Buồng hơi, Làm mát Card đồ họa kiểu Downdraft và Blower - Giải thích

Trong vài năm qua, chúng tôi đã thấy sự gia tăng theo cấp số nhân về hiệu suất của card đồ họa trong cả trò chơi và các ứng dụng chuyên nghiệp. Với những cải tiến về kiến ​​trúc và các thành phần bên trong, card đồ họa giờ đây nhanh hơn bao giờ hết và có thể xử lý ngay cả những tác vụ khắt khe nhất mà người ta có thể thực hiện với công nghệ hiện nay. Tất cả những cải tiến này đã cho phép các card đồ họa hiện đại xử lý các tác vụ cực kỳ khắt khe như chơi game 8K và 4K ở tốc độ làm mới cao.

Mặc dù vậy, những cải tiến này không đến nếu không có phần hạn chế. Một trong những nguyên nhân chính là sự gia tăng theo cấp số nhân trong lượng điện năng mà chúng ta đã thấy trong vài năm qua. Sức mạnh của các card đồ họa chơi game đã tăng chậm nhưng đều đặn trong suốt thập kỷ qua, dẫn đến các card đồ họa ngày nay có xếp hạng TDP trên 300 Watts (hoàn toàn khác với xếp hạng TBP được quảng cáo). Trên thực tế, mức tiêu thụ điện năng trung bình của các card đồ họa trong thập kỷ qua cho thấy một mô hình thú vị. Sức hút của các thẻ rất cao vào đầu thập kỷ do kiến ​​trúc không hiệu quả, nhưng sau đó hầu hết các thẻ đồ họa đã trở nên hiệu quả hơn rất nhiều trong công việc của chúng. Ngày nay, chúng ta đang chứng kiến ​​sự gia tăng khác về số lượng điện năng trung bình của card đồ họa.

Tuy nhiên, các thẻ ngày nay hiệu quả hơn rất nhiều so với cách đây 5 năm, nhưng trung bình chúng vẫn đòi hỏi nhiều điện năng từ tường hơn so với các thẻ cũ hơn. Tất cả sức mạnh này đi đến lõi chắc chắn làm tăng hiệu suất của thẻ, nhưng nó cũng làm tăng nhiệt độ hoạt động của GPU, đây là điều chắc chắn cần được kiểm soát. Trong vài năm qua, chúng tôi đã phải đặt các bộ làm mát ngày càng lớn hơn trên các card đồ họa để chống lại vấn đề này.

Cải tiến trong làm mát

Với mức tiêu thụ điện ngày càng tăng và sau đó tăng nhiệt lượng, các nhà sản xuất card đồ họa đã phải ứng biến với tình hình để khắc phục vấn đề này. Đã qua rồi những chiếc card đồ họa nhỏ gọn, trang nhã có thể được làm mát thụ động chỉ với một bộ tản nhiệt nhỏ. Trước đây, ngay cả những card đồ họa cao cấp cũng có một quạt duy nhất trên một tấm tản nhiệt nhỏ và điều đó đủ để tản nhiệt ra khỏi card một cách hiệu quả. Ngày nay, người ta thậm chí không thể nghĩ đến một card đồ họa tầm trung hoặc cao cấp hợp lý để được làm mát bằng cách sử dụng cấu hình một quạt.

Các card đồ họa ngày nay có bộ tản nhiệt 3 khe lớn với tấm che quạt khổng lồ chứa 3 quạt hầu hết thời gian. Mặc dù các mẫu quạt kép cũng khá phổ biến trên thị trường, nhưng chúng phải vật lộn để giữ nhiệt độ trong tầm kiểm soát cho bất kỳ thẻ nào ngốn điện hợp lý. Hầu hết các biến thể cao cấp của card đồ họa hiện đại cũng có bảy hoặc tám ống dẫn nhiệt bằng đồng mạ niken giúp lấy nhiệt ra khỏi các thành phần tạo nhiệt và tản đều ra ngoài qua mảng tản nhiệt. Công nghệ quạt cũng đã có một chặng đường dài, với những chiếc quạt hiện đại được trang bị nhiều cảm biến có thể thay đổi hành vi của chúng theo nhiệt độ của GPU.

Do đó, khá thú vị khi so sánh các giải pháp làm mát được sử dụng bởi card đồ họa trong quá khứ với những giải pháp đang được sử dụng ngày nay.

Các phương pháp làm mát khác nhau

Nói chung, có 3 phương pháp làm mát chính được sử dụng bởi các card đồ họa hiện đại, đó là làm mát kiểu quạt gió, làm mát bằng gió thổi xuống và làm mát buồng hơi. Sau đây là những ưu và nhược điểm của từng loại.

Blower Style Cooler

Bộ làm mát kiểu quạt gió là kiểu làm mát cơ bản nhất và đơn giản nhất được tìm thấy trong các card đồ họa ngày nay. Đây cũng là bộ làm mát rẻ nhất được sản xuất và do đó, mang lại hiệu suất nhiệt kém nhất trong số tất cả các phương pháp làm mát khác nhau của cạc đồ họa. Bộ làm mát kiểu quạt gió là bộ làm mát đã được Nvidia và AMD sử dụng cho các cạc đồ họa thiết kế tham chiếu của họ trong một thời gian dài, tuy nhiên, đối với thế hệ cạc đồ họa mới nhất, cả hai nhà sản xuất đều bỏ bộ làm mát kiểu quạt gió để có hiệu quả hơn bộ làm mát downdraft. Bộ làm mát kiểu quạt gió có lẽ đã hết tuổi thọ của chúng, mặc dù một số ví dụ vẫn đang được sản xuất để sử dụng trong các hệ thống SI và dựng sẵn.

Các card đồ họa có thiết kế quạt gió mở rộng tấm che bằng nhựa xung quanh tản nhiệt và không để lại khoảng trống giữa PCB và tấm che ở hai bên cũng như ở trên và dưới của card. Con đường duy nhất cho không khí là buộc phải đi thẳng qua PCB về phía sau của card đồ họa, nơi có các lỗ thông gió được đặt một cách chiến lược trên giá đỡ I / O. Một chiếc quạt thổi nhỏ duy nhất hút không khí xung quanh và ép nó ở tốc độ cao xuyên qua thẻ và được đẩy thẳng ra khỏi mặt sau của thẻ. Không khí đi qua bộ tản nhiệt tích hợp và các thành phần PCB trong khi nó đi qua thẻ, do đó làm mát các thành phần mà nó tiếp xúc.

Ưu điểm chính của làm mát kiểu quạt gió là chi phí sản xuất khá rẻ và do đó được tìm thấy trên nhiều biến thể cấp thấp của card đồ họa, bao gồm hầu hết các thiết kế tham chiếu mà AMD và Nvidia đã phát hành trong nhiều năm. Một ưu điểm khác của bộ làm mát kiểu quạt gió là chúng thải toàn bộ nhiệt trực tiếp ra khỏi thùng máy thay vì giải phóng vào bên trong thùng máy, do đó làm nóng các thành phần khác như CPU ​​của bạn. Điều này có thể đặc biệt hữu ích trong các trường hợp yếu tố hình thức nhỏ và PC có hệ thống luồng không khí được định cấu hình không đúng.

Tuy nhiên, có một số nhược điểm của bộ làm mát quạt gió. Máy làm mát kiểu quạt gió chạy ồn ào và nóng, và chúng hoạt động khá kém hiệu quả. Trung bình, một biến thể kiểu quạt gió của card đồ họa sẽ tạo ra nhiệt độ cao hơn nhiều so với các biến thể ngừng hoạt động tương đương nếu chúng được thử nghiệm trong cùng điều kiện. Để bù đắp cho sự thiếu hụt năng lượng làm mát này, các card quạt gió phải chạy quạt của chúng ở tốc độ đặc biệt cao. Điều này dẫn đến một cấu hình tiếng ồn cao không thể tin được mà những người đam mê PC cuồng nhiệt định nghĩa là "một động cơ phản lực sẵn sàng cất cánh". Nói một cách an toàn, bạn sẽ không nhận được thẻ kiểu blower nếu bạn muốn chơi một cách lén lút.

Máy làm mát Downdraft ngoài trời

Cho đến nay, phong cách làm mát theo kiểu downdraft hay “open-air” vẫn là giải pháp làm mát chủ đạo và phổ biến nhất đang được sử dụng trong các card đồ họa ngày nay. Máy làm mát Downdraft thường cung cấp hiệu suất nhiệt và âm thanh tốt hơn so với thẻ kiểu quạt gió, nhưng có một số điều cần lưu ý khi sử dụng máy làm mát ngoài trời.

Downdraft hoặc bộ làm mát ngoài trời sử dụng quạt của chúng để hút không khí từ bên trong vỏ máy tính của bạn và sau đó đẩy thẳng xuống qua tấm tản nhiệt kim loại lớn để tản nhiệt khỏi các linh kiện. Bộ làm mát không khí mở được gọi như vậy vì tấm che quạt tương đối mở của chúng được mở từ hai bên và phía sau, cho phép không khí đi qua tự do từ thẻ vào bên trong thùng máy cũng như bên ngoài thùng máy qua lỗ thông gió. Khái niệm chính của bộ làm mát downdraft cũng giống như bộ làm mát kiểu quạt gió: Không khí được các quạt hút vào và đẩy qua bộ tản nhiệt tiếp xúc với các thành phần tạo nhiệt. Hiệu quả mà máy làm mát không khí mở hoặc máy làm mát không khí thực hiện nhiệm vụ này thường lớn hơn nhiều so với các ứng dụng kiểu quạt gió tương đương.

Ưu điểm lớn nhất của thiết kế lộ thiên là hiệu suất được cải thiện so với các thẻ kiểu quạt gió. Các bộ làm mát này đẩy một lượng lớn không khí qua các bộ tản nhiệt của chúng, và do đó tối đa hóa khả năng tản nhiệt từ các thành phần bên trong của card. Hơn nữa, bản thân bộ tản nhiệt thường có kích thước lớn hơn nhiều do cấu hình 2,7 hoặc thậm chí 3 khe cắm mà các thẻ hiện đại thường có. Các biến thể tầm trung của cạc đồ họa thường có hai quạt, trong khi các biến thể cao cấp hầu như luôn có ba quạt để trợ giúp. tạo điều kiện cho quá trình tản nhiệt. Quạt kiểu downdraft cũng êm hơn và đáng tin cậy hơn nhiều so với quạt kiểu thổi.

Có một số nhược điểm đi kèm với thiết kế này. Thứ nhất, nhiều bộ làm mát kiểu không khí mở của downdraft đắt hơn các biến thể quạt gió cơ bản khi nói đến một dòng sản phẩm cạc đồ họa cụ thể. Một vấn đề quan trọng khác với thiết kế này là tất cả không khí nóng từ GPU được đổ thẳng vào vỏ máy của bạn, điều này có thể dẫn đến tăng nhiệt độ cho các thành phần khác. Do đó, bạn nên có luồng không khí tuyệt vời bên trong thùng máy với các quạt được cấu hình phù hợp nếu bạn muốn sử dụng bộ làm mát hạ cấp. Tốt nhất là nên tránh những bộ làm mát này trong một trường hợp yếu tố hình thức nhỏ hoặc một cấu trúc tương đối nhỏ gọn. Nếu bạn muốn một số đề xuất cho trường hợp luồng không khí cao tốt nhất vào năm 2021, bạn có thể lấy chúng ngay tại đây.

Máy làm mát buồng hơi

Bộ làm mát buồng hơi ít phổ biến hơn trong các card đồ họa hiện đại do độ phức tạp tương đối của chúng nhưng vẫn là một giải pháp làm mát thú vị. Buồng hơi là một tấm mỏng, tương đối phẳng được sử dụng để truyền nhiệt trên một diện tích bề mặt rộng. Thông thường, một lớp vây được áp dụng trực tiếp lên bề mặt của buồng hơi để tăng diện tích bề mặt và cải thiện khả năng tản nhiệt. Bản thân buồng hơi là một tấm đồng rỗng, được hàn kín chân không. Buồng hơi tiếp xúc trực tiếp với nguồn nhiệt, chẳng hạn như GPU, được gọi là thiết bị bay hơi trong cấu hình này.

Khi đốt nóng thiết bị bay hơi, chất lỏng trong bấc bay hơi thành khí. Sau đó khí nóng nở ra để lấp đầy bên trong buồng và đến bề mặt lạnh hơn. Khi tiếp xúc với bề mặt làm mát, khí lại ngưng tụ, do đó bề mặt làm mát được gọi là bình ngưng. Chất lỏng ngưng tụ sau đó được đưa trở lại thiết bị bay hơi qua bấc để tiếp tục chu trình.

Trong khi các kim loại như đồng và nhôm dẫn nhiệt tốt, chúng thường không phải là phương pháp hiệu quả nhất để làm điều đó. Sự thay đổi pha là sự chuyển đổi từ dạng vật chất này sang dạng vật chất khác, ví dụ từ chất lỏng sang chất khí và ngược lại, và kiểu làm mát sử dụng kỹ thuật này được gọi là làm mát thay đổi pha. Các buồng hóa hơi có thể truyền một lượng lớn nhiệt năng bằng cách chuyển pha.

Ngoài ra, có thể chỉ sử dụng một khối đồng đặc để thực hiện một nhiệm vụ tương tự nhưng thiết kế đó sẽ nặng hơn và đắt hơn rất nhiều để sản xuất so với một buồng hơi rỗng. Nó cũng sẽ hoạt động chậm hơn so với buồng hơi. Việc giảm tốc độ truyền nhiệt này cũng sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất của GPU vì nó sẽ giữ nhiệt nhiều hơn. Ống dẫn nhiệt là giải pháp thay thế khác cho hệ thống làm mát buồng hơi và chúng được sử dụng rộng rãi trong các bộ làm mát kiểu không khí hở hạ nhiệt được đề cập trước đây.

BẠn nên chọn cái nào?

Mặc dù cả ba bộ làm mát đều có ưu và nhược điểm, nhưng chắc chắn có một sự lựa chọn rõ ràng khi nói đến các giải pháp làm mát card đồ họa hiện đại. Hầu hết những người tiêu dùng thông thường sẽ tốt hơn nếu mua một bộ làm mát kiểu không khí mở hạ cấp phù hợp vì nó cung cấp hiệu suất nhiệt tốt nhất trong khi giá cả tương đối phải chăng. Các đối tác AIB khác nhau phát hành một số mô hình khác nhau cho một GPU và thậm chí Nvidia và AMD hiện đã bỏ bộ làm mát kiểu quạt gió để chuyển sang bộ làm mát không khí mở hiệu quả hơn nhiều cho thế hệ card đồ họa mới nhất.

Buồng hơi là một ứng dụng thú vị và độc đáo, tuy nhiên, việc sử dụng chúng thực tế trong các giải pháp làm mát card đồ họa hiện đại ngày nay khá phổ biến. Chúng đã được sử dụng trong các cạc đồ họa tham chiếu của AMD trong một thời gian khá dài cùng với bộ làm mát kiểu quạt gió, nhưng chưa bao giờ thực sự phát triển để trở thành giải pháp làm mát chủ đạo. Các bộ làm mát kiểu quạt gió cũng sắp hết tuổi thọ khi ngày càng có nhiều đối tác AIB phát hành các biến thể cạc đồ họa lộ thiên với khả năng làm mát và hiệu suất âm thanh tuyệt vời với giá cả phải chăng.

Tuy nhiên, có một khu vực mà máy làm mát kiểu quạt gió vẫn còn thịnh hành. Các nhà tích hợp hệ thống hoặc SIs quy mô lớn như Dell, HP và Lenovo sử dụng phong cách làm mát này cho cạc đồ họa của họ vì nó là một đơn vị tương đối rẻ để có được và nó giải phóng tất cả nhiệt trực tiếp ra bên ngoài vỏ máy nên bên trong vỏ máy không dần dần nóng lên khi sử dụng cạc đồ họa. Người mua bản dựng sẵn thường không quan tâm nhiều đến nhiệt độ và âm thanh của card đồ họa của họ, vì vậy ứng dụng này hoàn hảo cho hệ sinh thái dựng sẵn. Đối với các nhà chế tạo PC tự làm vào năm 2021, họ chỉ nên sử dụng bộ làm mát ngoài trời vì chúng có nhiều ưu điểm và ngày càng rẻ hơn và tốt hơn.