ما هو المبدد الحراري وكيف يعمل؟

إذا نظرت من قبل إلى داخل جهاز كمبيوتر، فلا بد أنك لاحظت تلك الكتل المعدنية الغريبة الشكل. تسمى هذه الأجزاء “مبددات الحرارة”. وبدونها، كانت أجهزة الكمبيوتر لدينا لتكون أقل قوة بشكل كبير. ولكن ما هي مبددة الحرارة بالضبط، وكيف تعمل؟

ما هو المبدد الحراري؟

المبدد الحراري هو قطعة معدنية مثبتة على جزء من الكمبيوتر يولد الحرارة. وتتمثل مهمته الرئيسية في سحب الحرارة بعيدًا عن المكون الذي تم توصيله به وتبديدها في الهواء المحيط. يمكن للمبددات الحرارية تحقيق ذلك لأنها تحتوي على الكثير من الكتلة الحرارية، خاصية المادة في امتصاص وتخزين الحرارة.

ستجد مشعات حرارية في جميع المكونات المهمة مثل وحدة المعالجة المركزية وبطاقة الرسومات وبعض أجزاء اللوحة الأم. تُعد مشعات الحرارة جزءًا اختياريًا لبعض المكونات، مثل ذاكرة الوصول العشوائي ومحركات M.2 NVMe، حيث تعمل على تحسين الأداء والاستقرار بشكل طفيف من خلال الحفاظ على برودة هذه المكونات. ومع ذلك، نظرًا لأن أجهزة الذاكرة هذه لا تولد الكثير من الحرارة في المقام الأول، فإن مشعات الحرارة ليست ضرورية حقًا. غالبًا ما تتجاهل وحدات ذاكرة الوصول العشوائي ذات الميزانية المحدودة مشعات الحرارة وتنقل التوفير إليك.

تعتبر مشعات التبريد ضرورية لوحدات المعالجة المركزية وبطاقات الرسومات واللوحات الأم. فبدون مشعات التبريد، لن يعمل الكمبيوتر بشكل صحيح. على سبيل المثال، إذا حاولت تشغيل الكمبيوتر بدون مبرد وحدة المعالجة المركزية، فسوف ترتفع درجة حرارته ويتوقف عن العمل في غضون ثوانٍ قليلة. وقد يحترق الكمبيوتر ويتوقف عن العمل بشكل دائم؛ فهو ببساطة غير مصمم للعمل بدون نوع ما من مشعات التبريد على الأقل.

وحدة المعالجة المركزية لديها مليارات من الترانزستورات الصغيرة إن هذه الأجهزة تتلاعب بتدفق الإلكترونات للتحكم في سلوك الإشارات الكهربائية، مما يؤدي إلى توليد قدر كبير من الحرارة في هذه العملية. والأسوأ من ذلك هو أن الحرارة تتركز في منطقة صغيرة تسمى قالب وحدة المعالجة المركزية (جوهر المعالج). وإذا لم يكن هناك مكان تذهب إليه الحرارة، مثل المشتت الحراري، فإن وحدة المعالجة المركزية ستسخن بشكل زائد وتتوقف عن العمل.

يجب أن تحتوي اللوحة الأم على مبدد حراري على مجموعة الشرائح لضمان استقرار النظام بشكل عام – تحتوي كل لوحة أم حديثة تقريبًا على مبدد حراري لمجموعة الشرائح. تحتوي العديد من اللوحات الأم أيضًا على مبددات حرارية على وحدات تنظيم الجهد (VRMs) وM.2 NVMe. أما بالنسبة لبطاقات الرسومات، فهي تحتوي على وحدة معالجة رسومية وVRAM (ذاكرة) وVRMs. يتم تغطية هذه المكونات بشكل جماعي تحت مبدد حراري واحد، وغالبًا ما يكون مصحوبًا بمروحة واحدة أو أكثر.

بغض النظر عن المكون والنوع، فإن جميع مشعات التبريد تشترك في نفس الغرض، وهو إزالة الحرارة من المكون وتوزيعها على مساحة سطح أوسع. تعمل مشعات التبريد على تحسين عمر المكونات التي توضع عليها وأدائها واستقرارها بشكل كبير.

أنواع المبددات الحرارية

تتوفر مشعات الحرارة بجميع أنواع الأشكال والأحجام والمواد والتصميمات. أبسط مشعات الحرارة عبارة عن قطع معدنية مسطحة ورقيقة نسبيًا. تُستخدم غالبًا في وحدات ذاكرة الوصول العشوائي لتوفير تبديد أفضل للحرارة مقارنة بما تحصل عليه مع وحدة ذاكرة وصول عشوائي عارية. ومع ذلك، فإن النوع الأكثر شيوعًا هو مشتتات الحرارة الزعنفية، والتي تحتوي على حواف رفيعة تشبه الصفوف. المربع المعدني الموجود على اليمين في الصورة التالية هو مثال على مبدد حراري أساسي على شكل زعانف أعلى شريحة اللوحة الأم.

يزيد هذا النوع من التصميم من مساحة سطح المشتت الحراري، مما يحسن بشكل كبير من تبديد الحرارة. ستجد مشتتات حرارية زعنفية على وحدة المعالجة المركزية وبطاقة الرسومات وأجزاء اللوحة الأم. بالنسبة للمكونات التي تنتج قدرًا كبيرًا من الحرارة، عادةً ما تكون مشتتات الحرارة مصحوبة بـ معجب، مما يساعد على تبديد الحرارة

يُشار عادةً إلى المبددات الحرارية التي تحتوي على مراوح باسم “التبريد النشط”، وتلك التي لا تحتوي على مراوح تُسمى “التبريد السلبي”. وكما قد تتخيل، فإن حلول التبريد النشط أكثر فعالية بشكل ملحوظ، ولكنها تشغل أيضًا مساحة أكبر، لذا فهي عادةً ما تكون مخصصة لوحدات المعالجة المركزية وبطاقات الرسومات. تستخدم بعض اللوحات الأم، مثل Asus ROG X570 Crosshair VIII Hero، التبريد النشط لشريحة المعالج لتحقيق استقرار أفضل قليلاً، ولكن هذا حل مبالغ فيه بالنسبة لهواة الألعاب.

كيف تعمل المبددات الحرارية

تتشارك جميع المبددات الحرارية في نفس مبدأ التشغيل العام: حيث يتم تسخين أحد المكونات، ثم تنتقل الحرارة إلى المبدد الحراري بمساعدة مادة الواجهة الحرارية (TIM)، ويتم توزيع الحرارة تدريجيًا في جميع أنحاء المشتت الحراري. ويطلق المشتت الحراري الحرارة إلى الهواء المحيط، إما بشكل سلبي أو بمساعدة مروحة. تحدث كل هذه العمليات في وقت واحد.

ومع ذلك، هناك بعض التعقيدات التي تتعلق بكيفية عمل المشتتات الحرارية على وجه التحديد. تستخدم بعض أجزاء الكمبيوتر غرف بخار بدلاً من المشتتات الحرارية، أو يتم دمجها للمساعدة في نقل الحرارة بين المكون الساخن والمشتت الحراري. تستخدم المبردات السائلة سائل نقل الحرارة لنقل الحرارة بعيدًا عن المكون. ولتوضيح كيفية عمل مشتتات الحرارة بشكل أفضل، دعنا نستخدم مثال مبرد وحدة المعالجة المركزية الهوائي النموذجي الموجود في السوق الثانوية.

انتقال الحرارة من وحدة المعالجة المركزية إلى اللوحة الأساسية

يحتوي المشتت الحراري على سطح مستوٍ في الغالب على أحد الجانبين يلامس المكون الساخن، في هذه الحالة، وحدة المعالجة المركزية. نطلق على هذا الجزء من المبرد اسم اللوحة الأساسية. تنتقل الحرارة من وحدة المعالجة المركزية إلى المشتت الحراري بمساعدة المعجون الحراري أو، في حالات أقل، وسادة حرارية. يتم تفسير سبب انتقال الحرارة إلى المشتت الحراري في إطار القانون الثاني للديناميكا الحرارية، والذي ينص على أن تنتقل الحرارة بشكل طبيعي من جسم أكثر دفئًا إلى جسم أكثر برودة.

تنقل أنابيب الحرارة الحرارة بعيدًا إلى الزعانف

غالبًا ما تستخدم مبردات وحدة المعالجة المركزية غير الأصلية أنابيب حرارية لنقل الحرارة بعيدًا عن وحدة المعالجة المركزية بسرعة وكفاءة. عادةً ما تكون أنابيب الحرارة مصنوعة من النحاس أو الألومنيوم مع نوع من السائل بداخلها. تقوم وحدة المعالجة المركزية بتسخين السائل داخل أنبوب الحرارة، والذي يتبخر بدوره وينتقل عبر بقية أنبوب الحرارة. تكون أنابيب الحرارة على اتصال مباشر بزعانف المشتت الحراري، وتنتقل الحرارة ببطء إليها.

وبينما يحدث هذا، يتكثف البخار داخل أنبوب الحرارة ويتحول مرة أخرى إلى سائل. ويتراكم على الجدران الداخلية لأنبوب الحرارة ويتسرب ببطء إلى اللوحة الأساسية بفضل تأثير الفعل الشعرييصبح السائل جاهزًا مرة أخرى لتكرار الدورة. لا تحتوي مبردات وحدة المعالجة المركزية الأرخص، مثل تلك الموجودة في مبردات AMD وIntel الأصلية، على أنابيب حرارية للمساعدة في نقل الحرارة. بدلاً من ذلك، تنتقل الحرارة ببطء من اللوحة الأساسية السميكة إلى الزعانف.

تضخ المراوح الهواء للحفاظ على برودة الزعانف وأنابيب الحرارة

اعتمادًا على إعدادك، يمكنك استخدام تكوينات مختلفة للمراوح لتحقيق أداء تبريد مثالي. إذا كان لديك إعداد مروحة واحدة، فيمكنك استخدام مروحة عادم تدفع الهواء الساخن بعيدًا عن المشتت الحراري، أو يمكنك استخدام مروحة سحب تدفع الهواء البارد فوق الزعانف. أو يمكنك الحصول على تصميم رائع من خلال الجمع بين مروحتين للحصول على تكوين دفع وسحب فعال للغاية.

العوامل التي تؤثر على فعالية المبدد الحراري

يمكن أن تؤثر عدة عوامل على كفاءة المشتت الحراري. في حين أن مبرد وحدة المعالجة المركزية الذي يبلغ سعره 30 دولارًا وآخر 60 دولارًا يبدو متشابهًا للوهلة الأولى، فقد تكون هناك بعض الاختلافات الرئيسية في التصميم التي تؤثر على الأداء. فيما يلي نظرة عامة على أهم العوامل التي تؤثر على أداء المشتت الحراري:

• مقاس: تتمتع المشتتات الحرارية الأكبر حجمًا بكتلة حرارية أكبر، مما يسمح لها بتخزين قدر أكبر من الحرارة قبل أن تتاح الفرصة لوحدة المعالجة المركزية للسخونة. كما تتمتع عمومًا بمساحة سطح أكبر لتحسين تبديد الحرارة.
• مادة: يتمتع النحاس بكتلة حرارية أكبر مقارنة بالألومنيوم مقارنة بوزنه، مما يعني أنه قادر على الاحتفاظ بقدر أكبر من الحرارة، ولكنه أيضًا مادة أكثر تكلفة. وهناك أيضًا اختلافات ملحوظة في الكتلة الحرارية بين سبائك الألومنيوم المختلفة.
• أنابيب الحرارة: كلما زاد عدد أنابيب الحرارة وكلما كانت أكبر، كان ذلك أفضل. كما أن أنابيب الحرارة النحاسية تتفوق على أنابيب الحرارة المصنوعة من الألومنيوم.
• المشجعين: تؤثر جودة المراوح وسرعتها وحجمها وعددها بشكل كبير على سرعة تبريد المشتت الحراري. ضع في اعتبارك أن المراوح الأسرع تعني أيضًا مراوح أعلى صوتًا، لذا فكر في اختيار الحجم والجودة بدلاً من ذلك.
• مادة الواجهة الحرارية: كلما كان TIM الخاص بك أفضل، كلما كان بإمكانه نقل الحرارة بعيدًا عن وحدة المعالجة المركزية وعلى المشتت الحراري بشكل أسرع. يمكن أن يكون هذا مركبًا حراريًا أو معدنًا سائلًا أو وسادة حرارية. ستوفر المواد الأكثر توصيلًا للحرارة نتائج أفضل. ضع في اعتبارك أن الجودة مهمة جدًا هنا، لذا فمن الأفضل البحث عن معايير الأداء عبر الإنترنت.
• ضغط التصاعد: يجب أن يضغط المشتت الحراري بقوة على وحدة المعالجة المركزية لتقليل الفجوات الدقيقة بين المشتت الحراري ووحدة المعالجة المركزية. ولكن تجنب الضغط كثيرًا، فقد يؤدي ذلك إلى كسر غطاء وحدة المعالجة المركزية.
• درجة الحرارة المحيطة: تؤثر درجة الحرارة داخل العلبة والغرفة بشكل كبير على درجة حرارة المبدد الحراري وبالتالي وحدة المعالجة المركزية.

بدون مشعات التبريد، سيكون أداء وحدات المعالجة المركزية لدينا سيئًا للغاية وستحتاج إلى استبدالها بشكل متكرر. ومع ذلك، فهي ليست الطريقة الوحيدة لتبريد أجزاء الكمبيوتر. إذا كنت مهتمًا بمعرفة حل تبريد بديل يستخدم المبردات، فراجع مقالتنا حول مبردات Peltier.