เมื่อใช้คอมพิวเตอร์ ให้วางมือไว้ที่ด้านบนหรือด้านหลังของอุปกรณ์ คุณอาจสังเกตเห็นว่าบริเวณเหล่านี้อุ่นกว่าอุณหภูมิแวดล้อม หากคุณใช้คอมพิวเตอร์เดสก์ท็อปทั่วไป คุณอาจได้ยินเสียงพัดลมภายในทำงานขณะเป่าลมร้อนออกและหมุนเวียนอากาศเย็นไปยังส่วนประกอบภายใน
สิ่งที่คุณรู้สึกและได้ยินคือระบบระบายความร้อนของคอมพิวเตอร์ที่ทำงานอย่างต่อเนื่องเพื่อป้องกันไม่ให้โปรเซสเซอร์ของคอมพิวเตอร์ร้อนเกินไป ซึ่งอาจทำให้ส่วนประกอบภายในเสียหายได้

การระบายความร้อนเป็นหนึ่งในข้อควรพิจารณาที่สำคัญที่สุดในการออกแบบคอมพิวเตอร์ และมีวิธีแก้ปัญหาหลายอย่าง การเลือกวิธีแก้ปัญหาโดยนักออกแบบขึ้นอยู่กับการใช้งานที่ตั้งใจไว้ของคอมพิวเตอร์และสภาพแวดล้อมการทำงานที่คาดหวัง

ทำไมคอมพิวเตอร์ถึงสร้างความร้อน?

คำตอบอยู่ที่การนำไฟฟ้า วัสดุทุกชนิดมีความต้านทานในระดับหนึ่ง ซึ่งหมายถึงความง่ายที่อิเล็กตรอนจะผ่านวัสดุนั้นได้ ความต้านทานของวัสดุทำให้พลังงานไฟฟ้าบางส่วนสูญเสียไปในรูปของความร้อน นี่คือเหตุผลที่ตัวนำยิ่งยวด ซึ่งเป็นวัสดุที่สามารถนำไฟฟ้าได้โดยไม่สูญเสียเลย เป็นที่ต้องการอย่างมาก
อย่างไรก็ตาม จนกว่าเราจะบรรลุเป้าหมายนี้ เราก็ยังคงต้องระบายความร้อนให้กับคอมพิวเตอร์ของเราต่อไป

แหล่งความร้อนหลักในคอมพิวเตอร์คือ:

CPU และ GPU: หน่วยประมวลผลกลาง (CPU) และหน่วยประมวลผลกราฟิก (GPU) เป็นส่วนประกอบในคอมพิวเตอร์ที่ทำงานที่อุณหภูมิสูงสุด พวกมันทำการคำนวณหลายล้านครั้งต่อนาทีและมีขนาดค่อนข้างเล็ก ซึ่งหมายความว่าความร้อนจะเข้มข้นขึ้น ดังนั้น อุปกรณ์ระบายความร้อนเฉพาะจึงมักจะติดตั้งโดยตรงบน CPU และ GPU

• แบตเตอรี่: แล็ปท็อปและแท็บเล็ตใช้แบตเตอรี่เป็นแหล่งพลังงาน แบตเตอรี่เหล่านี้เป็นแหล่งความร้อนอีกแหล่งหนึ่ง เนื่องจากเก็บและจ่ายพลังงานไฟฟ้าจำนวนมาก
• ฮาร์ดไดรฟ์แบบกลไก: แม้ว่าไดรฟ์โซลิดสเตตจะได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อยๆ ทั้งสำหรับการใช้งานของผู้บริโภคและองค์กร แต่ฮาร์ดไดรฟ์แบบกลไกยังคงมีการใช้งานอย่างแพร่หลาย เนื่องจากแผ่นดิสก์ที่หมุนและหัวอ่านแบบกลไก ทำให้เกิดความร้อน
• ผลกระทบจากความร้อนสูงเกินไป

แล้วจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อคอมพิวเตอร์เริ่มร้อนเกินไป? ในกรณีที่ดีที่สุด คุณอาจต้องเสียค่าซ่อมแซมหรือเปลี่ยนคอมพิวเตอร์ราคาแพง ในกรณีที่เลวร้ายที่สุด คุณอาจต้องซ่อมแซมหรือเปลี่ยนอุปกรณ์อื่นใดที่เสียหายเนื่องจากคอมพิวเตอร์ทำงานผิดปกติ อุปกรณ์เหล่านี้อาจเป็นอุปกรณ์ทางการแพทย์ ระบบจุดขาย (POS) หรืออุปกรณ์บนสายการผลิต
เมื่อคอมพิวเตอร์ร้อนเกินไป สิ่งต่างๆ อาจเกิดขึ้นได้ ที่สำคัญที่สุดคือ หาก CPU ถึงจุดเดือดที่ 212°F หรือ 100°C มันจะลดประสิทธิภาพลงโดยอัตโนมัติและทำงานช้าลงเพื่อป้องกันความเสียหายร้ายแรง
หากมาตรการนี้ล้มเหลวและอุณหภูมิยังคงสูงขึ้น จะเกิดผลร้ายตามมา ที่อุณหภูมิสูง บัดกรีที่เชื่อมต่อวงจรอาจละลาย ซิลิคอนอาจแตก และสายไฟอาจเปราะและสูญเสียฉนวน

ประเภทของการระบายความร้อนคอมพิวเตอร์

เมื่อเราเข้าใจปัญหาแล้ว จะมีวิธีแก้ปัญหาอย่างไร? คอมพิวเตอร์เกือบทุกประเภทมีโซลูชันการระบายความร้อนบางรูปแบบ
ประเภทของการระบายความร้อนที่พบบ่อยที่สุดสำหรับคอมพิวเตอร์คือ:

1. พัดลม: วิธีการระบายความร้อนที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคือการใช้พัดลมเป่าลมร้อนออกจากส่วนประกอบคอมพิวเตอร์และแทนที่ด้วยอากาศเย็นจากภายนอกเคส

แม้ว่าพัดลมจะได้รับความนิยมอย่างมากในคอมพิวเตอร์ระดับผู้บริโภค แต่ก็มีข้อเสียหลายประการ: มีเสียงดัง มีปัญหาด้านความน่าเชื่อถือเนื่องจากการพึ่งพาส่วนที่เคลื่อนไหว และสามารถกระจายฝุ่นและจุลินทรีย์ไปทั่วสภาพแวดล้อมการทำงาน

ประเด็นสุดท้ายนี้เป็นปัญหาที่ร้ายแรงในทุกที่ทำงานที่ให้ความสำคัญกับความสะอาด เช่น ห้องผู้ป่วยในโรงพยาบาลหรือห้องปลอดเชื้อ

2. การระบายความร้อนด้วยของเหลว:การระบายความร้อนด้วยของเหลวทำงานคล้ายกับการระบายความร้อนด้วยอากาศ แต่ใช้ของเหลวเป็นตัวกลาง ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวจะติดตั้งตัวทำความเย็นบนแหล่งความร้อน (เช่น CPU) และใช้หม้อน้ำเพื่อถ่ายเทความร้อนจากโปรเซสเซอร์ไปยังของเหลว จากนั้นของเหลวจะถูกปั๊มออกจากหม้อน้ำ ทำให้เย็นลง และปั๊มกลับเข้าไปในหม้อน้ำในวงจรต่อเนื่อง  

แม้ว่าการระบายความร้อนด้วยของเหลวจะมีประสิทธิภาพมาก แต่ก็มีราคาแพง ต้องใช้อุปกรณ์พิเศษภายในคอมพิวเตอร์ และใช้พื้นที่มากภายในพีซี ซึ่งอาจเป็นปัญหาสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการขนาดที่เล็กลง

ด้วยเหตุผลเหล่านี้ การระบายความร้อนด้วยของเหลวจึงมักใช้สำหรับวัตถุประสงค์พิเศษเท่านั้น เช่น เซิร์ฟเวอร์เฉพาะหรือคอมพิวเตอร์สำหรับเล่นเกมระดับไฮเอนด์

3. การระบายความร้อนแบบไร้พัดลม:สุดท้ายแต่ไม่ท้ายสุด การระบายความร้อนแบบไร้พัดลม หรือที่เรียกว่าการระบายความร้อนแบบพาสซีฟ อาศัยฮีทซิงค์เพื่อกระจายความร้อนที่เกิดจากโปรเซสเซอร์ออกสู่อากาศ ฮีทซิงค์จะเชื่อมต่อกับแหล่งความร้อน ดูดซับความร้อน และแผ่รังสีออกสู่อากาศโดยรอบ

ฮีทซิงค์เหล่านี้ได้รับการออกแบบให้มีพื้นที่ผิวมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เพื่อให้สามารถกระจายความร้อนจำนวนมากได้แม้จะมีขนาดค่อนข้างเล็ก 

ข้อได้เปรียบหลักของการระบายความร้อนแบบไร้พัดลมคือไม่ต้องใช้ชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว ไม่ใช้พลังงานระหว่างการทำงาน และไม่ก่อให้เกิดเสียงรบกวนขณะกระจายความร้อน

ด้วยเหตุผลเหล่านี้ การระบายความร้อนแบบไร้พัดลมจึงเป็นตัวเลือกที่ได้รับความนิยมมากที่สุดสำหรับคอมพิวเตอร์ทางการแพทย์เฉพาะทางและแท็บเล็ตเกรดอุตสาหกรรม