مقارنة بين المشتتات الحرارية

مقدمة :
في وقت كانت به سرعة المعالجات تقاس بعدة عشرات من الميغاهرتز، لم يكن هناك حاجة للتفكير بجدية بوسائل تبريد للمعالجات. من يذكر أيام معالجات انتل من نوع 386 و 486، يذكر أن هذه المعالجات لم تكن بحاجة لوسائل تبريد فعاله، بل كان يكفى استخدام وسائل التبريد البسيطة مثل مشتت حراري صغير ومروحة صغيرة لابقاء المعالج سعيدا. الأمور تغيرت ألان، سرعة المعالج أصبحت تقاس بمئات و آلاف الميغاهرتز، وبفضل تقنيات التصنيع الحديثة، فان حجم المعالج أبتدأ يصغر شيئا فشيئا.

لنا أن نتصور أن معالجا مثل AMD Athlon 1.4 GHZ يقوم بتوليد ما يعادل 76 واط من الحرارة. ربما تكون الطريقة الوحيدة لتقدير حجم هذه الحرارة هو معرفة انك ستحتاج لأقل من 16 واط حراري لقلى بيضة. ما يزيد الطين بلة، هو أن هذه الحرارة محصورة بحيز صغير وهو قلب المعالج والذي لا يتعدى حجمه 10X11 مليمتر.

للأسباب السابقة، فان عملية اختيار المشتت المناسب أضحت من الأمور المهمة وفى كثير من الأوقات معقدة. كما أن صناعة المشتتات الحرارية وحلول التبريد للحاسب الآلي قد تطورت من كونها صناعة ثانوية إلى صناعة حيوية في عالم الحاسب الآلي.

مصطلحات فنية:
كما بباقي مكونات الحاسب، فان المشتتات الحرارية والمراوح تستخدم مصطلحات فنية. ما سنركز عليه هنا هي المصطلحات الدارجة والتي سنستخدمها بمقالنا هذا.

مادة التصنيع: وهى المعدن المستخدم بتصنيع المشتت الحراري.
المقاس: وهو مقاس المشتت الحراري أو المروحة بالمليمتر حيث يكون أول رقم هو الطول والثاني العرض والثالث الارتفاع.
مصرح بها من AMD: تقوم شركة AMD بفحص بعض أنواع المشتتات والتصريح باستخدامها لمعالجاتها. في حال كون المشتت مصرح به فإننا سنذكر أعلى معالج وسرعة مصرح باستخدام هذا المشتت له.
RPM: وحدة قياس عدد دورات المروحة بالدقيقة. هي اختصار لجملة Revolutions Per Minute بالإنجليزي.
CFM: وحدة لقياس دفع الهواء وهى قدم مكعب بالدقيقة. هي اختصار لجملة Cubic Feet a Minute.
dB-A: وحدة قياس الصوت بالنسبة إلى قدرة السمع لدى الإنسان.
المعجون الحراري: وهو مادة خاصة تستخدم للمساعدة على نقل الحرارة من المعالج إلى المشتت الحراري

هذا المشتت مصنوع من قطعة واحدة من مادة الألمنيوم والتي تعتبر من المواد المفضلة بين صناع المشتتات الحرارية وذلك لسهولة تصنيعها ورخص سعرها. المشتت يأتى جاهزا مع معجون حراري مثبت بأسفل المشتت.

عملية تثبيت هذا المشتت على المعالج تعتبر صعبة بأفضل الأحوال إلى خطرة أن لم تنتبه أثناء التركيب. بسبب استخدام هذا المشتت لمقبض يحتاج إلي مفك وضغط كبير لتركيبة، فان أي خطا سيؤدى أما إلى تلف اللوحة الأم أو إلى كسر قلب المعالج.
نصيحتي عند تركيب هذا المشتت هو باستخدام مفك ذو راس عريض و إبقائه ثابتا بقدر المستطاع لكي لا يفلت من موضعه ويؤذى اللوحة الأم.

هذا ثاني مشتت من ضمن هذه المجموعة من صنع شركة Cooler Master. نظرة واحدة إلى هذا المشتت تبين انه ينتمي إلى فصيلة مختلفة تماما عن المشتت السابق

أول ما يميز هذا المشتت هو حجمه الكبير. طبعا كلما زاد حجم المشتت زادت قدرته على التخلص من حرارة المعالج. ثاني أمر أعجبنا بهذا المعالج هو مروحته المصنعة من شركة Delta. بالرغم من صغر حجم هذه المروحة والتي لا يتعدى ارتفاعها 10 ملليمتر، إلا أنها قادرة على تحريك اكثر من 21 قدم مكعب من الهواء في الدقيقة. كما أن صوتها يعتبر إلى حد ما منخفض وذلك لأنها تدور بسرعة اقل من 5000 دورة في الدقيقة.

نقطة الضعف بهذا المشتت هو مقبض التثبيت والذي يحتاج إلى مفك وجهد كبير لتركيبه. إلا انه افضل من المستخدم على DP5-6H51 لكونه يحتوى على زوايا تمنع راس المفك من التحرك أثناء التركيب وبالتالي تخفيض المخاطرة بإيذاء اللوحة الأم.
كما سابقتها، فإنها تحتوى على معجون حراري جاهز للاستخدام بأسفل المعالج.

نقطة الضعف بهذا المشتت هو مقبض التثبيت والذي يحتاج إلى مفك وجهد كبير لتركيبه. إلا انه افضل من المستخدم على DP5-6H51 لكونه يحتوى على زوايا تمنع راس المفك من التحرك أثناء التركيب وبالتالي تخفيض المخاطرة بإيذاء اللوحة الأم.
كما سابقتها، فإنها تحتوى على معجون حراري جاهز للاستخدام بأسفل المعالج.

مشتت صغير جميل من شركة كانت تعرف فيما قبل باسم 3Dfx COOL. بالرغم من صغر حجم هذا المشتت، إلا انه يحتوى على زعانف اكثر من DP5-6H51 والمماثل له بالحجم. ميزة زيادة الزعانف هو زيادة سطح المشتت الملامس للهواء مما يساعد على التخلص من الحرارة.

المروحة التي تأتى مع المشتت تتميز بهدوئها وقدرتها على توليد كم ممتاز من دفع الهواء بالرغم من صغر حجمها. كما انه يأتي مع معجون حراري جاهز للاستخدام ومثبت بالناحية السفلي من المشتت.

أكثر ما شدنا بهذا المشتت هو سهولة تركيبه، حيث انه لا يحتاج إلى أي أدوات خاصة مثل سابقيه ولا يتطلب أي مجهود مما يجعله آمن جدا حيث انه لا يوجد أي خوف من إحداث أي ضرر باللوحة الأم أو المعالج.

المشتت الوحيد من بين هذه المجموعة والمصنوع من معدن النحاس. لربما السؤال الذي يطرح نفسه هو "ولم النحاس؟" مادة النحاس تمتاز بقدرتها الفائقة على امتصاص الحرارة، هذا الأمر يعنى أنها تستطيع أن تحقق قدرة تبريد أعلى من أي مادة أخرى بخلاف معدن الفضة. طبعا بسبب غلاء سعر الفضة، فانه من غير المعقول تصنيع مشتتات حرارية مبنية عليه، إذن لو كان النحاس هو المعدن الأفضل للمشتتات الحرارية، لم لا تصنع كل المشتتات الحرارية منه؟ هناك 3 أسباب رئيسية وهى:

·        غلاء سعره مقارنه بمادة الألمنيوم.

·        صعوبة تصنيعه.

·        ثقل وزنه.

الأسباب السابقة واضحة جدا بهذا المشتت الذي بين أيدينا. فسعره يتعدى ضعف سعر أي مشتت أخر في هذه المقارنة ووزنه يعادل 330 غرام مما يجعله ثقيلا بالنسبة إلى حجمه

نظرة واحدة إلى المشتت تبين حجم المجهود المبذول بتصنيعه. المشتت يتكون من قاعدة ثقيلة ملحوم عليها الزعانف والتي تم طرقها لكي تكون رقيقة جدا مما يزيد كثيرا من المساحة الفعلية من المشتت الملامسة للهواء الخارجي مما يؤدى إلى تخلص افضل من الحرارة الممتصة من المعالج. ما يثير الإعجاب بتصنيع هذا المشتت هو استخدام طريقة التعشيق لربط الزعانف ببعضها البعض مما يعطيها قوة تحمل اكثر.

طبعا يأتي مع المشتت معجون حراري، ولكنه غير مثبت على المشتت كما بالمشتتات السابقة. السبب في عدم تثبيت المعجون على المشتت هو إعطاء المستخدم الخيار أما باستخدام المعجون المزود مع المشتت أو استخدام نوعية أخرى افضل.
تثبيت المشتت على المعالج ليس يتلك الصعوبة. بالرغم من انك ستحتاج لاستخدام مفك للتركيب، إلا أن كمية الضغط المطلوبة ليست بتلك التي قد تتسبب بالإضرار بالمعالج أو اللوحة الأم

أداء المشتت الحرارى:
عملية اختبار أداء المشتتات الحرارية، تتطلب الدقة والعدل. حرارة المعالج تتأثر بحرارة الهواء الخارجي. كلما زادت درجة حرارة الهواء المحيط بالمعالج والمشتت الحراري، ازدادت حرارة المعالج وقلت فعالية المشتت. لذا فإننا قد حافظنا على درجة حرارة الغرفة بمعدل 24 درجة مئوية خلال جميع الاختبارات. إذا زادت درجة الحرارة أو قلت بمعدل نصف درجة، فإننا كنا نوقف التجربة وننتظر إلى أن تعود درجة حرارة الغرفة إلى 24 درجة و نبدأ التجربة من جديد. لتسهيل عملية التجربة وتركيب وإزالة المشتتات، فانه تم إجراء جميع التجارب واللوحة الأم بخارج الهيكل.

نوع المعجون الحرارى :
الأمر الأخر هو نوع المعجون الحراري المستخدم. من واقع تجارب سابقة، فقد تبين لنا أن المعجون الحراري الذي يأتى مع المشتتات الحرارية والذي يكون غالب الوقت مصنوع من مادة السيليكون، لا يقوم بنقل الحرارة بفعالية. باستخدام معجون حراري من نوعية افضل كالمحتوى على معدن الفضة قد يساعد بتخفيض درجة حرارة المعالج بعدة درجات. لهذا السبب، فإننا قد قمنا بإزالة
المعجون الحراري الذي يأتى مع المشتتات واستخدمنا معجون من نوع Arctic Silver II والمحتوى على معدن الفضة وذلك لاعطاء جميع المشتتات نفس الفرصة لأثبات مقدرتها.

نوع المروحة المستخدمة:
طبعا للمروحة المستخدمة على المشتت الحراري
دور هام جدا في أدائه، لذا فإننا قد قمنا بتجربة كل مشتت حراري مرتين. مرة باستخدام المروحة الأصلية التي تأتي معه، ومرة أخري باستخدام مروحة خاصة من إنتاج شركة Delta. هذه المروحة تعمل بسرعة 7000 دورة في الدقيقة وبقدرة دفع هواء تعادل 37.61 CFM. طبعا هذه القدرة الهائلة على تحريك الهواء من مروحة بحجم 25X60X60 ملليمتر تأتى بثمن وهو علو الصوت والاهتزاز حيث أن صوت المروحة يعادل 46.5 dB-A والاهتزاز كافيا لجعل الطاولة بأكملها تهتز.أخذنا 3 قياسات لكل مشتت حراري وذلك باستخدام المشعر الحراري للوحة الأم. أول قياس يكون بأول تشغيل الجهاز، هذا القياس يساعد بمعرفة سرعة المشتت في التخلص من الحرارة. ثاني قياس يكون بعد 5 دقائق من تشغيل الجهاز وبدون أي ضغط على المعالج مما يعطى فكرة عن عمل المشتت بدون ضغط. أما القياس الثالث فيكون بعد 20 دقيقة من استخدام برنامج يجعل المعالج يعمل بأقصى طاقته وهذا يعطينا فكرة عن كامل مقدرة المشتت.

برنامج Proth:
لجعل المعالج يعمل بأقصى طاقته، فإننا قد قررنا استخدام برنامج Proth (http://www.utm.edu/research/primes/programs/gallot/)

هذا البرنامج يقوم بعمليات حسابية غاية في التعقيد مما يؤدى لجعل المعالج يعمل بكامل طاقته وبالتالي إلى ارتفاع درجة حرارته إلى أعلى درجة ممكنة.

بين كل تجربة وأخرى، فإننا كنا ننتظر فترة ربع إلى نصف ساعة وذلك للتأكد من أن المعالج قد برد بما يكفى لعدم التأثير على التجربة اللاحقة.

جهاز الاختبار:
المعالج: AMD Duron 750 MHz
اللوحة الأم: MSI KT7 Turbo
نظام التشغيل: Windows 98 SE

بتوحيد المروحة بين جميع المشتتات، واستخدام افضل تهوية ممكنة، فان النتائج ستكون معتمدة بشكل كامل على تصميم المشتت وقدرته على التخلص من الحرارة.
مثل ما كنا نتوقع، فان مشتت SK-6 لازال بالصدارة ويتبعه بشكل قريب جدا مشتت EP5-6I11. حتى قوة دفع مروحة Delta لا تستطيع التغلب على سوء تصميم مشتت DP5-6H51. لازال أداء هذا المشتت سيئا إلي أقصى درجة.

كما نرى من النتائج السابقة، فان مشتت SK-6 والمصنوع من النحاس قد تمكن من تحقيق افضل نتائج بين المجموعة. الأمر المثير للاهتمام هو مشتت EP5-6I11 والذي حقق نتائج مبهرة خصوصا إذا وضعنا بالحسبان انه مصنوع من الألمنيوم ومروحته تولد ضغط هواء اقل من SK-6.
مشتت DP5-6H51 حقق أسوا نتائج من بين المجموعة. بالرغم من تشابه حجمه مع مشتت Socket-AHO، إلا أن سوء تصميمه بيدو واضحا من نتائجه.

بتوحيد المروحة بين جميع المشتتات، واستخدام افضل تهوية ممكنة، فان النتائج ستكون معتمدة بشكل كامل على تصميم المشتت وقدرته على التخلص من الحرارة.
مثل ما كنا نتوقع، فان مشتت SK-6 لازال بالصدارة ويتبعه بشكل قريب جدا مشتت EP5-6I11. حتى قوة دفع مروحة Delta لا تستطيع التغلب على سوء تصميم مشتت DP5-6H51. لازال أداء هذا المشتت سيئا إلي أقصى درجة.