Bộ tản nhiệt CPU: Tản nhiệt bằng chất lỏng so với tản nhiệt bằng không khí

Dưới đây là những điều bạn cần biết khi lựa chọn giữa giải pháp tản nhiệt bằng chất lỏng so với tản nhiệt bằng không khí, bao gồm cách thức hoạt động của hai phương pháp này, cũng như tìm hiểu xem giải pháp nào phù hợp với bạn.1

Tương tự như bất cứ phần cứng máy tính mạnh mẽ nào khác, CPU sinh ra nhiệt khi hoạt động và cần được tản nhiệt đúng cách để đạt được hiệu năng tối đa.

Theo lời giải thích của Mark Gallina, Kiến trúc sư nhiệt & cơ hệ thống tại Intel, thì: “Trong quá trình hoạt động thông thường, các bóng bán dẫn bên trong CPU chuyển đổi điện năng thành nhiệt năng (nhiệt). Nhiệt này làm tăng nhiệt độ của CPU. Nếu không có đường dẫn cho lượng nhiệt đó, nhiệt độ của CPU sẽ vượt quá mức nhiệt độ vận hành an toàn”.

Nhưng đâu là biện pháp tốt nhất để giúp CPU của bạn duy trì hoạt động với mức nhiệt độ lý tưởng? Có nhiều cách để tản nhiệt bộ xử lý, nhưng hầu hết các máy tính bàn và máy tính xách tay đều sử dụng bộ tản nhiệt bằng không khí hoặc bằng chất lỏng.

Chúng ta sẽ tìm hiểu về tản nhiệt bằng chất lỏng so với tản nhiệt bằng không khí: cách thức hoạt động, những ưu điểm và khuyết điểm của từng giải pháp, cũng như khám phá xem giải pháp nào phù hợp với thiết lập của bạn.

Cách thức hoạt động của một bộ tản nhiệt CPU

Cả bộ tản nhiệt CPU bằng không khí và bằng chất lỏng đều vận hành theo cùng một nguyên lý. Về cơ bản, cả hai đều thực hiện cùng một nhiệm vụ: hấp thu nhiệt từ CPU và dẫn ra khỏi phần cứng.

Bản thân nhiệt do bộ xử lý sinh ra sẽ được dẫn đến nắp kim loại của CPU, gọi là Bộ phận trải nhiệt tích hợp (Integrated Heat Spreader - IHS). Khi đó, nhiệt sẽ được truyền đến tấm đế của bộ tản nhiệt CPU. Lượng nhiệt đó sẽ được dẫn đi, qua ống chất lỏng hoặc qua ống dẫn nhiệt, đến quạt. Ở đó, nhiệt được thổi ra khỏi bộ tản nhiệt và cuối cùng thoát ra khỏi máy tính.

Mặc dù có cùng cơ chế, nhưng hai phương pháp này đạt được mục đích phân phối lại lượng nhiệt này theo những cách rất khác nhau.

Chúng ta sẽ cùng bắt đầu từ bộ tản nhiệt bằng không khí.

Tản nhiệt bằng không khí

Trong bộ tản nhiệt bằng không khí, nhiệt được truyền từ IHS của CPU, qua keo tản nhiệt đã bôi trước đó, vào một tấm đế dẫn nhiệt thường được làm bằng đồng hoặc nhôm. Từ tấm đế này, nhiệt năng đó sẽ truyền vào các ống dẫn nhiệt được gắn sẵn.

Các ống dẫn nhiệt đó được thiết kế để dẫn nhiệt từ vị trí này đến vị trí khác. Trong trường hợp này, nhiệt truyền đến bộ tản nhiệt vốn nằm phía trên bo mạch chủ để tạo không gian cho các bộ phận khác, chẳng hạn như RAM. Các ống này truyền năng lượng dưới dạng nhiệt đến lá tản nhiệt kim loại mỏng, vốn là một bộ phận của bộ tản nhiệt. Các lá tản nhiệt này được thiết kế để tăng tối đa khả năng tiếp xúc với không khí mát, không khí này sau đó sẽ hấp thu nhiệt từ kim loại. Sau đó, một bộ phận quạt được gắn sẵn sẽ đẩy không khí ấm ra khỏi bộ tản nhiệt.

Ít phổ biến hơn bộ tản nhiệt bằng không khí tiêu chuẩn, nhưng có cùng lý thuyết, là giải pháp có tên gọi bộ tản nhiệt thụ động. Phương pháp này sử dụng bộ tản nhiệt được thiết kế đặc biệt để hấp thu và dẫn nhiệt mà không sử dụng quạt. Phương án này có ích ở những thiết kế ưu tiên tiếng ồn nhỏ, nhưng hầu hết các máy tính chơi game đều sử dụng bộ tản nhiệt bằng không khí hoặc bằng chất lỏng.

Hiệu quả của bộ tản nhiệt bằng không khí có thể khác nhau, tùy vào các yếu tố như chất liệu được sử dụng trong cấu trúc (ví dụ: đồng dẫn nhiệt nhiều hơn nhôm, mặc dù nhôm rẻ hơn), cũng như kích thước và chất lượng của quạt được gắn vào bộ tản nhiệt CPU. Đó là lý do vì sao bộ tản nhiệt CPU bằng không khí có nhiều loại kích thước và thiết kế.

Các bộ tản nhiệt bằng không khí lớn hơn thường dẫn nhiệt tốt hơn, nhưng không phải lúc nào cũng có không gian để gắn một giải pháp tản nhiệt chiếm diện tích, đặc biệt là ở máy tính kiểu dáng nhỏ.

Chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn về những lợi thế của giải pháp tản nhiệt bằng không khí, nhưng trước tiên hãy cùng khám phá giải pháp tản nhiệt bằng chất lỏng để so sánh.

Tản nhiệt bằng chất lỏng

Tương tự với bộ tản nhiệt bằng không khí, có rất nhiều lựa chọn có sẵn trên thị trường, nhưng hầu hết đều có 2 loại: Bộ tản nhiệt đa năng (AIO) hoặc vòng tản nhiệt tùy chỉnh. Chúng ta hầu hết sẽ tập trung vào bộ tản nhiệt đa năng (AIO) ở đây, tuy nhiên các nguyên lý cơ bản về cách thức hoạt động của cả hai trong CPU đều tương tự nhau.

Giống như tản nhiệt bằng không khí, quy trình này bắt đầu từ tấm đế được nối với IHS của CPU qua một lớp keo dẫn nhiệt. Nhờ đó, nhiệt được truyền hiệu quả hơn giữa hai bề mặt. Bề mặt kim loại của tấm đế là một phần của túi nước, vốn được thiết kế để châm chất làm mát vào đó.

Chất làm mát hấp thu nhiệt từ tấm đế khi nó chảy qua túi nước. Sau đó, chất làm mát tiếp tục chảy qua hệ thống và hướng lên trên qua một trong hai ống đến lá tỏa nhiệt. Lá tỏa nhiệt giúp chất lỏng tiếp xúc với không khí để nguội đi, còn quạt gắn vào lá tỏa nhiệt khi đó sẽ thổi nhiệt ra khỏi bộ tản nhiệt. Sau đó, chất làm mát lại chảy vào túi nước và chu kỳ bắt đầu lại.

Giải pháp nào phù hợp với bạn?

Cả hai giải pháp tản nhiệt đều có hiệu quả cao khi được ứng dụng đúng cách, nhưng lại vượt trội hơn trong những tình huống khác nhau. Dưới đây là một vài yếu tố cần cân nhắc khi đưa ra lựa chọn.

Giá

Giá có thể khác nhau đáng kể tùy vào các tính năng mà bạn ưu tiên. Mặc dù vậy, nhìn chung thì bộ tản nhiệt bằng không khí ít tốn kém hơn do cách vận hành đơn giản hơn.

Cả hai phương án đều có phiên bản đơn giản và cao cấp. Phiên bản cao cấp của bộ tản nhiệt bằng không khí có thể có bộ tản nhiệt lớn hơn, quạt lớn hơn và có nhiều lựa chọn khác nhau về mặt thẩm mỹ. Bộ tản nhiệt bằng chất lỏng đa năng (AIO) cao cấp có thể sử dụng lá tỏa nhiệt lớn hơn và có thể tùy chỉnh cả thiết kế và chức năng theo ý muốn, chẳng hạn như phần mềm để điều khiển tốc độ quạt và đèn.

Cả hai bộ tản nhiệt CPU bằng không khí và bằng chất lỏng đều có nhiều mức giá khác nhau, tùy vào tính năng mà bạn muốn sở hữu.

Dễ lắp ráp

Mặc dù bộ tản nhiệt bằng chất lỏng đa năng (AIO) thường có cách lắp đặt phức tạp hơn bộ tản nhiệt bằng không khí tiêu chuẩn, nhưng nó vẫn khá đơn giản. Hầu hết đều chỉ có túi nước, hai ống để tuần hoàn chất làm mát và lá tỏa nhiệt. Các bước phụ gồm có gắn túi nước, là quy trình tương tự với khi lắp bộ tản nhiệt bằng không khí, sau đó gắn lá tỏa nhiệt và quạt theo cách sao cho nhiệt dư có thể dễ dàng thoát ra khỏi máy tính. Do chất làm mát, máy bơm và lá tỏa nhiệt đều là bộ phận độc lập (do đó được gọi là “đa năng - tất cả trong một (AIO)”), nên không cần phải kiểm tra hoặc bảo dưỡng thường xuyên sau khi lắp.

Ngược lại, việc lắp vòng tùy chỉnh đòi hỏi người lắp ráp phải mất nhiều công sức và có nhiều kiến thức hơn. Quy trình lắp ráp ban đầu có thể sẽ tốn nhiều thời gian hơn, nhưng lại có nhiều sự linh động hơn trong việc thay đổi theo ý muốn, cũng như gắn thêm các bộ phận khác (như GPU) vào vòng nếu muốn. Các vòng tùy chỉnh phức tạp này cũng có thể hỗ trợ các thiết kế với mọi kiểu dáng và kích thước khi được lắp đúng cách.

Kích thước

Bộ tản nhiệt bằng không khí có thể khá lớn, nhưng chỉ giới hạn ở một khu vực thay vì được phân bố khắp hệ thống. Trái lại, với bộ tản nhiệt đa năng (AIO), bạn sẽ cần không gian cho lá tỏa nhiệt, đồng thời cũng cần cân nhắc đến các vấn đề như lắp và sắp xếp túi nước và ống dẫn chất làm mát đúng hướng.

Có nghĩa là nếu bạn đang thiết kế máy tính nhỏ, thì bộ tản nhiệt bằng không khí quá cồng kềnh có thể sẽ không phải là lựa chọn tốt nhất. Một bộ tản nhiệt bằng không khí đơn giản hoặc bộ tản nhiệt đa năng (AIO) có lá tỏa nhiệt nhỏ sẽ phù hợp hơn. Khi lên kế hoạch nâng cấp hay chọn thùng máy, hãy đảm bảo bạn có đủ không gian để chứa giải pháp tản nhiệt mong muốn của mình, cũng như thùng máy có hỗ trợ phần cứng mà bạn đã chọn.

Âm thanh

Giải pháp tản nhiệt bằng chất lỏng, đặc biệt là khi sử dụng phương án đa năng (AIO), thường chạy êm hơn so với quạt ở bộ tản nhiệt CPU. Một lần nữa, điều này có thể khác vì bộ tản nhiệt bằng không khí dùng quạt đặc biệt được thiết kế để giảm độ ồn, đồng thời cách thiết lập quạt hoặc lựa chọn quạt có thể ảnh hưởng đến độ ồn được tạo ra. Tuy nhiên, nhìn chung thì giải pháp tản nhiệt bằng chất lỏng thường tạo ra ít tiếng ồn hơn, vì máy bơm nhỏ thường được cách âm tốt, còn các cánh quạt tỏa nhiệt thường hoạt động với RPM (số vòng quay mỗi phút) thấp hơn so với cánh quạt ở bộ tản nhiệt CPU.

Điều hòa nhiệt độ

Nếu bạn có dự định ép xung, hoặc có kế hoạch thực hiện các tác vụ đòi hỏi CPU mạnh như kết xuất video hay phát trực tiếp, thì giải pháp tản nhiệt bằng chất lỏng có thể là lựa chọn tốt nhất.

Theo Mark Gallina, giải pháp tản nhiệt bằng chất lỏng “dẫn nhiệt hiệu quả hơn đến nhiều diện tích bề mặt đối lưu (lá tỏa nhiệt) hơn so với chỉ dẫn nhiệt thuần túy, giúp giảm tốc độ quạt (ít tiếng ồn hơn) hoặc tổng công suất cao hơn”.

Nói cách khác, giải pháp này hiệu quả hơn và thường chạy êm hơn. Nếu bạn muốn giảm nhiệt độ nhiều nhất có thể, hoặc nếu bạn muốn có một giải pháp êm hơn và không ngại quy trình lắp ráp phức tạp hơn một chút, giải pháp tản nhiệt bằng chất lỏng chắc chắn là lựa chọn tốt nhất.

Bộ tản nhiệt bằng không khí khá hiệu quả trong việc dẫn nhiệt ra khỏi CPU, nhưng hãy nhớ là nhiệt sau đó sẽ bị phân tán trong thùng máy. Điều này có thể làm tăng nhiệt độ xung quanh của toàn bộ hệ thống. Bộ tản nhiệt bằng chất lỏng dẫn nhiệt ra khỏi hệ thống tốt hơn nhờ các cánh quạt trên lá tỏa nhiệt.

Hãy đưa ra lựa chọn của bạn

Vậy, quay trở lại với vấn đề chính ban đầu: Tản nhiệt bằng chất lỏng so với tản nhiệt bằng không khí. Giải pháp nào tốt hơn?

Câu trả lời phụ thuộc vào cách thức bạn sử dụng máy tính của mình, cũng như hiệu năng và khối lượng công việc theo dự kiến của bạn.

Nếu bạn muốn máy vận hành hầu như là im lặng, tản nhiệt hiệu quả nhất và không ngại giá có thể cao hơn, thì giải pháp tản nhiệt bằng chất lỏng sẽ phù hợp với ngân sách của bạn.

Nếu bạn muốn tìm một giải pháp có mức giá hợp lý và quy trình lắp ráp đơn giản hơn, đổi lấy việc hiệu năng có thể sẽ giảm và tiếng ồn lớn hơn, thì giải pháp tản nhiệt bằng không khí sẽ là đề xuất cho bạn.

Hãy cân nhắc cách thức bạn sử dụng máy tính, cũng như cách thức bạn lên kế hoạch sử dụng nó trong tương lai khi đưa ra lựa chọn. Mặc dù cả hai đều là những giải pháp tuyệt vời, nhưng chúng được thiết kế cho những tình huống sử dụng hơi khác nhau. Việc quyết định giải pháp nào phù hợp với cách sử dụng máy tính của mình phụ thuộc vào bản thân bạn.

Thông tin Sản phẩm và Hiệu năng

1 Intel, biểu trưng Intel và Core là thương hiệu của Intel Corporation hoặc các chi nhánh của Intel tại Hoa Kỳ và/hoặc các quốc gia khác.