تاريخ تطور مشعات وحدة المعالجة المركزية

قال السيد لو شون ذات مرة: لم تكن وحدات المعالجة المركزية تحتوي على مشعات في البداية، ولكن عندما زاد توليد الحرارة، تم اختراع المشعات.

في البداية، على الرغم من أن عملية تصنيع المعالجات المركزية (CPU) كانت تبدو متخلفة للغاية الآن، وكان التردد الرئيسي منخفضًا جدًا، إلا أن الطاقة كانت منخفضة نسبيًا أيضًا، لذا لم يكن توليد الحرارة مرتفعًا بطبيعة الحال. حتى أن العديد من المعالجات المركزية قبل 486 لم تكن مزودة بمشعات وكانت "عارية". على سبيل المثال، كان معالج Intel 80386 يتمتع بـ TDP يبلغ 1.85 واط، وأقصى استهلاك للطاقة يبلغ 2.3 واط فقط، لذا لم تكن هناك حاجة لتركيب مشع. ومع ذلك، هذا لا يعني أن الشركات المصنعة لم تهتم بمشكلة توليد الحرارة. على سبيل المثال، استخدمت المعالجات المركزية تغليفًا سيراميكيًا بدلًا من التغليف البلاستيكي.

في فترة 486، ازداد توليد الحرارة أيضًا بسبب زيادة تردد وحدة المعالجة المركزية (مع أنها كانت لا تزال بضع عشرات من الميجاهرتز). على سبيل المثال، وصل الحد الأقصى لاستهلاك الطاقة لمعالج إنتل 486DX4 إلى 5 وات. في ذلك الوقت، لم تكن وحدة المعالجة المركزية واللوحة الأم مزودتين بآلية حماية آمنة من درجة الحرارة، مما تسبب في احتراقها بشكل متكرر. لذلك، زُوّد المعالج بمشتت حراري سلبي صغير عند خروجه من المصنع، ولكن وسط التوصيل الحراري كان غراءً موصلًا للحرارة بدلًا من شحم السيليكون، مما يعني أيضًا سهولة لصق المشتت الحراري وصعوبة إزالته. ولكن كانت هناك أيضًا فائدة... ما هو المشبك؟

بحلول عصر معالج بنتيوم (أو 586)، تجاوز التردد الرئيسي لوحدة المعالجة المركزية 100 ميجاهرتز، وارتفع استهلاك الطاقة بشكل كبير إلى 11.2 واط. لم تعد مشتتات الحرارة السلبية قادرة على تلبية هذا الطلب. لذلك، زُوّد الجيل الأول من معالجات بنتيوم من إنتل بمشتت حرارة مزود بمروحة تبريد. ورغم صغر حجمه، إلا أنه كان جميلاً للغاية، وكان نموذجاً أولياً لمشتت حرارة مبرد بالهواء. مع ذلك، لم تكن اللوحة الأم مزودة بمنفذ 3/4 سنون مخصص لمروحة وحدة المعالجة المركزية في ذلك الوقت، وكانت تحتاج إلى التغذية من منفذ D رباعي السنون للقرص الصلب.

مع ذلك، إذا انتبهتَ لمنفذ وحدة المعالجة المركزية Socket7 حاليًا، فستجد أنه مزود بمقابس على كلا الجانبين لتثبيت مروحة التبريد، خاصةً في وحدات المعالجة المركزية ذات الأغطية المعدنية المدمجة، مثل Intel Pentium MMX وAMD K6-2، والتي يمكنها بالفعل استخدام مشعات من جهات خارجية. وبالطبع، تحتوي اللوحات الأم الأحدث أيضًا على مقابس ثلاثية الدبابيس مخصصة لمشعات وحدة المعالجة المركزية.

كان شكل مشعاع Socket7 الخارجي في ذلك الوقت هو هذا، والذي لم يكن مختلفًا عن المبرد المبرد بالهواء العادي الآن، ولكن الحجم كان أصغر كثيرًا وأخيرًا أصبح من الممكن استخدام الشحم الحراري.

مع استمرار تحسن أداء وحدة المعالجة المركزية، استمر استهلاك الطاقة في الازدياد، وبالتالي ازداد حجم المشتت الحراري. لكن المثير للاهتمام هو أنه في عصر بنتيوم 2 من Slot1، كانت بعض وحدات المعالجة المركزية من إنتل لا تزال بدون مراوح تبريد، ولكن حجم المشتت الحراري (انظر الصورة أدناه).

في عصر معالجات Pentium III وPentium IV، ازداد أداء وحدة المعالجة المركزية واستهلاكها للطاقة وتوليدها للحرارة بشكل كبير، مما أدى إلى زيادة حجم المبرد، وبالتالي زيادة حجم مروحة التبريد. ومع ذلك، لا تزال المساحة السفلية لمشتت الحرارة Socket370 بسرعة 1.xGHz كما هي في المقبس. أما في عصر Pentium 4، فإن مساحة المشتت الحراري Socket478 بعد 2.0GHz تصبح كبيرة جدًا، كما هو موضح في الشكل أدناه.

مع ذلك، على الرغم من استمرار زيادة حجم المشتت الحراري، إلا أنه بعد إدخال نواة بريسكوت بتردد 3 جيجاهرتز في المرحلة المتأخرة من معالج بنتيوم 4، استمر استهلاك الطاقة وتوليد الحرارة في وحدة المعالجة المركزية في الارتفاع. لم يعد المشتت الحراري البسيط ذو الزعانف الألومنيومية قادرًا على تلبية الطلب، لذلك ظهر أيضًا مشتت حراري من النحاس الخالص يتميز بموصلية حرارية أفضل.

مع ذلك، يُعدّ مبدد الحرارة النحاسي الخالص باهظ الثمن وثقيل الوزن نسبيًا، مما يُثقل كاهل اللوحة الأم في الهيكل الرأسي. علاوة على ذلك، يتميز بموصلية حرارية أفضل من الألومنيوم الخالص، إلا أن أداء تبديد الحرارة فيه أسوأ من الألومنيوم الخالص. لذلك، ظهرت مشتتات حرارية من النحاس، وقاعدة نحاسية، وزعانف نحاسية-ألومنيوم مدمجة. الشكل أدناه هو مبدد الحرارة النحاسي الأصلي من إنتل. لاحظ قلب النحاس الأحمر بالداخل.

مع ذلك، كانت هذه المشعات كافية تمامًا لمعالجات التردد المنخفض، لكنها لم تكن مناسبة تمامًا لمعالجات التردد العالي، وخاصةً تلك التي تزيد عن 3 جيجاهرتز. لذلك، ظهرت مشعات الأنابيب الحرارية والزعانف، واستخدمت أيضًا قواعد نحاسية للاتصال بالمعالج، ودُمجت مع الأنابيب الحرارية بتقنية اللحام بالصهر. بالطبع، لم يكن السعر رخيصًا في ذلك الوقت، وكان الضغط أفقيًا (أو تنازليًا) في البداية.

لاحقًا، وجد الباحثون أن تثبيت المبرد في وضع مستقيم يُحسّن أداء تبديد الحرارة بشكل كبير. لذلك، وُجد المبرد البرجي المُبرّد بالهواء المزود بزعانف أنبوب حراري، وهو شكله الحالي. مع ذلك، يختلف عدد الأنابيب الحرارية ومراوح التبريد باختلاف قوة تبديد الحرارة، كما زاد حجم مروحة التبريد إلى 8 سم أو 9 سم أو أكثر. بهذه الطريقة، يُمكن لمبرد البرج التعامل مع وحدات المعالجة المركزية عالية الطاقة، كما أن المبرد البرجي المزدوج المُبرّد بالهواء عالي الأداء لا يخشى حتى تبريد الماء الأساسي بقطر 240 مم.

صورة

ومع ذلك، فإن مشعات التبريد بالهواء غير قادرة حتمًا على التعامل مع المعالجات عالية المستوى مثل Core i9، ويبحث الناس عن تبديد أفضل للحرارة وضوضاء أقل، لذلك ظهرت مشعات التبريد بالماء أيضًا في السوق. يمكن اعتبار نظام مشعات التبريد بالماء بأكمله في الواقع نسخة مصغرة من نظام التدفئة الشمالي. بعد كل شيء، تكون السعة الحرارية النوعية للسوائل أكبر، ويكون تأثير امتصاص الحرارة أفضل، وتكون مساحة المشعات أكبر، وبالتالي يكون تأثير تبديد الحرارة أفضل بشكل طبيعي. في الوقت نفسه، اعتمادًا على الحرارة التي تولدها وحدة المعالجة المركزية، فإن تبريد الماء له عدة مواصفات من 120 مم و240 مم و360 مم. في الوقت الحاضر، لم يعد سعر مشعات التبريد بالماء مرتفعًا، ويمكنك حتى شراء تبريد مائي للمبتدئين بحجم 240 مم بأقل من 400 يوان.