Trong vi xử lý, transistor chắnh là những công tắc ựiện tử thể hiện hai mức logic 1 và 0. Khi thay ựổi trạng thái logic sẽ có một dòng ựiện chạy qua transistor, dòng ựiện này tạo ra sự chuyển ựộng của các ựiện tử trong vật liệu, các ựiện tử va ựập vào nhau và vào các nút mạng trong cấu trúc tinh thể tạo ra nhiệt năng. Do vậy trong quá trình hoạt ựộng, transistor sẽ tỏa ra một lượng nhiệt, với số lượng transistor rất lớn, lên ựến hàng chục thậm chắ hàng trăm triệu transistor, vi xử lý sẽ toả ra một lượng nhiệt rất lớn trong quá trình hoạt ựộng.
Hiện nay có hai loại vi xử lý máy tắnh: vi xử lý 32 bit và vi xử lý 64 bit. Một vi xử lý 32 bit tiêu chuẩn có khoảng 42 triệu transistor, loại 64 bit có hơn 100 triệu transistor và hiện nay vi xử lý lõi kép có thể chứa hơn 200 triệu transistor.
Chiếc PC ựầu tiên trên thị trường có tốc ựộ xung ựồng hồ khoảng 1 MHz, nghĩa là tắn hiệu ựiều khiển các công tắc ựiện tử này thay ựổi trạng thái 1 triệu lần trong 1 giây. Ngày nay, vi xử lý có tốc ựộ xung ựồng hồ lên tới vài GHz, tức là gấp 2000 - 4000 lần so với tốc ựộ của chiếc PC ựầu tiên. Một vi xử lý tốc ựộ 3,2 GHz sẽ có 3,2 tỉ lần ựiều khiển các công tắc ựiện tử trong một giây, tức là thực hiện 3,2 tỉ lệnh mỗi giây.
Với mật ựộ linh kiện lớn lên tới hàng trăm triệu transistor, hoạt ựộng ở tốc ựộ cao lên tới hàng GHz như vậy, hoạt ựộng của CPU sẽ toả ra một nhiệt lượng
lớn trong quá trình hoạt ựộng. Nhiệt lượng một vi xử lý toả ra có thể lên tới 100W/cm2. Vì vậy, giảm nhiệt ựộ hoạt ựộng cho vi xử lý trở thành một bài toán công nghệ, bởi vì các linh kiện bán dẫn chỉ hoạt ựộng ổn ựịnh ở giới hạn nhiệt ựộ nhất ựịnh, khi nhiệt ựộ tăng lên ựến một giới hạn nhất ựịnh thì CPU hoạt ựộng không còn chắnh xác, dẫn ựến treo hệ thống và giảm tuổi thọ của vi xử lý. để giải quyết bài toán này, hiện nay có nhiều phương pháp tản nhiệt khác nhau. Dưới ựây là một số phương pháp phổ biến nhất.
Ớ Tản nhiệt tự nhiên
đây là hình thức cơ bản nhất: ựể cho thiết bị tự tỏa nhiệt ra môi trường. Có thể sử dụng thêm các khối tản nhiệt (heat sink) bằng kim loại ựể tăng cường tiết diện tỏa nhiệt. Thông thường người ta sử dụng heat sink chất liệu ựồng, nhôm hoặc kim loại làm khối tản nhiệt, phương pháp này ựơn giản, rẻ tiền và không gây ồn, nhưng hiệu quả tản nhiệt lại không cao.
Ớ Tản nhiệt dùng quạt
Phương pháp này còn gọi là tản nhiệt khắ, trong phương pháp này người ta sử dụng ựế tản nhiệt ựể lấy nhiệt lượng từ vi xử lý, sau ựó dùng quạt ựể lưu chuyển luồng không khắ nóng từ ựế tản nhiệt ra phắa ngoài. Các ựế tản nhiệt ựều sử dụng vây (lá) tản nhiệt bằng kim loại, và thường là nhôm vì nhôm có ựộ dẫn nhiệt cao, thông thường, người ta sẽ kết hợp một 1 quạt làm mát có tốc ựộ quay khoảng vài nghìn vòng trên một phút ngay trên khối kim loại tản nhiệt. Do vậy, ựây là phương pháp có tắnh kinh tế nhất và hiệu quả cao, phổ biến nhất, ựược áp dụng trong hầu hết các máy tắnh ựể bàn và laptop hiện nay.
Ớ Tản nhiệt dùng chất lỏng
Hệ thống tản nhiệt dùng chất lỏng này làm việc rất hiệu quả, nhưng lắp ựặt rất phức tạp và khá tốn kém. Phương pháp này thường áp dụng với CPU, GPU, chipset trong những hệ thống cao cấp. Do chất lỏng dẫn nhiệt tốt hơn chất khắ, nên người ta dùng biện pháp tản nhiệt bằng cách lưu thông dòng chất lỏng tiếp xúc trực tiếp với nguồn nhiệt ựể tăng hiệu quả tản nhiệt cho vi xử lý.
Hình 1.19. Hệ thống tản nhiệt bằng chất lỏng
Hệ thống tuần hoàn này bao gồm: bình chứa, ựế tiếp xúc, dàn tỏa nhiệt, các ống dẫn và bơm tuần hoàn. Chất lỏng tản nhiệt ựược bơm từ bình chứa, ựi qua ựế tản nhiệt, mang nhiệt ựộ tới dàn tỏa nhiệt, ựược làm nguội và trở về bình chứa như trên hình 1.19
Ớ Tản nhiệt bằng hệ thống làm lạnh
Ở nơi tập trung các máy chủ chuyên dụng, người ta còn thiết kế hẳn những phòng lạnh ựặc biệt ựể ựặt hệ thống máy chủ. Tạo ựiều kiện lý tưởng là duy trì nhiệt ựộ thấp và không khắ trong phòng luôn ựược lưu thông.
để ép xung cho vi xử lý máy tắnh, người ta có thể sử dụng những chất làm lạnh ựặc biệt. Như ựá khô hoặc ấn tượng hơn là Nitơ hóa lỏng (ựạt nhiệt ựộ âm - 196 ựộ C). Phương pháp này ựem lại hiệu quả cực cao, nhưng cũng rất tốn kém và thường mang tắnh trình diễn, ắt có trường hợp nào duy trì phương pháp này ựể sử dụng hàng ngày.
Gần ựây nhất, các chuyên gia ép xung của AMD ựã lập kỉ lục thế giới với bộ vi xử lý Phenom II, khi ép xung lên tốc ựộ cao 7GHz, tản nhiệt bằng khắ Heli hóa lỏng ở nhiệt ựộ thấp kỉ lục -2300C.