چگونه دمای واحد پردازنده مرکزی (CPU) را کاهش دهیم؟

محمد جواد قلی پور 04 سپتامبر 2017 , 15:36 مقاله / آموزشی، کاربردی

(1 رای, میانگین: 5٫00 از 5)

یکی از اصلی‌ترین موضوعاتی که مستقیماً سلامت و کارکرد پردازنده‌های مرکزی را تهدید کرده و کاربران بسیاری را نیز تاکنون در دام خود گرفتار ساخته است افزایش دمای واحدهای پردازشگر و تولید حرارتی فراتر از محدوده بی‌خطر توسط آن‌ها می‌باشد. فزونی گسترده و بیش از حد گرمای پردازنده مرکزی نه تنها عملکرد کوتاه مدت، بلکه وضعیت سلامتی دراز مدت خود و همچنین سایر دیگر سخت‌افزارهای موجود در چهارچوب کیس را نیز با تهدیدهای جدی و هنگفتی مواجه می‌سازد.

همان‌طور که مستحضر هستید پردازنده مرکزی در دسته واحدهای پردازشگر بسیار مهم و اساسی تشکیل‌دهنده ساختار رایانه‌های شخصی طبقه‌بندی می‌گردد. واحد پردازنده مرکزی با به اجرا در آوردن تمامی فرامین و دستورالعمل‌های مختلف و همچنین محاسبات توابع، معادلات، مقادیر و ... در حالت کلی عملکرد صحیح و بی‌عیب نقص رایانه را سبب گشته و مراقبت و نگهداری صحیح از پردازشگری که چنین وظایف خطیری را بر دوش می‌کشد بدون شک از جمله واجبات بسیار حیاتی و گسترده به شمار می‌رود.

واحدهای پردازشگر جدید و امروزی برخلاف نمونه‌های پیشین خود دیگر از خاصیت‌های ذاتی ویژه‌ای در افزایش حرارت رنج نبرده و منبع این مهم اغلب به دلایل گوناگون متفاوتی در بطن رایانه و یا استفاده ناصحیح از آن‌ها بازگردانی می‌گردد. ازآنجایی‌که مسئله فزونی دمای واحدهای پردازنده مرکزی در میان طیف عظیمی از مصرف‌کنندگان مختلف به‌نوعی اپیدمی گشته و دغدغه‌های بسیاری را نیز از جانب برخی با خود همراه ساخته است، لذا در این مقاله آموزشی کوتاه تصمیم بر آن شد تا با برخی از مهم‌ترین و اصلی‌ترین دلایل افزایش حرارت تولیدی واحدهای نامبرده و سناریوهای مختلف بروز این مهم آشنایی پیدا کنیم.

حرارت

روش‌های مطرح و پیشنهادی در زمینه کاهش دمای واحدهای پردازنده مرکزی در دو دسته نرم‌افزاری و سخت‌افزاری طبقه‌بندی می‌گردند که برخی از آن‌ها تا حدودی برحسب اولویت در ذیل گردآوری گشته‌اند. فزونی بیش از حد حرارت تولیدی توسط پردازشگرهای اشاره شده در قالب بروز رفتارهای آزاردهنده‌ای مانند خاموش‌سازی یک‌باره رایانه شخصی، هنگ سیستم‌عامل و برنامه‌های اجرایی، کاهش شدید پرفورمنس و عملکرد، افزایش سرعت فن خنک‌کننده و در سطوح حاد و شدیدتر، سوختن پردازنده و آسیب رسیدن به دیگر سخت‌افزارهای رایانه‌ای بروز پیدا می‌کند؛ بنابراین همان‌طور که پیشتر نیز گفته شد مدیریت دمای واحدهای فوق و نزول حرارت تولیدی در حالت کلی موضوعی بسیار مهم و اساسی به شمار می‌رود.

محدوده دمایی واحدهای پردازنده مرکزی با توجه به فاکتورهایی نظیر کمپانی سازنده، کیفیت طراحی پردازشگر و لحیم بودن سطح پخش‌کننده گرمای داخلی به مدار چاپی، کولر موجود در بسته‌بندی محصولات و ... متفاوت می‌باشند، اما میانگین میزان حرارت تولیدی توسط بسیاری از پردازنده‌های مرکزی اغلب در بازه 40 تا 80 درجه قرار گرفته و فزونی آن به فراتر از این مقدار بحرانی محسوب می‌گردد، اما این نکته را نیز باید مدنظر داشت که مهارسازی بزرگی دما در محدوده 60 تا 65 درجه سلسیوس (و حتی کمتر) در افزایش عمر دراز مدت پردازشگر می‌تواند بسیار تأثیرگذار باشد.

برقراری جریان تهویه مطلوب در فضای داخلی چهارچوب کیس

یکی از مهم‌ترین مواردی که توجه به آن در درجه اول بسیار حائز اهمیت می‌باشد تهویه مناسب و مطلوب کیس است. بخش داخلی کیس در حالت کلی فضایی بسته به شمار رفته و سخت‌افزارهای قرار گرفته در بطن آن از تمامی جهات و زوایای مختلف محصور گشته‌اند. همان‌طور که انسان در فضای بسته‌ای مانند یک اتاق با برخورداری از منابع گرمایشی مختلف نمی‌تواند مدت زمان فراوانی را سپری ساخته و جریان هوای مناسبی در قالب پنجره، باز کردن درب اتاق و ... باید هر چند وقت یک‌بار در محیط برقرار گردد، چهارچوب کیس نیز در حالت کلی سناریو مشابهی را شبیه‌سازی می‌نماید.

سخت‌افزارهای موجود در بطن کیس خود به‌عنوان عوامل و منابعی در جهت تولید حرارت به شمار می‌روند که این مهم با عنایت به واحدهای پردازشگری مانند پردازنده مرکزی و تراشه شتاب‌دهنده گرافیکی با شدت دوچندانی همراه می‌شود، بنابراین خروج مناسب حرارت ایجادی توسط قطعات و سپس ورود جریان هوای مناسب و تمیز جهت تنفس و گردش در بین سخت‌افزارها مستقیماً در ایجاد تهویه مطلوب نقش به سزایی را ایفا می‌نماید که این مهم بر عهده فن‌های خنک‌کننده جانبی و شکاف‌های ورودی و خروجی جریان هوا در ساختار چهارچوب کیس واگذارده شده است.

حرارت

استفاده از تعداد دو و یا چند فن در مکان‌های پیش‌فرض موجود در فریم کیس و ورود هوای تازه و تمیز و خروج هوای گرما و داغ در حالت کلی تأثیرات بسیار اساسی و به سزایی را در کاهش حرارت واحد پردازنده مرکزی ایجاد می‌نماید، بنابراین اکیداً پیشنهاد می‌شود که تهویه فضای داخلی چهارچوب کیس را جدی گرفته و حتماً به استفاده از فن‌های خنک‌کننده اقدام کنید تا تأثیرات مشهود و چشمگیر آن در کاهش دمای پردازشگر نامبرده را به‌وضوح مشاهده نمایید.

اهمیت به نحوه برقراری تهویه و دقت به نکات کوچک

همان‌طور که در بخش پیشین نیز اشاره شد، تهویه مطبوع و مطلوب فضای داخلی چهارچوب کیس در کاهش دمای پردازنده مرکزی تأثیرات چشمگیری را به خود اختصاص می‌دهد، اما این مهم باید در قالب دقت به نکات کوچک و بزرگ مختلفی صورت پذیرفته و صرف استفاده از تعداد چندین فن در برقراری جریان تهویه نه تنها مزیت، بلکه ممکن است معایب گوناگونی را نیز با خود به همراه آورد.

قوانین ترمودینامیک بیان می‌دارند که هوای گرم در مقایسه با هوای سرد از چگالی کمتری برخوردار بوده و لذا به سمت بالا حرکت می‌نماید، بنابراین استاندارد تهویه در فضای داخلی کیس بر پایه ورود هوای تازه و تمیز از طریق فن‌های جلویی و پایینی کیس و سپس خروج حرارت تولیدی سخت‌افزاری رایانه‌ای از طریق فن‌های پشتی و فوقانی برقرار می‌باشد. علاوه بر آن فن‌های مورد استفاده باید از تناسب‌های گوناگونی نظیر تعداد چرخش بر دقیقه، اندازه و ... نسبت به یکدیگر برخوردار بوده و فشار هوای مثبت ورودی از فشار هوای منفی قدری بیشتر باشد (استفاده از فن‌های قدرتمند با تعداد دورهای بیشتر بر دقیقه در مکان‌های جلویی و پایینی کیس). در این حالت فشار هوای ورودی در تمامی نقاط کیس به گردش در آمده و در صورت فراهم بودن شرایط نظیر عدم مسدودسازی جریان هوا توسط سخت‌افزارها و یا کابل‌های منبع تغذیه، هیچ‌گونه نقطه داغی در فضا باقی نمی‌ماند.

حرارت

علاوه بر آن فشار بیشتر هوای ورودی، هوای گرم و حرارت موجود در فضای کیس را هل داده و آن را از درز و شکاف‌ها و همچنین دیگر فن‌های مکنده خارج می‌نماید. این مهم را نیز باید مدنظر داشته باشید که منظور از فشار بیشتر هوای مثبت در مقایسه با فشار هوای منفی این نیست که فن‌های ورودی با سرعت 2000 و فن‌های خروجی با سرعت 200 دور بر دقیقه چرخش نمایند، بلکه تعادل و تناسب در این بین باید کاملاً رعایت گشته و فن‌های خروجی تنها اندکی با سرعت کمتر (به‌عنوان‌مثال محدوده 1500 تا 2000 دور) به چرخش خود ادامه دهند، در این حالت خاصیت گردباد گونه که خود از جمله اصلی‌ترین عوامل برهم زننده تهویه چهارچوب کیس به شمار می‌رود در فضای داخلی به وجود نمی‌آید.

جهت کسب اطلاعات بیشتر در خصوص خواص اساسی سخت‌افزارهای فن در هنگام تهیه و خرید آن‌ها به مقاله آموزشی زیر مراجعه کنید:

"آشنایی با خواص فن و نحوه انتخاب واحد مناسب با توجه به شرایط موجود"

استفاده از چهارچوب کیس مناسب

چهارچوب کیس خود به‌تنهایی در کاهش و یا افزایش دمای واحد پردازنده مرکزی بسیار مزید بر علت می‌گردد. کیس‌های ارزان قیمت کوچک و اداری علاوه بر فضای اندک جهت در برگیری سخت‌افزارهای رایانه‌ای، از موقعیت‌های ورودی و خروجی بسیار کمتری جهت استفاده از فن‌های خنک‌کننده برخوردار بوده و فاکتور تهویه در بطن این‌گونه کیس‌ها عملاً برقرار نمی‌گردد، زیرا انبوه تعداد قطعات و سیم‌های منبع تغذیه به‌عنوان سدی در برابر جریان هوا و گردش مطلوب آن ایفای نقش می‌کنند.

چهارچوب‌های کیس امروزه در قالب‌های ساختاری متفاوتی طبقه‌بندی می‌گردند، اما تمامی آن‌ها عمدتاً در سه دسته کوچک (Mini Tower)، متوسط (Mid Tower) و بزرگ (Full Tower) مورد شناخت واقع می‌شوند. کیس‌های متوسط در حالت کلی تعادل بسیار بیشتری را در برقراری تهویه ایجاد می‌نمایند که این دسته از محصولات اگر تحت برندهای گیمینگ نیز به بازار عرضه گردیده باشند، باز هم این مهم را با فزونی بیشتر همراه می‌سازند، بنابراین پیشنهاد می‌شود که تهیه و خرید حداقل یک کیس متوسط را جهت کاهش دمای نه تنها پردازنده مرکزی، بلکه تمامی سخت‌افزارهای رایانه‌ای در دستور کار خود قرار دهید.

حرارت

مدیریت کابل‌های کیس و گردگیری فضای داخلی آن

چهارچوب‌های کیس متوسط رو به بالا به‌منظور برقراری تهویه‌ مطلوب اغلب می‌توانند تعداد فراوانی از فن‌های خنک‌کننده را در ابعاد و اندازه‌های متفاوت در ساختار خود جای دهند. سخت‌افزارهای فن به دلیل ماهیت چرخشی خود سیل عظیمی از گرد و غبار محیطی را نیز جا به جا ساخته و آن‌ها را به درون فضای کیس منتقل می‌نمایند، حال اگر فیلترهای ضد غبار در مسیر ورودی هوای فن‌های خنک‌کننده قرار گرفته باشند، انبوه گرد و خاک تلنبار شده در بطن آن‌ها منجر به مسدود گشتن مسیرهای ورودی و خروجی می‌گردند، بنابراین تمیز سازی دوره‌ای و زدایش نه تنها فیلترهای فوق، بلکه فضای داخلی کیس در کاهش میزان حرارت واحد پردازنده مرکزی و برقراری جریان تهویه مناسب تأثیراتی را به خود اختصاص می‌دهد.

نکته دیگری که توجه به آن حائز اهمیت است عدم مسدودسازی جریان‌ هوای ورودی و خروجی توسط کابل‌ها و سیم‌های منبع تغذیه می‌باشد. این مهم خود به‌تنهایی در بر هم زدن تعادل تهویه برقرار در فضای داخلی کیس بسیار مزید بر علت می‌گردد، لذا استفاده از قابلیت مدیریت کابل چهارچوب کیس و یا مهارسازی انبوه سیم‌های موجود با استفاده از بسط‌های کمربندی جهت مرتفع سازی آن در قالب یکی از گزینه‌های مطرح پیشنهاد می‌شود.

تعویض کولر خنک‌کننده پردازنده مرکزی

خنک‌های استوک و پیش‌فرض موجود در بسته‌بندی پردازنده‌های مرکزی معمولاً از قدرت بسیار پایینی برخوردار بوده و تنها به‌منظور جلوگیری از عدم افزایش شدید حرارت تولیدی و تکمیل قطعات جانبی در محصولات عرضه می‌گردند، اما هنگامی‌که صحبت از سناریوهای پردازشی سنگین نظیر اجرای بازی‌های رایانه‌ای و ... به میان می‌آید، دیگر به‌هیچ‌عنوان نمی‌توانند پاسخ گوی نیازهای مربوطه باشند.

کولرهای بادی و آبی سوم شخص بسیاری هم‌اکنون در سطح بازار و شبکه گسترده اینترنت وجود دارند که اغلب با قیمت مناسبی نیز قابل تهیه می‌باشند. این دسته از خنک‌کننده‌ها با تغییرات هنگفتی در ساختمان خود و افزودن المان‌های گوناگونی نظیر لوله‌های انتقال حرارت (هیت پایپ)، فن‌های بزرگ‌تر و قدرتمندتر، افزایش سطوح جاذب حرارت و تعداد بیشتر باله‌های پخش‌کننده گرما و ... در کاهش دمای تولیدی واحد پردازنده مرکزی تأثیرات چشمگیر فراوانی را به خود اختصاص داده و استفاده از آن‌ها در مقایسه با خنک‌کننده‌های استوک اکیداً پیشنهاد می‌شود. علاوه بر آن کولرهای سوم شخص اغلب به دلیل ساختار برج مانند خود تهویه مطلوب‌تری را در فضای داخلی کیس برقرار ساخته و به لطف لوله‌های انتقال حرارت تعبیه شده در طراحی آن‌ها، گرمای تولیدی را به‌صورت بهینه از سطح پخش‌کننده حرارت داخلی (IHS) به بخش‌های هیت سینک منتقل و از تجمع آن بر روی پردازنده مرکزی جلوگیری به عمل می‌آورد.

حرارت

خنک‌کننده‌های پیش‌فرض همان‌طور که پیشتر نیز گفته شد در حالت کلی تنها یک قطعه آلومینیومی بسیار ساده به شمار می‌روند، اما ساختمان کولرهای سوم شخص پیچیده‌تر بوده و حتی ارزان قیمت‌ترین آن‌ها نیز باز هم تأثیرات بیشتری را نسبت به نمونه‌های استوک خود برای مصرف‌کنندگان به ارمغان می‌آورد، لذا تهیه و خرید محصولی مناسب در قالب آن‌ها مجدداً توصیه می‌شود.

استفاده از خمیرهای سیلیکونی مرغوب

حرارت تولیدی توسط پردازنده‌های مرکزی به دلیل نوع معماری و نحوه قرارگیری واحدهای گوناگون در بطن آن‌ها به‌صورت کاملاً یکسان و همگون پخش نگشته و همین امر باعث می‌گردد تا عملیات انتقال گرمای تولیدی به سطح سیستم‌های خنک‌کننده با بهینگی مناسب صورت نپذیرد. خمیرهای سیلیکون در حالت کلی به‌عنوان یک واسط در بین سخت‌افزارهای مستعد تولید گرمای فراوان (نظیر پردازنده مرکزی) و سطوح جاذب حرارت (مانند هیت سینک) قرار گرفته و با اطمینان حاصل نماییدن از عدم وجود هوا در بین قطعات، عملیات انتقال یکپارچه گرما را با بهینگی بسیار فراتری همراه می‌سازند.

استفاده از خمیرهای سیلیکون در حالت کلی مزیت‌های فراوانی را در جهت کاهش میزان حرارت واحد پردازنده مرکزی با خود به ارمغان آورده و عدم به‌کارگیری آن‌ها شانس سوختن پردازشگر را به‌صورت تصاعدی افزایش می‌دهد، اما این نکته را نیز باید در نظر داشت که خمیرهای سیلیکون با توجه به عناصر و مواد اولیه موجود در ساختار آن‌ها، عملکردهای مختلفی را از خود بروز داده و تفاوت‌های حاضر در بین یک محصول قدرتمند نظیر Chill Factor 3 با نمونه خمیرهای 1000 تومانی بسیار فراوان می‌باشد؛ لذا پیشنهاد می‌شود که واسط رسانای حرارت نامبرده را در بین واحد پردازنده مرکزی و سطح سیستم خنک‌کننده حتماً اعمال ساخته و این مهم را در قالب انتخاب از بین محصولات مرغوب و مطرح موجود نیز صورت دهید تا کاهش چشمگیر حرارت را به‌وضوح مشاهده کنید.

جهت کسب اطلاعات بیشتر در خصوص انواع خمیرهای سیلیکون به مقاله آموزشی زیر مراجعه کنید:

"چگونه بهترین خمیر سلیکون (Thermal Paste) را انتخاب کنیم؟"

کاهش ولتاژ پردازنده مرکزی

یکی دیگر از نکاتی که در کاهش میزان حرارت تولیدی توسط واحد پردازشگر تأثیراتی را به خود اختصاص می‌دهد میزان ولتاژ ورودی جهت تدارک کارکرد آن می‌باشد. فزونی ولتاژ نه تنها پردازنده مرکزی، بلکه تمامی قطعات رایانه‌ای به معنای تغییر بزرگی اختلاف پتانسیل الکتریکی و تولید حرارت بیشتر توسط سخت‌افزار می‌باشد، لذا این مهم باید توسط سیستم‌های خنک‌کننده مناسب به طرز مطلوبی دفع گردد. اگر پردازنده مرکزی خود را پیشتر اورکلاک نموده و میزان ولتاژ ورودی آن را نیز به‌منظور پایداری در فرکانس‌های کاری بالاتر افزایش داده‌اید، منبع بروز حرارت ممکن است به احتمال زیادی به آن بازگردانی می‌گردد (درصورتی‌که کولر قدرتمندی جهت مهار آن وجود نداشته باشد)، بنابراین پیشنهاد می‌شود که فرکانس پردازشگر را مجدداً به وضعیت پیشین خود بازگردانید.

حرارت

علاوه بر آن درصورتی‌که میزان گرمای تولیدی بسیار فراتر از محدوده بی‌خطر بوده و عملیات اورکلاکی نیز در این بین صورت نپذیرفته است، باز هم می‌توان ولتاژ ورودی واحد پردازنده مرکزی را با کاهش بیشتری همراه ساخت، اما باید دقت ویژه‌ای داشت که این مهم باید کاملاً متناسب با فرکانس کاری پردازشگر انجام پذیرفته و نزول ولتاژ به‌تنهایی فشار و تنش فراوانی را بر سخت‌افزار وارد می‌سازد که در نهایت ممکن است به سوختن آن نیز منتهی گردد.

جداسازی IHS از سطح پردازنده مرکزی (دیلید)

موضوع دیگری که در زمینه کاهش میزان حرارت واحد پردازنده مرکزی توسط افراد خبره و صاحب فن مطرح می‌گردد دیلید نماییدن ساختار پردازشگر است. در این حالت سطح پخش‌کننده گرمای داخلی (IHS) به‌صورت کامل از مدار چاپی واحد پردازنده مرکزی جدا و خمیر سیلیکون مستقیماً بر روی هسته‌ها و واحدهای موجود در بطن آن اعمال می‌گردد. اگرچه این روش گاهی اوقات تأثیرات بسیار چشمگیری را به ارمغان آورده و در نوع خود بسیار مثمر الثمر واقع می‌گردد، اما بروز حتی کوچک‌ترین اشتباه و سهل‌انگاری منجر به آسیب رسیدن به پردازنده و اختلال در عملکرد آن می‌گردد؛ لذا این مهم باید توسط اشخاص صاحب فن انجام پذیرفته و انجام آن توسط افراد مبتدی به‌هیچ‌عنوان توصیه نمی‌گردد.

علاوه بر آن عملیات دیلید نماییدن پردازنده مرکزی تنها در صورتی امکان‌پذیر می‌باشد که سطح IHS با استفاده از چسب به مدار چاپی پردازشگر الصاق یافته باشد.

حرارت

روش‌های گردآوری گشته در مقاله آموزشی فعلی در حالت کلی از جمله مهم‌ترین دلایل افزایش حرارت واحدهای پردازنده مرکزی به شمار رفته و توجه به آن‌ها تأثیرات فراوانی را در زمینه دفع گرمای تولیدی با خود به ارمغان می‌آورند، اما نکات کوچک و جانبی دیگری در این بین نیز ممکن است وجود داشته باشند که درجات گوناگونی از این مهم را به خود اختصاص دهند.

دمای محیطی در حالت کلی می‌تواند تأثیرات تقریباً چشمگیری را با خود به همراه آورد. افزایش چند درجه‌ای حرارت واحد پردازنده مرکزی در گرمای طاقت فرسایه تابستان امری کاملاً طبیعی به شمار رفته و نگرانی از این بابت وجود ندارد، اما بزرگی آن نباید از محدوده بی‌خطر فراتر رفته (به‌عنوان‌مثال پردازنده مرکزی 40 درجه بیشتر داغ کند) و همچنین در زمستان نیز باید دقتی ویژه شود که وسایل گرمایشی موجود در اتاق نظیر بخاری و ... در نزدیکی چهارچوب کیس قرار نگیرند. علاوه بر آن به‌کارگیری تعداد فراوانی از فن‌های خنک‌کننده در فضای داخلی کیس نه تنها کاهش میزان حرارت واحد پردازنده را سبب نگشته، بلکه ممکن است تأثیراتی کاملاً معکوس را نیز با خود به همراه آورد (پیشنهاد می‌شود که تنها موقعیت‌های پیش‌فرض ساختار کیس را جهت نصب فن مورد استفاده قرار دهید).

گرد و خاک‌گیری فضای داخلی چهارچوب کیس و تمیز سازی دوره‌ای آن جهت جلوگیری از انسداد مسیرهای ورودی و خروجی هوا و چرخش صحیح و بی‌عیب و نقص فن‌های سیستم خنک‌کننده (به‌خصوص کولر واحد پردازنده مرکزی) به‌صورت کلی در جلوگیری از فزونی حرارت تمامی قطعات بسیار مفید واقع می‌گردد.

محمد جواد قلی پور

26 سال سن، ساکن مشهد، کارشناس ارشد مهندسی پزشکی. محمد جواد رشته خود را از روی علاقه انتخاب نموده و به تعمیرات، نگهداری، آنالیز و بررسی تجهیزات پزشکی علاقه مند است. وی هفت سال است که به نگارش اخبار و مقالات در حوزه فناوری اطلاعات می‌پردازد. با توجه به اطلاعات بالا در زمینه‌های سخت‌افزار و نرم‌افزار، مقالات کاربردی وی گره از مشکلات کاربران بسیاری گشوده است. محمد جواد به رنگ قرمز رادئونی علاقه مند است.