Hepinizin bildiği üzere, bilgisayar donanımı konusunda ısı yönetimi çok önemli bir konu. Entegre devrelerden oluşan her bileşen ısınır. Elektronik cihazlar yorulmadan veri işledikçe, elektriksel faaliyetlerinin doğal bir sonucu olarak ısı üretirler. Isının kontrolsüz şekilde birikmesi ise termal kısıtlama sorunlarına yol açar. Durum aşırıya kaçtığında parçalar zarar görebilir, hatta kullanılmaz hale gelebilir. Tüm bu nedenlerden dolayı ısıyı bir şekilde dışarı atmak gerekiyor. Kullanılan yaygın yöntemlerden biri de “heatsink” olarak bilinen soğutucular, başka bir deyişle ısı emiciler.
Soğutucu dediğimizde genelde fanlarla birlikte bütünüyle soğutma sistemini de kast edebiliyoruz. Heatsink olarak bilinen soğutucular, bu soğutma sistemlerinin aslında omurgasını oluşturuyor, kritik bir rol oynuyor. Isı emiciler basit gibi görünse de sorunları önleyen, soğutma sürecini kolaylaştıran önemli bir geleneksel soğutma bileşeni. Bugün ısı emicilerin nasıl çalıştığını ve oynadığı önemli rolü anlatacağız.
Isı emici, CPU ve GPU gibi bilgisayar çiplerinin üzerine konumlandırılan pasif bir soğutma mekanizması. Soğutucular kendi başlarına pasif şekilde görev yapar, yani hareketli parçaları yoktur. Ancak çoğu zaman sıcak havayı dışarı üfleyen bir fan veya ısıyı boruların yarısına kadar taşıyan bir sıvı soğutma çözümü ile birleştirilir.
Soğutucunun soğutmayı en üst düzeye çıkarmak için ısı kaynağı ile güçlü bir temas kurması gerekir. Heatsink olarak bilinen soğutucular, ısıyı daha geniş yüzey alanlarına sahip olan kanatçıklara taşımak ve böylece ısıyı bilgisayarın her tarafına dağıtmak için bir termal iletkenden yararlanır. Mantıken olarak aslında heatsink de bir tür radyatördür.
Üretilen ısıyı üzerine çeken ve dağıtmak için kullanılan bu bloklar bakır veya alüminyum gibi yüksek iletkenliğe sahip metallerden yapılıyor. Bazen CPU ve GPU soğutma sistemlerinin aşırı derecede ağır olduğunu hissedersiniz. İşte böyle ürünlerde çok miktarda bakır veya alüminyum kullanılıyor, soğutma bloğu da bir hayli büyük hale geliyor.
Çalışan bilgisayar bileşeni ısı ürettiğinde, bu ısı termal macun kullanılarak termal iletim yoluyla ısı emiciye aktarılır. Bildiğiniz gibi çiplerin üzerinde IHS dediğimiz, paketleme sürecinde kullanılan “entegre ısı dağıtıcılar” yer alıyor. Dağıtıcılardan alınan ısı, yine iletken olan termal macunlar aracılığıyla üst soğutma bloğuna aktarılıyor. Buradan itibaren heatsink, soğutucunun kanatçıkları sayesinde (artan yüzey alanı ile) ısının çevredeki hava ile değiş tokuş edilmesine yardımcı oluyor.
Genellikle normal hava akışı hızlı soğutma sağlamak için yeterli değil. Yani ısıyı dağıtma işlemini geliştirmek için soğutucuya bir veya birden fazla fan takılıyor. Bu fan, soğutucunun kanatçıkları üzerine hava üfleyerek konvektif ısı transferini sağlıyor. Hava kanatçıkların üzerinden akarken ısıyı alandan uzaklaştırıyor.
Tekrar hatırlatalım, soğutma verimliliğini en üst düzeye çıkarmak için ısı emicinin ısı kaynağı ile güçlü bir temas kurması gerekiyor. Bu nedenle IHS’nin üzerine termal macun sürüldükten sonra soğutma bloğu sağlam şekilde oturtulur. Isı alıcıları, ısıyı daha geniş yüzey alanlarına sahip olan kanatçıklara taşımak ve böylece ısıyı bilgisayarın her tarafına dağıtmak için bir termal iletken kullanır.
Pasif ısı alıcıları doğal konveksiyona dayanır, yani sıcak havanın yüzebilme yeteneği ısı alıcı boyunca üretilen hava akışına neden olur ve ısıyı gidermek için ikincil güç veya kontrol sistemleri gerektirmezler. Pasif ısı emiciler, bir sistemden ısıyı uzaklaştırmada aktif ısı alıcıları kadar etkili değildir.
Kısaca özet geçecek olursak, fanı olmayan soğutma tasarımına “pasif soğutma” deniyor. Çoğu soğutucu, radyatöre benzeyen kanatçıklardan oluşuyor.
Aktif soğutma sistemleri, sıcak alan boyunca sıvı akışını artırmak için genellikle bir fan, üfleyici veya hatta tüm nesnenin hareketi tarafından üretilen basınçlı havayı kullanır. Fanlar havayı ısı emici boyunca zorlar, bu da daha fazla ısıtılmamış havanın ısı emici yüzeyi boyunca hareket etmesini sağlar. Uzun lafın kısası, sava soğutma veya sıvı soğutma yöntemleri kullanıldığında “aktif soğutma” terimi kullanılıyor.
Çoğu soğutucu, radyatöre benzeyen kanatçıklardan oluşmakta. CPU veya GPU ısındıkça, ısı bu kanatlara aktarılıyor ve burada bir fan kullanılarak serbest bırakılıyor. Yani dışarı atılıyor. Heatsink üzerine fan takmamızın nedeni havayı sirküle etmek istememiz. Fanlar da mantıken ters yönde çalışıyor, sıcak havayı CPU veya GPU’dan uzağa çekiyor.
Bu sorunun cevabı teknoloji geliştikçe değişiyor diyebiliriz. Tüm CPU ve GPU’ların gelişmiş soğutma tasarımına ihtiyacı var. Diğer taraftan, SSD’lerde soğutma sistemleri neden yaygınlaşmaya başladı? Mecburiyetten.
SSD’ler, sistem değişikliği gerektirmeden HDD’lerin yerini alabilmeleri için tasarlandı. Ancak zaman içinde bilgisayarlarla beraber farklı mobil cihazlar daha ince ve hafif hale gelmeye başladı. Böylelikle depolamada kullanılan flash yongalar da küçüldü.
Günümüzde çoğu SSD M.2 formatında üretiliyor. Herhangi bir kablo gerektirmiyor, doğrudan bir anakarta bağlanıyor ve iki önemli yenilikten yararlanıyor: NVMe protokolü ve PCIe arayüzü. NVMe protokolü flash’ın hızından, özellikle de paralel bir şekilde veri okuma ve yazma yeteneğinden yararlanmak için sıfırdan geliştirildi. NVMe ayrıca bir cihazı anakarta bağlamamızı sağlayan, yüksek hızlı bağlantı sunan PCIe arayüzünden de yararlanıyor.
Gen4 ve Gen5 NVMe SSD’ler bildiğiniz üzere inanılmaz hızlara ulaşmaya başladı. Bir SSD’ye okunan ya da yazılan her veri parçası, cihazda trilyonlarca NAND flash hücresinden birine elektrik geçmesini gerektiriyor. Elektriğin olduğu ortamda her zaman az veya çok ısı vardır. Bu nedenle yüksek erişim hızlarına ulaştığımızda SSD’ler aşırı derecede ısınabiliyor.
Belirli bir sıcaklığın üzerinde SSD’nin dahili bileşenlerini korumak için performansını düşürmesi gerekiyor ki hiçbir kullanıcı bunu istemez. Yüksek hızlarda veri okuma/yazma işlemi yaparken neden işler yavaşlasın? Bu nedenle SSD soğutucuları, sürekli okuma/yazma işlemlerinin yapıldığı oyun, video veya tasarım iş akışları gibi kullanım senaryoları için vazgeçilmez hale geldi. Üstelik aktif olarak fanlarla soğutulan SSD soğutma tasarımları bile görmeye başladık.
PlayStation 5 oyun konsolunda depolamayı yükseltmek mümkün. PS5’e yüksek hızlı M.2 NVMe sürücülerin takılması gerekirken Sony, bir soğutucu kullanılması gerektiğini özellikle belirtiyor.
Bildiğiniz gibi günümüzde kullanılan iki soğutma yöntemi var. Son olarak radyatör ve fanlı soğutmanın farklarına bakalım, sonra kapanışı yapalım.
| Radyatör | Heatsink Fan |
|---|---|
| Sıvı soğutucudaki ısıyı çevreye aktararak dağıtır. | Isıyı kanatçıklar kullanarak doğrudan bir bileşenden (örneğin CPU) dağıtır ve çevredeki havaya aktarır. |
| Sıvı soğutucu, ısıyı bileşenlerden radyatöre taşır ve burada fanlar ısıyı dışarı atar. | Heatsink dediğimiz soğutucu, bileşenden gelen ısıyı iletir ve fanlar, ısıyı dağıtmak için kanatçıkların üzerine hava üfler. |
| Pompa ve boru sistemi gibi ek bileşenler nedeniyle kurulum süreci daha karmaşıktır. | Kurulumu genellikle daha kolay. Soğutucu ve fanı taktığımızda genellikle işlem sona erer. |
| Periyodik soğutma sıvısı kontrolleri ve olası bakım gerektirebilir. | Isı emici üzerinde biriken tozu gidermek için ara sıra temizlik yapılması gerekebilir. |
| Tek döngü kullanarak hem CPU’yu hem de GPU’yu soğutmak için uygun. | Öncelikle CPU’yu soğutmak için tasarlanmış olduğundan, aynı döngüde GPU soğutmasını gerçekleştiremeyebilir. |
| Bileşenlerin karmaşıklığı nedeniyle genellikle yüksek maliyetlidir. | Tam sıvı soğutma kurulumuyla karşılaştırıldığında genellikle daha ucuzdur. |
