4.2.2.1. Tản nhiệt cho Intel Pentium IV
88
Hình 4.8. Mô hình hệ thống tản nhiệt bằng chất lỏng chứa thành phần CNTs cho vi xử lắ máy tắnh Intel Pentium IV
Hệ thống tản nhiệt bằng chất lỏng cho vi xử lý máy tắnh ựược mô tả như trên hình 4.8 bao gồm:
Ờ Bình chứa dung dịch (thể tắch 500ml).
Ờ Máy bơm (lưu lượng 3 cm3/s , công suất 2,5W). Ờ Ống dẫn chất lỏng Φ 8cm.
Ờ đế tản nhiệt bằng ựồng kắch thước 4 cm x 5 cm. Ờ Bộ phận tản nhiệt ngoàị
Trong hệ thống này, dung dịch tản nhiệt chứa thành phần CNTs từ bình chứa ựược ựẩy vào ựế qua máy bơm theo các ống dẫn, tại ựế tản nhiệt sẽ diễn ra quá trình trao ựổi nhiệt giữa chất lỏng và linh kiện ựiện tử công suất, sau ựó chất lỏng ựược ựưa ựến giàn tỏa nhiệt bên ngoài, tại ựây nhiệt ựộ ựược ựưa ra môi trường bên ngoài thông qua giàn tỏa nhiệt, sau ựó chất lỏng ựược ựưa trở lại bình chứa dung dịch và tiếp tục chu trình tản nhiệt.
Hệ thiết bị máy tắnh
Hệ thắ nghiệm bao gồm một máy tắnh ựược ựặt trong phòng kắnh khép kắn, nhiệt ựộ phòng ựược giữ ổn ựịnh nhờ ựiều hòa nhiệt ựộ, ựược kiểm soát bằng nhiệt kế, ựộ
đế tản nhiệt Cu
Bơm
CNTs lỏng
Nhiệt ựộ thấp Áp suất cao
Áp suất thấp
Nhiệt ựộ cao Bình chứa
dung dịch pha CNTs
CPU
89
ẩm phòng ựược giữ cố ựịnh nhờ một máy hút ẩm hoạt ựộng liên tục, việc này ựảm bảo ựiều kiện môi trường bên ngoài là 20oC và như nhau trong mọi thắ nghiệm.
Hình 4.9. Hệ thống tản nhiệt bằng chất lỏng chứa thành phần CNTs cho vi xử lắ máy tắnh Intel Pentium IV
Các bộ phận của máy tắnh ựược tháo rời và ựặt xa nhau như hình trên, nhằm ựảm bảo nhiệt ựộ các linh kiện không ảnh hưởng tới nhiệt ựộ của CPU, ựồng thời cũng tạo thuận lợi cho việc vận hành thắ nghiệm.
Máy vi tắnh ựược sử dụng trong nghiên cứu này có cấu hình như sau: Ờ CPU: Intel Pentium (R) IV 3.06GHz.
Ờ RAM: 512 MB. Ờ HĐ: 80 Gb.
Ờ OS: Microsoft Windows XP Professional Service Pack 2.
Ờ Sensor tắch hợp trong CPU ựang dùng là loại TDiode (Thermal Diode) với sai số ổ 0.5 oC. Sự thay ựổi nhiệt ựộ của CPU ựược các sensor này nhận biết và thông qua một mạch biến ựổi ADC chuyển thành tắn hiệu số.
Các phép ựo khảo sát nhiệt ựộ ựược thực hiện nhiều lần, kết quả ựo lặp lại nhiều nhất và phù hợp với giá trị trung bình của nhiều lần ựo sẽ ựược lựa chọn ựể phân tắch.
Các phần mềm hỗ trợ
Phần mềm Speedfan:
Phần mềm Speedfan có khả năng hiển thị nhiệt ựộ một số linh kiện và thiết bị trong máy vi tắnh như ổ cứng, bo mạch, CPỤ Phần mềm Speedfan hiển thị nhiệt ựộ của CPU bằng cách ựọc các sensor nhiệt có trong CPU, các sensor nhiệt này có chức năng kiểm tra sự biến ựổi nhiệt ựộ bên trong CPU, sự thay ựổi này thông qua một mạch biến ựổi ADC chuyển thành tắn hiệu số, tắn hiệu số này ựược Speedfan 4.33 ựọc và hiển thị lên màn hình.
90
Hình 4.10. Giao diện phần mềm Speedfan Phần mềm StressPrime 2004 ORTHOS:
để khảo sát chắnh xác nhiệt ựộ của CPU trong các lần ựo, hoạt ựộng của CPU trong các thời ựiểm tiến hành ựo phải giống nhau, ựồng thời máy tắnh phải hoạt ựộng ở chế ựộ khắc nhiệt nhất. để thực hiện ựược ựiều này chúng tôi sử dụng phần mềm StressPrime ORTHOS ựể ựẩy CPU hoạt ựộng ở mức tối ựa (full load).
91
Các bước thực nghiệm :
Ờ Chế tạo chất lỏng chứa thành phần CNTs với nồng ựộ từ 0 Ờ 1,2 g/lit. Ờ đưa chất lỏng chứa thành phần CNTs vào hệ thống tản nhiệtcủa vi xử lý.
Hình 4.12. Lắp hệ thống tản nhiệt bằng chất lỏng chứa thành phần CNTs cho vi xử lắ máy tắnh Intel Pentium IV
Ờ điều chỉnh nhiệt ựộ phòng bằng ựiều hòa nhiệt ựộ, kiểm tra bằng nhiệt kế trước khi tiến hành thắ nghiệm.
Ờ Khởi ựộng máy tắnh.
Ờ Bật phần mềm Speedfan và phần mềm StressPrimẹ
Ờ để máy tắnh hoạt ựộng ở chế ựộ nhàn rỗi trong thời gian 15 phút ựến khi nhiệt ựộ của CPU ựạt giá trị ổn ựịnh.
Ờ Kắch hoạt chế ựộ full-load từ phần mềm StressPrime ựể ựấy CPU hoạt ựộng ở chế ựộ công suất 100%.
Ờ Ghi lại số liệu nhiệt ựộ của CPU từ phần mềm Speedfan trong thời gian CPU hoạt ựộng ở chế ựộ full-load.
Kết quả thực nghiệm quá trình tản nhiệt
+) Tản nhiệt tự nhiên
để ựánh giá vai trò của hệ thống tản nhiệt nói chung ựối với CPU, chúng tôi tiến hành thắ nghiệm trong trường hợp không có bất cứ hình thức tản nhiệt nàọ Kết quả thực nghiệm cho thấy khi CPU hoạt ựộng ở chế ựộ nhàn rỗi thì nhiệt ựộ CPU ựã rất cao với giá trị 67ỨC. Ngay sau khi hoạt ựộng ở chế ựộ 100% công suất thì nhiệt ựộ của CPU tăng nhanh và máy tắnh tự ựộng ngắt vì nhiệt ựộ CPU vượt quá giới hạn cho
92
phép. điều này cho thấy khi không sử dụng bất cứ hình thức tản nhiệt nào thì nhiệt ựộ CPU sẽ vượt quá giới hạn cho phép và ngừng hoạt ựộng trong thời gian rất ngắn.
Hình 4.13. đồ thị nhiệt ựộ của CPU khi sử dụng phương pháp tản nhiệt tự nhiên
+) Tản nhiệt bằng quạt
Hình 4.14. đồ thị nhiệt ựộ của CPU khi sử dụng phương pháp tản nhiệt bằng quạt
đây là một hình thức tản nhiệt thông dụng nhất hiện naỵ Hình 4.14 là kết quả quá trình tản nhiệt bằng quạt. Khi CPU ở chế ựộ nhàn rỗi thì nhiệt ựộ CPU có khoảng
93
21ỨC, ngay sau khi CPU hoạt ựộng ở chế ựộ 100% thì nhiệt ựộ của CPU tăng lên theo thời gian, sau 100 giây nhiệt ựộ CPU ựạt giá trị 53ỨC. Nhiệt ựộ của CPU ựạt tới giá trị bão hòa là 57oC sau khoảng thời gian hoạt ựộng là 200 giâỵ
+) Tản nhiệt bằng chất lỏng
Hình 4.15. đồ thị nhiệt ựộ của CPU khi sử dụng phương pháp tản nhiệt bằng chất lỏng chứa thành phần CNTs
Kết quả thực nghiệm cho thấy khi sử dùng nước cất trong hệ thống tản nhiệt bằng chất lỏng thì nhiệt ựộ CPU ở trạng chế ựộ nhàn rỗi là 19ỨC. Khi sử dụng chất lỏng chứa thành phần CNTs thì nhiệt ựộ của CPU giảm xuống, cụ thể là với nước cất pha 0,2g CNTs/lắt Ờ 0,6g CNTs/lắt thì nhiệt ựộ CPU ở chế ựộ nhàn rỗi 18ỨC, và với nước cất pha 0,8g Ờ 1,2g CNTs/lắt thì nhiệt ựộ CPU ở chế ựộ nhàn rỗi là 17 ỨC.
Khi sử dụng nước cất ở trạng thái CPU hoạt ựộng 100% nhiệt ựộ bão hoà của CPU ựạt 35ỨC sau khoảng thời gian 30 phút. Khi sử dụng chất lỏng chứa thành phần CNTs thì nhiệt ựộ bão hòa của CPU giảm xuống. Cụ thể, tương ứng với nước cất pha 0,2g CNTs/lắt, 0,4g CNTs/lắt, 0,6g CNTs/lắt, 0,8g CNTs/lắt, 1,0g CNTs/lắt và 1,2g CNTs/lắt thì nhiệt ựộ bão hòa của CPU lần lượt là 34ỨC, 32ỨC, 30ỨC, 29ỨC, 28ỨC và 28ỨC. Tổng hợp kết quả thực nghiệm ựược thể hiện như trên bảng 4.1 cho thấy với việc thêm thành phần CNTs vào chất lỏng sẽ giúp tăng ựộ dẫn nhiệt của chất lỏng tản nhiệt, từ ựó giúp nâng cao hiệu quả tản nhiệt của hệ thống và làm giảm nhiệt ựộ CPU xuống 7oC ứng với nồng ựộ tối ưu của CNTs là 1,0 g/lắt.
(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (a) (g)
94
Bảng 4.1 Bảng so sánh kết quả tản nhiệt cho CPU bằng chất lỏng
Loại dung dịch Nhiệt ựộ CPU ở
chế ựộ nhàn rỗi (ỨC)
Nhiệt ựộ CPU ở chế ựộ 100% công suất (ỨC)
Thời gian bão hoà (phút) Nước 19 ỨC 35 ỨC 26 0,2g CNTs/lắt 18 ỨC 34 ỨC 26 0.4g CNTs/lắt 18 ỨC 32 ỨC 26 0.6g CNTs/lắt 18 ỨC 30 ỨC 26 0.8g CNTs/lắt 17 ỨC 29 ỨC 26 1.0g CNTs/lắt 17 ỨC 28 ỨC 26 1.2g CNTs/lắt 17 ỨC 28 ỨC 26
4.2.2.2. Tản nhiệt cho Intel Core-i5
Hình 4.15 là sơ ựồ của hệ thống tản nhiệt bằng chất lỏng chứa thành phần CNTs cho vi xử lý Intel Core-i5. Trong hệ thống này, ựế tản nhiệt làm từ vật liệu ựồng ựược tiếp xúc trực tiếp với vi xử lý máy tắnh, bên trong ựế ựồng có các rãnh dẫn chất lỏng với hình zic-zắc cho phép chất lỏng chảy qua và lấy nhiệt lượng tỏa ra từ CPỤ Phắa trên của ựế ựồng là một bơm mini với ông suất vào khoảng 1,8 W. Kắch thước và công suất của hai quạt tản nhiệt lần lượt là 120 x 120 x 38 mm3 và 3,6 W. Giàn tỏa nhiệt ựược làm từ vật liệu nhôm với các vây tản nhiệt nhỏ xung quanh, kắch thước giàn tỏa nhiệt là 150 x 120 x 25 mm3. Nhiệt ựộ của môi trường ựược giữ ổn ựịnh ở 20oC trong các quá trình làm thắ nghiệm bằng cách sử dụng một ựiều hòa nhiệt ựộ, ựộ ẩm phòng ựược giữ cố ựịnh nhờ một máy hút ẩm hoạt ựộng liên tục. Nhiệt ựộ của CPU ựược ựo trực tiếp bằng 4 sensor tắch hợp sẵn bên trong CPU kết hợp với việc sử dụng phần mềm chuyên dụng.
Chúng tôi lựa chọn máy tắnh với cấu hình như sau ựể thử nghiệm: vi xử lý Intel Core i5 Ờ 3570K (6M Cache, 3.4 GHz), bộ nhớ trong CorsairỖs 4 GB ĐR3 SODIMM, ổ cứng ToshibaỖs 1 TB, bo mạch chắnh Asrock H61M-VS3, hệ ựiều hành Window 7 Ultimate Service Pack 1. Nhiệt ựộ của CPU ựược ựo bằng phần mềm chuyên dụng Core Temp 1.0 RC5-32bit với ựộ chắnh xác ổ0,5oC, CPU ựược ựẩy lên chế ựộ fullload (chế ựộ hoạt ựộng với hiệu suất 100% CPU) bằng cách sử dụng phần mềm Prime 95 v27.9 build 1.
95
Hình 4.16. Sơ ựồ hệ thống tản nhiệt bằng chất lỏng chứa thành phần CNTs cho vi xử lý máy tắnh Intel Core-i5
Hình 4.17. đồ thị nhiệt ựộ của CPU theo thời gian khi sử dụng phương pháp tản nhiệt bằng quạt
96
để khảo sát hiệu quả của chất lỏng tản nhiệt chứa thành phần MWCNT-OH trong EG/DW, chúng tôi tiến hành so sánh với phương pháp tản nhiệt bằng quạt. Nhiệt ựộ của vi xử lý máy tắnh ựược ựo trực tiếp ở chế ựộ full-load (chế ựộ sử dụng 100% hiệu suất CPU) khi sử dụng quạt. Hình 4.17 là kết quả ựo nhiệt ựộ của CPU theo thời gian khi sử dụng phương pháp tản nhiệt bằng quạt. Như hiển thị trên hình 4.17, tại thời ựiểm ban ựầu nhiệt ựộ của CPU ựạt 35oC, sau ựó nhiệt ựộ bão hòa của CPU ựạt ựến 71oC sau khoảng thời gian hoạt ựộng 200 s.
Hình 4.18. đồ thị nhiệt ựộ của CPU theo thời gian khi sử dụng phương pháp tản nhiệt bằng chất lỏng chứa thành phần CNTs
để giảm nhiệt ựộ bão hòa và làm chậm thời gian tăng nhiệt của CPU, chúng tôi sử dụng chất lỏng tản nhiệt chứa thành phần CNTs trong hệ thống tản nhiệt cho vi xử lý máy tắnh. Hình 4.18 là kết quả thực nghiệm ựo nhiệt ựộ của vi xử lý máy tắnh theo thời gian khi sử dụng các loại chất lỏng tản nhiệt với hàm lượng CNTs khác nhaụ Tại thời ựiểm ban ựầu, nhiệt ựộ của CPU vào khoảng 30-32oC. Nhiệt ựộ của CPU ựạt ựến giá trị bão hòa 57oC, 54oC và 51oC khi sử dụng lần lượt các loại chất lỏng không chứa CNTs, chất lỏng chứa 0,5 g CNT/lit, và chất lỏng chứa 1g CNTs/lit sau thời gian hoạt ựộng 350s.
97
Các kết quả thử nghiệm trên ựã cho thấy: so sánh với phương pháp tản nhiệt sử dụng quạt thì phương pháp tản nhiệt bằng chất lỏng giúp giảm nhiệt ựộ bão hòa của CPU xuống khoảng 14oC - 20oC. Phương pháp tản nhiệt bằng chất lỏng cũng giúp kéo dài thời gian của quá trình tăng nhiệt CPU từ 200 s ựến 350 s. Khi pha CNTs vào chất lỏng tản nhiệt với hàm lượng 1,2 g/l, chúng tôi có thể giảm nhiệt ựộ của CPU xuống 6oC so với chất lỏng không chứa thành phần CNTs.