Heat Sink Là Gì? Heat Sink Hoạt Động Như Thế Nào?

“Dưới bề mặt kim loại khiêm tốn là sự phức tạp đáng kinh ngạc.”

Nếu bạn từng nhìn vào bên trong một chiếc máy tính, bạn nhất định sẽ thấy có những khối kim loại có hình dạng khá là độc đáo. Những bộ phận này được gọi là “HeatSink.” Thiếu chúng, máy tính của chúng ta sẽ kém mạnh mẽ hơn đáng kể. Vậy, Heat Sink là gì và nó hoạt động như thế nào?

HeatSink là gì?

Heat Sink (heatsink) hay tản nhiệt, là một miếng kim loại được gắn lên một bộ phận tạo nhiệt của máy tính. Nhiệm vụ chính của nó là hút nhiệt từ bộ phận mà nó được gắn vào và giải toả nó vào không khí xung quanh. Heat Sink có thể làm được điều này vì chúng có khối lượng nhiệt lớn, đặc tính của vật liệu hấp thụ và lưu trữ nhiệt.

Bạn sẽ thấy các Heat Sink trên tất cả các thành phần quan trọng như CPU, card đồ họa và một số phần của bo mạch chủ. Heat Sink là một phần tùy chọn của một số thành phần, như RAM và ổ M.2 NVMe, nơi chúng cải thiện hiệu suất và tính ổn định một cách dễ dàng bằng cách giữ cho những thành phần này mát mẻ hơn. 

Tuy nhiên, vì các thiết bị bộ nhớ này ban đầu không tạo nhiệt nhiều nên Heat Sink thực sự không cần thiết. Các mô-đun RAM giá rẻ thường bỏ qua Heat Sink để tạo sự tiết kiệm cho bạn.

Heat Sink là thành phần không thể thiếu đối với CPU, card đồ họa và bo mạch chủ. Thiếu Heat Sink, máy tính của bạn sẽ không hoạt động đúng cách. Ví dụ, nếu bạn cố gắng chạy một máy tính mà không có Heat Sink cho CPU, nó sẽ bị quá nhiệt và tắt nguồn trong vài giây. Nó thậm chí có thể cháy hỏng và ngừng hoạt động vĩnh viễn vì nó đơn giản là không được thiết kế để hoạt động mà không có ít nhất một loại tản nhiệt nào đó.

Một CPU có hàng tỷ bóng bán dẫn nhỏ điều khiển dòng điện tử để điều khiển hoạt động của tín hiệu điện, tạo ra nhiệt độ lớn trong quá trình này. Điều tồi tệ hơn là nhiệt độ được tập trung ở một khu vực nhỏ gọi là CPU die (lõi của bộ xử lý). Nếu nhiệt độ không có nơi để thoát ra, chẳng hạn như Heat Sink, CPU sẽ bị quá nhiệt và tắt nguồn.

Bo mạch chủ phải có Heat Sink trên chipset để đảm bảo sự ổn định của hệ thống tổng thể (hầu hết mọi bo mạch chủ hiện đại đều có một Heat Sink trên chipset). Nhiều bo mạch chủ cũng có Heat Sink trên Voltage Regulator Modules (VRMs) và ổ M.2 NVMe. Còn đối với card đồ họa, chúng chứa GPU, VRAM và VRM. Những thành phần này thường được bao phủ bằng một Heat Sink duy nhất, thường đi kèm với một hoặc nhiều quạt.

Bất kể thành phần và loại hình, tất cả các Heat Sink đều có một mục đích chung đó là loại bỏ nhiệt độ từ thành phần đi kèm và phân tán nó ra trên một diện tích bề mặt rộng hơn. Heat Sink cải thiện đáng kể tuổi thọ, hiệu suất và sự ổn định của các thành phần mà chúng được đính kèm.

>> Xem thêm: Các sản phẩm Heatsink Server chuyên dụng.

Các loại Heat Sink

Heat Sink có nhiều hình dạng, kích thước, vật liệu và thiết kế khác nhau. Các Heat Sink cơ bản nhất là các miếng kim loại phẳng, tương đối mỏng. Chúng thường được sử dụng trên các mô-đun RAM để cung cấp khả năng phân tán nhiệt tốt hơn so với mô-đun RAM không có tản nhiệt. 

Tuy nhiên, loại phổ biến nhất là Heat Sink dạng vây, có các đường gờ mỏng giống như các hàng. Kim loại hình vuông bên phải trong hình sau đây là một ví dụ về Heat Sink dạng vây cơ bản trên một chip bo mạch chủ.

Loại thiết kế này tăng diện tích bề mặt của Heat Sink, giúp cải thiện đáng kể khả năng phân tán nhiệt. Bạn sẽ tìm thấy các Heat Sink dạng vây trên CPU, card đồ họa và một số phần của bo mạch chủ. Đối với các thành phần phát ra nhiệt độ nhiều, Heat Sink thường được đính kèm theo một quạt, giúp tăng cường quá trình phân tán nhiệt.

Heat Sink đi kèm với quạt thường được gọi là “làm mát chủ động” và những bộ không có quạt được gọi là “làm mát thụ động”. Như bạn có thể tưởng tượng, các giải pháp làm mát chủ động hiệu quả hơn đáng kể, nhưng chúng cũng chiếm nhiều không gian hơn, vì vậy chúng thường được dành cho CPU và card đồ họa. 

Một số bo mạch chủ, như Asus ROG X570 Crosshair VIII Hero, sử dụng làm mát chủ động cho chipset để đạt được độ ổn định tốt hơn, nhưng đây là một giải pháp quá mức cần thiết đối với những người đam mê công nghệ.

HeatSink hoạt động như thế nào?

Tất cả các Heat Sink đều có cùng một nguyên tắc hoạt động chung: khi một thành phần nóng lên, nhiệt độ sẽ được chuyển sang Heat Sink với sự giúp đỡ của Thermal Interface Material (TIM) và nhiệt độ dần dần được phân phối khắp Heat Sink. Heat Sink giải phóng nhiệt độ ra không khí xung quanh, thông qua cách thức chủ động hoặc với sự giúp đỡ của một quạt. Tất cả các quá trình này xảy ra đồng thời.

Tuy nhiên, có một số chi tiết phức tạp liên quan đến cách chính xác mà Heat Sink hoạt động. Một số bộ phận máy tính sử dụng các khu chứa hơi nước thay vì Heat Sink hoặc chúng được tích hợp để hỗ trợ quá trình chuyển nhiệt độ giữa thành phần nóng và Heat Sink. 

Hệ thống tản nhiệt chất lỏng sử dụng một chất lỏng chuyển nhiệt để đưa nhiệt độ ra khỏi một thành phần. Để minh họa rõ hơn cách Heat Sink hoạt động, chúng ta hãy sử dụng ví dụ về một Heat Sink Aftermarket CPU không khí.

Nhiệt truyền từ CPU của bạn lên Base Plate

Heat Sink có bề mặt gần như ở một bên tiếp xúc với thành phần nóng, trong trường hợp này là CPU. Chúng ta gọi phần này của Heat Sink là Base Plate. Nhiệt độ chuyển từ CPU sang Heat Sink với sự giúp đỡ của keo tản nhiệt hoặc ít được dùng thường xuyên hơn là miếng đệm nhiệt. 

Lý giải vì sao nhiệt độ chuyển sang Heat Sink được giải thích trong định luật thứ hai của nhiệt động lực học, trong đó nêu rõ rằng nhiệt độ di chuyển tự nhiên từ một vật thể ấm hơn sang một vật thể lạnh hơn.

Ống dẫn nhiệt truyền nhiệt đi vào các vây

Các Heat Sink Aftermarket CPU thường sử dụng ống dẫn nhiệt để chuyển nhiệt ra khỏi CPU nhanh chóng và hiệu quả. Ống dẫn nhiệt thường được làm bằng đồng hoặc nhôm với một loại chất lỏng bên trong. CPU làm nóng chất lỏng bên trong ống dẫn nhiệt, chất lỏng nóng này chuyển thành hơi và di chuyển qua phần còn lại của ống dẫn nhiệt. 

Ống dẫn nhiệt tiếp xúc trực tiếp với vây tản nhiệt và chuyển nhiệt độ từ từ qua chúng. Trong khi điều này diễn ra, hơi nước bên trong ống dẫn nhiệt ngưng tụ và biến thành chất lỏng trở lại. Nó tích tụ trên các bề mặt bên trong của ống dẫn nhiệt và từ từ chảy xuống Base Plate nhờ tác động của mao dẫn. Chất lỏng một lần nữa sẵn sàng để lặp lại chu trình. 

Các Heat Sink CPU giá rẻ, chẳng hạn như các Heat Sink đi kèm với CPU AMD và Intel, không có ống dẫn nhiệt để hỗ trợ chuyển nhiệt. Thay vào đó, nhiệt độ chuyển từ Base Plate dày lên các vây tản nhiệt.

Quạt thổi không khí để giữ vây tản nhiệt và ống dẫn nhiệt luôn mát mẻ

Tùy thuộc vào thiết lập của bạn, bạn có thể sử dụng các cấu hình quạt khác nhau để đạt được hiệu suất làm mát tối ưu. Nếu bạn có một thiết lập với một quạt duy nhất, bạn có thể có một quạt thông gió để đẩy không khí nóng ra khỏi Heat Sink hoặc bạn có thể có một quạt thông gió để đẩy không khí lạnh qua các vây tản nhiệt. Ngoài ra, bạn cũng có thể kết hợp hai quạt để có được cấu hình đẩy kéo hiệu quả cao.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả Heat Sink

Có nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến hiệu quả của Heat Sink. Mặc dù một Heat Sink CPU có giá 30 USD và một Heat Sink có giá 60 USD có vẻ giống nhau khi nhìn thoáng qua, nhưng có thể có những khác biệt lớn trong thiết kế ảnh hưởng đến hiệu suất. Dưới đây là một số yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả của Heat Sink:

• Kích thước: Một Heat Sink lớn có khối lượng nhiệt lớn cho phép nó giữ nhiều nhiệt hơn trước khi CPU trở nên nóng. Nó cũng thường có diện tích bề mặt lớn hơn để cải thiện khả năng phân tán nhiệt.
• Chất liệu: Đồng có khối lượng nhiệt lớn hơn so với trọng lượng của nó so với nhôm, điều này có nghĩa là nó có thể giữ nhiệt nhiều hơn, nhưng nó cũng là một vật liệu đắt đỏ. Cũng có sự khác biệt đáng kể về khối lượng nhiệt giữa các hợp kim nhôm khác nhau.
• Ống dẫn nhiệt: Càng nhiều ống dẫn nhiệt và càng lớn càng tốt. Ngoài ra, ống dẫn nhiệt đồng thường vượt trội so với những ống nhôm.
• Quạt: Chất lượng, tốc độ, kích thước và số lượng quạt ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ làm mát của Heat Sink. Hãy nhớ rằng quạt chạy nhanh cũng đồng nghĩa với âm thanh to, nên hãy xem xét kích thước và chất lượng.
• Thermal Interface Material: TIM càng tốt thì nó có thể chuyển nhiệt độ ra khỏi CPU và lên Heat Sink càng nhanh. Đây có thể là một hợp chất nhiệt, kim loại lỏng hoặc tấm tản nhiệt. Vật liệu dẫn nhiệt tốt hơn sẽ mang lại kết quả tốt hơn. Hãy nhớ rằng chất lượng là quan trọng, vì vậy bạn nên tìm hiểu về các kiểm chuẩn hiệu suất trực tuyến.
• Áp lực lắp đặt: Heat Sink nên nén chặt vào CPU để giảm thiểu khoảng trống nhỏ giữa Heat Sink và CPU. Tránh áp lực quá lớn, vì có thể làm nứt nắp CPU.
• Nhiệt độ môi trường: Nhiệt độ bên trong case và phòng của bạn ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ của Heat Sink và do đó là CPU.

Lời kết

Thiếu Heat Sink, CPU của chúng ta sẽ có hiệu suất kém và cần phải thay thế thường xuyên. Tuy nhiên, Heat Sink không phải là phương pháp làm mát duy nhất cho các bộ phận máy tính. Nếu bạn quan tâm đến việc tìm hiểu về một giải pháp làm mát thay thế sử dụng chất làm lạnh, hãy đọc các bài viết khác của chúng tôi tại Website hoặc Fanpage.