Raffreddamento della cpu

Dissipatori - Ventole - Celle di peltier - Sistemi di raffreddamento ad acqua - Conduttori termici

Perché una pagina sui sistemi di raffreddamento? Nonè sufficiente mettere un bel radiatore e una ventola sulla cpu per evitare che ques'ultima raggiunga temperature di lavoro tali da pregiudicarne il corretto funzionamento? Certo, ma tutto questo a volte può non bastare: visto che si ha a che fare con la sicurezza del proprio computer ogni intervento che mira ad aumentarla è il benvenuto. E' un po' come andare in automobile: non basta allacciare la cintura di sicurezza, bisogna anche metterla nel modo corretto. La guida ai sistemi di raffreddamento della cpu vuole illustrare i principali sistemi che permettono di dissipare il calore generato dal processore, sia in situazioni "normali" che di overclock, nelle quali è di vitale importanza curare la dissipazione del calore.

Dissipatori

I dissipatori hanno la funzione di dissipare il calore emesso dalla cpu durante il funzionamento, evitando che quest'ultima, surriscaldandosi, possa generare errori di varia natura (in genere riconoscibili in malfunzionamenti del sistema operatito e/o in veri e propri bliocchi di sistema). Un buon dissipatore è caratterizzato da un basso coefficiente di resistenze termica: esso, espresso in gradi centigradi per watt, misura la temperatura raggiunta dalla cpu in base al numero di watt utilizzati da quest'ultima; ad esempio, se una cpu utilizza 20 watt e viene impiegato un dissipatore che ha coefficiente di resistenza termica pari a 1.6 °C/W, la temperatura della cpu si assesterà sul valore di 32°C (20x1.6). Si può facilmente intuire che sia preferibile un dissipatore che sia dotato del più basso coefficiente di resistenza termica.

Ma quali altre caratteristiche deve possedere un buon dissipatore? Innanzitutto, deve essere grande, in quanto più la superficie di base è ampia e più è alto, maggiore sarà la capacità di disperdere calore; più sono numerose e fini le alette, migliore sarà la dispersione del calore; la superficie inferiore deve aderire perfettamente a quella superiore della cpu, altrimenti la trasmissione del calore sarà parziale (sono pertanto da evitare quei modelli che hanno superficie inferiore non liscia).

I dissipatori sono generalmente costruiti in alluminio: questo non tanto per la capacità di tale metallo di disperdere il calore (sotto questo punto di vista il rame è preferibile, per non parlare dell'argento che è il miglior conduttore termico), quanto per la facilità con la quale può essere lavorato per creare le alette e per il suo costo limitato.

E' necessario prestare attenzione alla linguetta con la quale agganciare il radiatore allo zoccolo della cpu: è preferibile che essa sia di acciaio, in quanto serra il dissipatore molto meglio di quello in plastica. Alcuni tipi di dissipatore, soprattutto se molto vecchi, si agganciano alla cpu per mezzo di una sorta di fondello in pastica da inserire tra Socket e dissipatore, sul quale quest'ultimo è agganciato per mezzo di due clip plastiche; altri tipi di dissipatore utilizzano una sorta di molla in acciaio che viene collegata ai due lati del Socket; entrambi questi tipi di dissipatore hanno, a mio avviso, una praticità e una resa inferiore a quelli dotati di linguetta metallica, pertanto sono da evitare.

Ventole

I dissipatori vengono in genere forniti con una ventola già installata, ma anche la scelta di questo componente assume un ruolo importante per assicurare un corretto raffreddamento della cpu. Una buona ventola deve avere diametro di almeno 50mm, meglio ancora se di 60mm (da evitare modelli con diametri inferiori), e la più alta velocità di rotazione possibile (in genere essa è compresa tra 4.000 e 6.000 giri al minuto), anche se maggiore velocità implica rumorosità. Sono da preferire le ventole di tipo ball bearing, in quanto rispetto a quelle sleeve bearing hanno vita media superiore (cosa non da poco, visto che se la ventola si rompe rischiate, se non ve ne accorgete subito, di danneggiare la cpu) e in genere hanno velocità di rotazione maggiori.

Esistono in commercio kit ventola e radiatore dotati di allarme sonoro, segnalante il superamento di una determinata temperatura di esercizio: si tratta di un accessorio interessante ma a mio avviso non essenziale, anche perché per il suo corretto funzionamento è sempre necessario che il sensore della temperatura sia correttamente tarato e misuri l'effettiva temperatura della cpu (questo argomento verrà approfondito più sotto).

In genere è sconsigliabile, nelle cpu di tipo Socket 7, installare due o più ventole, magari una sopra l'altra, in quanto così facendo i flussi d'aria generati dalle due ventole tendono ad ostacolarsi tra di loro, impedendo un corretto raffreddamento; con le cpu Slot 1, in particolar modo i Pentium II, può invece essere interessante adottare soluzioni a due ventole, in alcuni casi anche tre, in quanto così facendo si cura in modo più efficace la dissipazione dei moduli cache L2, posti ai due lati della SEC. Utilizzando più ventole è comunque necessario prestare la massima attenzione ai flussi d'aria generati dalle diverse ventole e fare in modo tale che non interferiscano tra di loro.

Un attenzione particolare deve essere prestata alle cpu Slot 1 prive di SEC, cioè quelle Celeron: con queste ultime viene utilizzato un dissipatore di dimensioni inferiori a quello utilizzato con i Pentium II, appoggiato soltanto al Core della cpu. Non è possibile utilizzare dissipatori per cpu Pentium II su cpu Celeron, e viceversa, per via dei differenti punti di aggancio.

Celle di peltier

Rappresentano probabilmente il modo più efficace per raffreddare la cpu, anche se come vedremo si hanno notevoli controindicazioni al loro uso. Questi sistemi sono composti da tre parti: ventola, dissipatore e cella di peltier; mentre le prime due sono già note, la terza rappresenta una novità. La cella di peltier è un dispositivo che, impiegando elettricità, sposta il calore da una sua superficie (quella a contatto con la cpu) a quella opposta (collegata con il dissipatore, sul quale è montata una ventola); dato che utilizza elettricità per svolgere il proprio compito, la cella di peltier emette anch'esso del calore, che va a somarsi a quello emesso della cpu.Le cella di peltier raffreddano la cpu molto meglio della classica formula radiatore più ventola? Si, senz'ombra di dubbio, ma con inconvenienti non da poco. In primo luogo, data la loro elevata capacità di spostare il calore da una superficie all'altra, e considerando che a quello generato dalla cpu deve essere sommato il calore emesso da loro, il dissipatore sarà notevolmente più caldo che nella soluzione senza cella di peltier, e la ventola sarà sottoposta ad uno sforzo supplementare per smaltire il calore; il primo inconveniente è che, se la ventola smette di funzionare, la temperatura del dissipatore aumenterà in pochissimo tempo, non riuscendo più a dissipare il calore della superficie superiore della cella, calore che pertanto si sposterà sulla cpu con conseguenze facilmente immaginabili; inoltre è indispensabile assicurare un'elevata areazione all'interno del case, visto e considerato che anche le altre periferiche, soprattutto hard disk e scheda video, producono calore che deve essere smaltito e che si somma a quello generato dalla cpu e dalla cella di peltier.

La cella di peltier utilizza corrente che deve essere presa dall'alimentatore del computer: può darsi che la sua portata non sia sufficiente, soprattutto considerando che durante l'accensione le periferiche (ad esempio l'hard disk) utilizzano molta più corrente che durante il funzionamento continuo: i migliori sistemi peltier, pertanto, entrano in funzionamento solo quando la cpu raggiunge una certa temperatura (in genere dopo qualche minuto di funzionamento), evitando di mandare in crisi l'alimentatore durante l'accensione. Inoltre, la cella peltier deve avere un colegamento dedicato con l'alimentatore, a motivo della sua elevata richiesta di elettricità (non colegarla mai in serie con l'hard disk o il lettore CD-Rom); alla luce di tutto questo meglio collegare la cella ad un alimentatore esterno.

Un terzo tipo di inconveniente è rappresentato dalla possibile formazione di condensa sulla cpu, soprattutto se utilizzate il computer in un ambiente umido; se la cella di peltier entra in funzione al momento dell'accensione può darsi, qualora la temperatura interna della cpu sia inferiore a quella esterna, che si formi condensa. Questo fenomeno è, però, abbastanza raro e i migliori sistemi peltier evitano che si verifichi entrando in funzione solo dopo che la cpu ha superato una certa temperatura di funzionamento.

L'elemento peltier deve essere correttamente dimensionato: se ha superficie maggiore di quella della cpu sulla quale è installato si può formare della condensa, mentre se è troppo piccolo la sua efficacia potrebbe non essere sufficiente.

Una cella di peltier di buona qualità costa parecchio, dissipa in modo particolarmente efficace il calore generato dalla cpu ma ha un funzionamento molto delicato, come qui sopra spiegato; personalmente ritengo che l'impiego di questi sistemi sia quantomeno eccessivo con i moderni mircoprocessori, anche in presenza di overclock particolarmente spinti, pertanto ne sconsiglio l'impiego.

In questa immagine è rappresentato il funzionamento di una cella peltier: come si vede il calore passa dalla superficie fredda, quella a contatto con la cpu, a quella opposta più calda, sulla quale è applicato un radiatore (in altro è raffigurato il lato freddo, in basso quello caldo).

Sistemi di raffreddamento ad acqua

Altra interessante modalità attraverso la quale poter curare la dissipazione del processore è quella di creare un sistema di raffreddamento ad acqua. Il principio di funzionamento è abbastanza semplice: si crea una sorta di involucro chiuso nel quale viene inserita la cpu; all'interno di questo involucro, ma per ovvi motivi non direttamente a contatto con il processore, viene fatta scorrere dell'acqua pompata all'interno e all'esterno attraverso una pompa esterna; l'acqua raffredda le pareti dell'involucro a contatto con la cpu e il ricambio continuo di acqua riscaldata con acqua a temperatura più bassa permette di raffreddare il processore. 
Esistono sulla rete numerosi siti che trattano in modo specifico questo tipo di argomenti; econe alcuni:

Conduttori termici

La cpu è a stretto contatto con il dissipatore; maggiore è la superficie di contatto, più calore sarà disperso dal dissipatore; per assicurare un perfetto contatto tra dissipatore e cpu ed evitare che si formino delle piccole sacche d'aria (l'aria è un pessimo condiìuttore termico) è buona cosa stendere un sottile strato di pasta sliconica (o pasta di silicone, o pasta magica, o pasta siliconata come dir si voglia) sulla superficie superiore della cpu e su quella inferiore del dissipatore.

Di cosa è fatta? E' composta da silicone ed ossido di zinco (che ne spiega il colore bianco); non secca, anche dopo parecchi anni e se sottoposta ad elevate temperature; sporca parecchio le dita ed è tossica. Come si applica la pasta di silicone? E' necessario metterne uno strato molto sottile, più o meno pari allo spessore di un foglio di carta, sulla superficie della cpu, e sopra di esso far aderire perfettamente il radiatore: attenzione a non metterne troppa, in quanto più è sottile lo strato spalmato, migliore sarà la sua capacità di trasmettere il calore dalla cpu al radiatore; questo perché la pasta siliconica non è, al contrario di come comunemente si crede, una pasta raffreddante, ma se applicata in strato molto sottile elimina tutte le sacche d'aria che si possono formare tra cpu e dissipatore, migliorando la dissipazione termica.

La pasta di silicone è in genere fornita in kit con radiatore e ventola, ma può essere acquistata nei negozi specializzati in componenti hardware, oppure preso i rivenditori di componentistica elettronica, per poche lire.