ما هو التبريد بالحالة الصلبة؟ نظرة على حل التبريد المدمج بدون مروحة

قد يكون الغشاء الرقيق المهتز الذي يدفع الهواء دون مساعدة المراوح هو مستقبل التبريد. وإليك كيف يعمل التبريد بالحالة الصلبة القائم على الطاقة الكهرضغطية ولماذا يعد أحد أكثر التطورات إثارة في تكنولوجيا التبريد منذ سنوات.

ما هو التبريد بالحالة الصلبة وكيف يعمل؟

تستخدم تقنية التبريد بالحالة الصلبة التي نناقشها هنا التأثير الكهرضغطي لإنشاء جهاز تبريد نشط لا يحتوي على مراوح أو مضخات مياه أو مشعات أو مبددات حرارية ضخمة. لاحظ أن التبريد بالحالة الصلبة القائم على الكهرضغطية ليس تقنية التبريد بالحالة الصلبة الوحيدة المتوفرة. على سبيل المثال، لديك أيضًا تقنية تبريد بالحالة الصلبة تعتمد على تأثير بيليتييه، والتي لم تنجح حقًا في مجال أجهزة الكمبيوتر الشخصية للمستهلكين.

التأثير الكهرضغطي هو ظاهرة حيث تولد مواد معينة شحنة كهربائية عند وضعها تحت ضغط ميكانيكي. وعلى العكس من ذلك، تبدأ نفس المواد في الاهتزاز عند تعرضها لتأثير شحنة كهربائية. هذا التأثير هو أساس تقنية التبريد بالحالة الصلبة التي طورها أنظمة فرويروبما أنهم المنتج الوحيد لمنتجات التبريد ذات الحالة الصلبة المخصصة للمستهلك والتي تعتمد على التأثير الكهرضغطي، فسوف نستخدم منتجات التبريد AirJet الخاصة بهم لشرح كيفية عمل تقنية التبريد هذه.

تستخدم مبردات AirJet من شركة Frore System أغشية فائقة الرقة تهتز بترددات فوق صوتية – وهذا يعني أنها سريعة جدًا – عندما تكون تحت شحنة كهربائية. يمكن لهذه الأغشية أن تخلق تدفقًا قويًا للهواء عند وضعها داخل شريحة تبريد AirJet. تحتوي الوحدة على مداخل صغيرة في الجزء العلوي منها يدخل من خلالها الهواء المحيط إلى الوحدة، ويتم امتصاصه بواسطة الأغشية النابضة داخل الشريحة، كما هو موضح في الصورة أدناه.

بمجرد سحب الهواء داخل الوحدة، تقوم الأغشية بتحويل تيار الهواء إلى نفاثات هواء قوية – ومن هنا جاء اسم “AirJet” – والتي تجمع الحرارة المتصاعدة من موزع الحرارة النحاسي السفلي في اتصال مباشر مع المكون الذي يتم تبريده؛ وحدة المعالجة المركزية في حالة الرسم البياني الموضح أدناه. تنطلق هذه النفاثات الهوائية من شريحة التبريد عبر فوهة رفيعة تقع على جانب واحد من الوحدة، مما يؤدي إلى إزالة الحرارة المتراكمة وتبريد المكون.

التبريد بالحالة الصلبة مقابل التبريد السلبي مقابل التبريد الهوائي النشط

تتمتع أنظمة التبريد بالحالة الصلبة بالعديد من المزايا مقارنة بأنواع التبريد الأخرى المستخدمة في أجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة الصغيرة وبعض مكونات الكمبيوتر التي يمكن استخدام مبردات AirJet معها. نحن نقارن أنظمة التبريد بالحالة الصلبة فقط بالتبريد الهوائي السلبي والنشط لأن حلول التبريد بالسائل نادرًا ما تستخدم في أجهزة الكمبيوتر المحمولة – حيث تستخدم بعض طرز أجهزة الكمبيوتر المحمولة المخصصة للألعاب إعدادات التبريد بالسائل – ولا يمكن العثور عليها في أي مكان في الأجهزة الأكثر إحكاما مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة أو الأجهزة اللوحية أو الهواتف الذكية.

التبريد بالحالة الصلبة مقابل التبريد السلبي

بالمقارنة بالتبريد السلبي، يمكن للتبريد بالحالة الصلبة أن يبدد قدرًا أكبر من الحرارة في نفس المساحة أو مساحة أصغر مع الهدوء التام واستخدام ما بين 1 وات و1.75 وات فقط من الطاقة. على سبيل المثال، يمكن لوحدة واحدة من طراز AirJet Mini Slim، وهو الطراز الأصغر حجمًا من AirJet، أن تبدد ما يصل إلى 5.25 وات مع استخدام 1 وات من الطاقة وتوليد 21 ديسيبل من الضوضاء. إن ناتج الضوضاء يكاد يكون متماثلًا مع عدم وجود ضوضاء على الإطلاق، وهو ما يطابق عمليًا ناتج الضوضاء الصفري لحلول التبريد السلبي.

على سبيل المثال، يبلغ الحد الأقصى لاستهلاك الطاقة الحرارية في جهاز MacBook Air مقاس 15 بوصة المزود بشريحة Apple M2، وهو النموذج الأولي لجهاز كمبيوتر محمول مزود بإعداد تبريد سلبي مصمم جيدًا – وإن كان لا يزال محدودًا للغاية – حوالي 10 وات. يمكن لوحدة المعالجة المركزية M2 داخل جهاز MacBook Air مقاس 15 بوصة استخدام المزيد من الطاقة، حتى 20 وات، ولكن فقط في فترات قصيرة. عند التحميل المستمر، ينخفض ​​استهلاك الطاقة إلى حوالي 9 وات – 10 وات فقط. والنتيجة هي أداء أقل بشكل ملحوظ مقارنةً بجهاز MacBook Pro M2 على الرغم من أن الكمبيوتر المحمول يتميز بنفس شريحة M2 الموجودة في جهاز MacBook Pro مع M2، والذي يستخدم حل تبريد نشط.

ومع ذلك، عند تجهيزه بثلاث وحدات AirJet Mini، كما هو موضح في مقطع الفيديو أعلاه على YouTube من قناة PCWorld على YouTube، يمكن لجهاز MacBook Air مقاس 15 بوصة المزود بمعالج M2 أن يضاهي أداء جهاز MacBook Pro المكافئ، على الأقل في Cinebench. تم إجراء هذا التعديل دون أي تعديلات هيكلية على الهيكل بفضل السُمك الضئيل لوحدة AirJet Mini الذي يبلغ 2.8 مم.

التبريد بالحالة الصلبة مقابل التبريد الهوائي النشط

عند مقارنته بالتبريد الهوائي النشط، يمكن للتبريد بالحالة الصلبة تحقيق نتائج مماثلة في أجهزة الكمبيوتر المحمولة الرقيقة والخفيفة، وأجهزة الكمبيوتر الصغيرة، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة باليد، ولكن مع ضوضاء أقل وبصمة أصغر.

مع Steam Deck كمثاليمكن لوحدة AirJet Pro واحدة تبديد حوالي 8 وات من الطاقة، والتي، مقترنة بـ 7 وات من تبديد الحرارة السلبي، تساوي 15 وات، وهي نفس كمية الطاقة مثل الحد الأقصى لـ TDP الخاص بـ Deck. ميزة أخرى هنا هي حقيقة أن وحدة AirJet Pro واحدة تستخدم 1.75 وات من الطاقة، أقل من المروحة الموجودة في Steam Deck، والتي تصل إلى 2.5 وات.

إن مقياس الأداء الذي أهتم به أنا وكل مالكي Steam Deck تقريبًا هو مستوى الصوت. فبمعدل 24 ديسيبل فقط، تكون شريحة AirJet Pro واحدة أكثر هدوءًا بشكل ملحوظ من مروحة Steam Deck، والتي يمكن أن تصل إلى حوالي 38 ديسيبل تحت الحمل، وفقًا لـ مراجعة منصة Gamers Nexus Steamبشكل عام، يعني هذا أن وحدة تبريد الحالة الصلبة الواحدة قادرة على تبديد نفس كمية الطاقة التي يستهلكها حل التبريد الخاص بـ Steam Deck مع استخدام طاقة أقل وتكون غير مسموعة تقريبًا.

ومن بين الفوائد الأخرى للتبريد بالحالة الصلبة في أجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة الخفيفة والرفيعة الحجم هو صغر حجمها مقارنة بأنظمة التبريد العادية الموجودة في هذه الأجهزة. وهذا من شأنه أن يؤدي إلى بطاريات أكبر وتحسين تحذير رئيسي في العديد من أجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة فائقة الصغر مقاس 13 بوصة: عمر بطارية أقل من المثالي.

على الجانب الآخر، على الأقل في تكراره الحالي، لا يتفوق التبريد بالحالة الصلبة على حلول التبريد الهوائي القوية الموجودة في أجهزة الكمبيوتر المحمولة المخصصة للألعاب وأجهزة الكمبيوتر المحمولة عالية الأداء، والتي غالبًا ما يتعين عليها التعامل مع 100 وات أو أكثر من الطاقة المجمعة التي يستخدمها وحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات. على سبيل المثال، ستحتاج إلى ما يشبه اثنتي عشرة وحدة AirJet Pro لتبريد كمبيوتر محمول للألعاب متوسط ​​المدى، مع استهلاك الإعداد بالكامل لأكثر من 20 وات من الطاقة، وهو ما يعتبر كثيرًا بالنسبة لحل التبريد.

التحذير الرئيسي الثاني فيما يتعلق بالتبريد ذي الحالة الصلبة هو سعره المرتفع الواضح. في الوقت الحالي، الجهاز الوحيد المزود بتبريد AirJet والذي يمكنك شراؤه هو Zotac ZBOX PICO PI430AJ مع AirJet، وهو كمبيوتر شخصي صغير بسيط مزود بمعالج Intel Core i3-N300 مع ذاكرة وصول عشوائي (RAM) سعة 8 جيجابايت وبدون SSD متضمن. هذا يكلف 600 دولار.

أظهرت عملية بحث سريعة على موقع أمازون جهاز كمبيوتر صغير قوي مماثل من MINISFORUM مزود بنفس وحدة المعالجة المركزية وذاكرة وصول عشوائي بسعة 8 جيجابايت ولكنه مزود أيضًا بقرص SSD بسعة 256 جيجابايت، كل هذا مقابل 249 دولارًا فقط. صحيح أن جهاز الكمبيوتر الصغير Zotac أكثر إحكاما ويبدو أنه يتمتع بجودة بناء أعلى، لكن السعر مرتفع جدًا لما تحصل عليه. نأمل أن تتميز الأجهزة المستقبلية المجهزة بنظام تبريد AirJet بأسعار أكثر قابلية للهضم.

ما هي الأجهزة التي يمكن أن تستفيد من التبريد بالحالة الصلبة؟

يمكن لأجهزة الكمبيوتر المحمولة الخفيفة والرفيعة وأجهزة الكمبيوتر الصغيرة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة باليد الاستفادة من التبريد بالحالة الصلبة. فبدلاً من استخدام حلول تبريد سلبية ضعيفة أو إعدادات تبريد نشطة تشغل مساحة كبيرة وتصدر أصواتًا عالية تحت الأحمال الشاقة، توفر منتجات التبريد بالحالة الصلبة مثل AirJet نفس القدرة على التبريد أو أفضل منها في عبوة أصغر حجمًا وأكثر هدوءًا.

شخصيًا، أود أن أرى جهاز كمبيوتر محمولًا للألعاب مبردًا بواسطة AirJet، والذي من المرجح أن يسمح ببطارية أكبر، بالإضافة إلى التشغيل الهادئ للغاية عند تشغيل الألعاب المتطلبة. وبينما لا أمانع في زيادة سرعة المروحة وزيادة ضوضاءها على جهاز Deck أو ROG Ally، فإن عمر البطارية الأطول سيكون رائعًا، وخاصة على الأخير.

وبالنظر إلى أن Valve نجحت في زيادة سعة البطارية على Steam Deck OLED بنسبة 25% مقارنةً بـ OG Deck فقط من خلال استخدام لوحة OLED أرق، فإنني أتصور أن الزيادة في سعة البطارية المكتسبة من خلال استخدام تبريد AirJet فائق الصغر بدلاً من المروحة الضخمة – أو مروحتين، في حالة ROG Ally – سوف تذهب إلى أبعد من ذلك.

هناك خط آخر من المنتجات حيث أرى أن AirJet والحلول المماثلة ستصبح شائعة في المستقبل وهي محركات أقراص الحالة الصلبة NVMe عالية الأداء. تحتاج محركات أقراص الحالة الصلبة PCIe 5 عالية الأداء بالفعل إلى مشعات حرارية ضخمة أو حتى تبريد هوائي نشط لمنع الاختناق الحراري عند تشغيلها لأكثر من دقيقتين، ومن المرجح أن ترتفع درجة حرارة محركات أقراص الحالة الصلبة PCIe 6 المستقبلية تحت الحمل.

وتشمل الأجهزة الأخرى التي يمكن أن تستفيد من تبريد الحالة الصلبة الأجهزة اللوحية الضخمة مثل iPad Pro، والهواتف الرائدة، وخاصة هواتف الألعاب المتطورة، وعلب NVMe SSD المبردة بشكل سلبي، وأجهزة الكمبيوتر أحادية اللوحة، وأجهزة الكمبيوتر الشخصية فائقة الصغر.

أين يمكنني شراء أجهزة التبريد ذات الحالة الصلبة؟

لا يمكنك شراء أجهزة تبريد الحالة الصلبة، على الأقل في الوقت الحالي. السوق ناشئة ويجب أن تتوقع أن ترى تبريد الحالة الصلبة مدمجًا في العديد من أنواع الأجهزة التي ناقشتها هنا مثل محركات أقراص الحالة الصلبة عالية الأداء والأجهزة اللوحية وما إلى ذلك.

هناك أيضًا إمكانية لتصنيع قطع غيار مباشرة للمستهلك. لن أتفاجأ إذا رأينا في المستقبل مبردًا هوائيًا منخفض الارتفاع لوحدة المعالجة المركزية مصممًا لأجهزة الكمبيوتر المكتبية ذات الحجم الصغير (SFF)، ولكن في الوقت الحالي، تستهدف شركة Frore Systems، الشركة التي تقف وراء AirJet، الشركات المصنعة فقط.

من ناحية أخرى، يمكنك شراء جهاز مزود بإعداد تبريد الحالة الصلبة. يمكنك شراء جهاز الكمبيوتر المصغر ZBOX PICO PI430AJ المذكور أعلاه مع AirJet من Zotac، على موقع زوتاك.