ liệu và tòa nhà văn phòng nơi anh em làm việc hàng ngày giữ được sự mát mẻ ngay cả vào những ngày hè nóng nhất.



Với các thiết bị điện tử công nghệ, những hệ thống như thế này thường là các hệ thống làm mát thứ cấp. Trước tiên, nhiệt từ chip được thải ra ngoài phòng, sau đó nhiệt từ phòng được thải ra bên ngoài thông qua hệ thống nén hơi.



Tuy nhiên, những người đam mê ép xung, hay những người được gọi vui là "nhiệt thủ" có thể kết nối máy làm mát chuyên dụng trực tiếp với CPU của họ để tăng cường khả năng làm mát. Các phương pháp làm mát cực đoan tạm thời cũng có thể thực hiện được bằng cách sử dụng các vật liệu tiêu hao như ni tơ lỏng hoặc đá khô.

Càng lúc tản nhiệt sẽ càng quan trọng

Làm mát là điều mà tất cả thiết bị điện tử đều cần, nhưng nó có thể có nhiều hình thức khác nhau. Mục tiêu của việc này là di chuyển nhiệt từ chip hoặc hệ thống nóng đến môi trường xung quanh lạnh hơn. Không có cách nào để thực sự loại bỏ nhiệt, tất cả những gì chúng ta có thể làm là di chuyển lượng nhiệt này ra khỏi bề mặt của con chip xử lý mà thôi.

Tất cả các thiết bị điện tử kỹ thuật số đều tạo ra nhiệt, do bản chất của cách thức hoạt động của transistor bên trong. Nếu lượng nhiệt đó không được quản lý đúng cách, vật liệu bán dẫn bắt đầu phân hủy, làm hỏng chip và rút ngắn tuổi thọ của nó.

Anh em còn nhớ scandal chip Intel Core thế hệ 13th và 14th hỏng hàng loạt vì chạy profile của BIOS gốc, bo mạch chủ tự động nhồi điện cho CPU để chúng vận hành ở hiệu năng tối đa, tới mức die silicon quá tải nhiệt, để rồi hỏng cả cụm transistor chứ? Đó là một ví dụ có thật và từng khiến Intel điêu đứng.



Nhiệt là kẻ thù của tất cả các nhà thiết kế sản phẩm thiết bị điện tử, và vẫn là một yếu tố hạn chế chính trong việc thúc đẩy hiệu suất. Chúng ta không thể chỉ đơn giản là làm ra những CPU và GPU kích thước lớn hơn, vì không có phương pháp thực dụng nào để làm mát thứ gì đó mạnh mẽ như vậy. Anh em sẽ không thể dẫn nhiệt ra khỏi die chip đủ nhanh.

Khi nhu cầu tính toán tiếp tục tăng lên, quản lý nhiệt một cách hiệu quả đang trở nên quan trọng hơn, không chỉ trong một chip duy nhất mà còn trên toàn bộ trung tâm dữ liệu tính toán AI, và thậm chí cả hệ thống lượng tử trong tương lai. Đổi mới về tản nhiệt hiện đang là trung tâm của những nghiên cứu mở rộng công nghệ.

Theo Techspot

Khóa học Machine Learning cơ bản- Khoa học dữ liệu - AI

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

==***==

Khoá học Quản trị Chiến lược Dành cho Lãnh đạo Doanh nghiệp

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

==***==

Nơi hội tụ Tinh Hoa Tri Thức - Khơi nguồn Sáng tạo

Để tham gia khóa học công nghệ truy cập link: http://thuvien.hocviendaotao.com

Mọi hỗ trợ về công nghệ email: dinhanhtuan68@gmail.com

--- 

Khóa học Hacker và Marketing từ A-Z trên ZALO!

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Hacker và Marketing từ A-Z trên Facebook!

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa đào tạo Power BI phân tích báo cáo để bán hàng thành công

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Bảo mật và tấn công Website - Hacker mũ trắng

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học ​

KHÓA HỌC LẬP TRÌNH PYTHON TỪ CƠ BẢN ĐẾN CHUYÊN NGHIỆP

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Lập trình Visual Foxpro 9 - Dành cho nhà quản lý và kế toán

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học hướng dẫn về Moodle chuyên nghiệp và hay

Xây dựng hệ thống đào tạo trực tuyến chuyên nghiệp tốt nhất hiện nay.

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

KHÓA EXCEL CHUYÊN NGHIỆP

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học AutoIt dành cho dân IT và Marketing chuyên nghiệp

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khoá học Word từ cơ bản tới nâng cao, học nhanh, hiểu sâu

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học hướng dẫn sử dụng Powerpoint từ đơn giản đến phức tạp HIỆU QUẢ

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Thiết kế, quản lý dữ liệu dự án chuyên nghiệp cho doanh nghiệp bằng Bizagi

Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng Power Query trong Excel

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Lập trình WEB bằng PHP từ cơ bản đến nâng cao

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng TableAU - Chìa khóa thành công!

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng SPSS - Chìa khóa thành công!

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học "Thiết kế bài giảng điện tử", Video, hoạt hình 

kiếm tiền Youtube bằng phần mềm Camtasia Studio

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ VIDEO CLIP CHO DÂN MARKETING CHUYÊN NGHIỆP

​​​​​

HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ QUẢNG CÁO VÀ ĐỒ HỌA CHUYÊN NGHIỆP VỚI CANVA

Hãy tham gia khóa học để trở thành người chuyên nghiệp. Tuyệt HAY!😲👍

 KHÓA HỌC VIDEO- XÂY DỰNG PHẦN MỀM QUẢN LÝ BẰNG MICROSOFT ACCESS

GOOGLE SPREADSHEETS phê không tưởng

Khóa hoc lập trình bằng Python tại đây

Hãy tham gia khóa học để biết mọi thứ

Để tham gia tất cả các bài học, Bạn nhấn vào đây 

Khóa học lập trình cho bé MSWLogo

Nhấn vào đây để bắt đầu học

Khóa học Ba, Mẹ và Bé - Cùng bé lập trình  TUYỆT VỜI

Khóa học sử dụng Adobe Presenter-Tạo bài giảng điện tử

Khóa học vẽ tạo giao diện demo cho website

Để thành thạo Wordpress bạn hãy tham gia khóa học 

Tham gia khóa học tại đây

Khóa học sử dụng Edmodo để dạy và học hiện đại để thành công

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

==***==

Bảo hiểm nhân thọ - Bảo vệ người trụ cột

Cập nhật công nghệ từ Youtube tại link: congnghe.hocviendaotao.com
Tham gia nhóm Facebook
Để tham gia khóa học công nghệ truy cập link: http://thuvien.hocviendaotao.com
Mọi hỗ trợ về công nghệ email: dinhanhtuan68@gmail.com

Nguồn: Tinh Tế

Share !