🌀 Zdroj a chlazení

Energie a teplo

O čem to je

Ze zásuvky jde střídavé napětí 230 V. Procesor ale potřebuje kolem jednoho voltu a stejnosměrný proud. Někdo to musí přeměnit – to dělá zdroj.

Skoro všechna elektřina, kterou počítač spotřebuje, se nakonec změní v teplo. Když se teplo neodvede, součástky zpomalí, nebo se vypnou. Proto zdroj a chlazení patří k sobě.

Nové pojmy

Zdroj (PSU)Power Supply Unit. Mění střídavé napětí ze sítě 230 V na stejnosměrná napětí 12 V, 5 V a 3,3 V pro součástky.Krabička vzadu ve skříni s vypínačem a síťovým kabelem.
Střídavý a stejnosměrný proud (AC/DC)Střídavý (AC) mění směr – v české síti 50× za sekundu. Stejnosměrný (DC) teče stále jedním směrem, jako z baterie.Zásuvka = AC 230 V, větev 12 V ze zdroje = DC.
Výkon (W)Kolik energie za sekundu zařízení spotřebuje nebo dodá. Jednotka watt. U zdroje udává, kolik nejvýš unese.Zdroj 650 W.

Nejvíc odebírají procesor a grafická karta, a to z větve 12 V. Další napětí (5 V, 3,3 V) slouží hlavně pro USB, disky a obvody desky. Samotné jádro procesoru dostává ještě nižší napětí z měničů na základní desce.

Kolik wattů a jak účinně

ÚčinnostKolik procent energie ze zásuvky dojde k součástkám. Zbytek se ve zdroji změní v teplo.Při účinnosti 90 % a odběru 450 W bere zdroj ze sítě 500 W, 50 W jde do tepla.
80 PLUSCertifikace účinnosti zdroje. Stupně Bronze, Silver, Gold, Platinum, Titanium – čím vyšší, tím účinnější. Základní stupeň znamená aspoň 80 % při 20, 50 i 100 % zátěže.Zdroj 80 PLUS Gold má účinnost kolem 90 % při polovičním zatížení.
Procesor má spotřebu asi 125 W, grafika 220 W, zbytek počítače asi 75 W. Jaký zdroj zvolíš?
Součet: 125 + 220 + 75 = 420 W. Přidáme rezervu asi 30–50 %: 420 · 1,4 ≈ 590 W. Zvolíme kvalitní zdroj kolem 650 W. Rezerva počítá se špičkami odběru a zdroj při nižší zátěži běží tišeji a účinněji.

Kam s teplem

TDPThermal Design Power – kolik tepla (ve W) má chladič procesoru nebo grafiky zvládnout odvádět. Výrobci ho počítají různě, proto je to jen orientační údaj.Procesor s TDP 65 W zvládne menší chladič než procesor s TDP 125 W.
ChladičKovový blok (hliník, měď) s žebry. Teplo z čipu přejde do kovu a žebra ho předají vzduchu.Věžový chladič s ventilátorem na procesoru.
Teplovodivá pastaTenká vrstva pasty mezi čipem a chladičem. Vyplní mikroskopické nerovnosti, kde by jinak byl vzduch, který teplo vede špatně.Kapka velikosti hrášku doprostřed procesoru.
Heatpipe (tepelná trubice)Uzavřená měděná trubička s malým množstvím kapaliny. Ta se u čipu vypaří, v žebrech zkondenzuje a vrátí se. Teplo tak rychle putuje od čipu k žebrům.Měděné trubky vedoucí z patky chladiče do žeber.
  • Pasivní chlazení – jen chladič bez ventilátoru; tiché, ale jen pro malé výkony.
  • Aktivní chlazení – chladič s ventilátorem.
  • Vodní AiO (All-in-One) – uzavřený okruh: blok na procesoru, čerpadlo, hadice a radiátor s ventilátory.
ThrottlingKdyž je čip příliš horký, sám sníží frekvenci, aby se nepoškodil. Počítač zpomalí.Notebook s ucpaným chladičem se ve hře najednou „zasekává“.
✗Čím víc pasty, tím lepší chlazení.
✓Stačí tenká vrstva. Příliš mnoho pasty teplo vede hůř než přímý kontakt kovů a přetéká na okolí.

Pasta vede teplo lépe než vzduch, ale mnohem hůř než kov. Má jen vyplnit nerovnosti.

Bezpečnost

  • Zdroj nikdy neotvírej. Kondenzátory v něm drží nebezpečné napětí i po odpojení ze sítě.
  • Před prací uvnitř skříně vypni zdroj, vytáhni síťový kabel a podrž tlačítko zapnutí, aby se vybila zbytková energie.
  • Chraň součástky před statickou elektřinou (ESD): antistatický náramek, nebo se aspoň dotkni kovové kostry skříně.
Zdroj mění 230 V AC na 12, 5 a 3,3 V DC; vybírej ho podle součtu spotřeby s rezervou a podle účinnosti 80 PLUS. Teplo odvádí chladič, pasta, heatpipe a proudění vzduchu; přehřátý čip zpomalí (throttling). Zdroj se neotevírá.

Cesta vzduchu

O čem to je

Představ si pokoj v létě. Otevřeš okno na jedné straně a dveře na druhé a vznikne průvan, který teplo vyfouká. Ve skříni počítače to funguje stejně. Sledujme energii od zásuvky až po teplý vzduch, který vyjde ven.

Nové pojmy

Zdroj (PSU)Součástka, která mění 230 V střídavých ze sítě na stejnosměrná napětí 12 V, 5 V a 3,3 V.
Watt (W)Jednotka výkonu. Udává, kolik energie se spotřebuje nebo předá za sekundu.
Modulární zdrojZdroj, u kterého se kabely připojují do konektorů na zdroji. Nepotřebné kabely se nemusí zapojit, takže ve skříni je méně „špaget“ a lépe proudí vzduch.Plně modulární, polomodulární (hlavní 24pin pevně) a nemodulární zdroje.
AirflowProudění vzduchu skříní: kudy studený vzduch vstupuje a kudy teplý odchází.Předek sání, zadek a strop výfuk.

Cesta energie

Ze zásuvky jde 230 V AC do zdroje.
Zdroj usměrní a přemění napětí na 12 V, 5 V a 3,3 V DC. Část energie se ztratí jako teplo (účinnost).
Kabely vedou napětí do desky (24pin), procesoru (EPS 8pin), grafiky a disků.
Měniče na desce sníží 12 V na asi 1 V pro jádra procesoru.
Čipy pracují a skoro všechna energie se změní v teplo.
Chladiče teplo převezmou a ventilátory ho vyfoukají ze skříně.

Účinnost v číslech

Účinnost = výkon dodaný součástkám / výkon odebraný ze sítě. Rozdíl zůstane jako teplo ve zdroji.

Počítač odebírá ze zdroje 300 W. Zdroj má účinnost 85 %. Kolik bere ze zásuvky a kolik tepla vznikne ve zdroji?
Ze sítě: 300 / 0,85 ≈ 353 W. Teplo ve zdroji: 353 − 300 ≈ 53 W.
Stejný počítač, ale zdroj s účinností 92 %. Kolik ušetří?
Ze sítě: 300 / 0,92 ≈ 326 W. Rozdíl proti 353 W je asi 27 W méně spotřeby i méně tepla.

Cesta tepla

Teplovodivá pastaTenká vrstva mezi čipem a chladičem, vytlačí vzduch z mikroskopických nerovností.
HeatpipeMěděná trubička s kapalinou, která se u čipu vypaří a v žebrech zkondenzuje – rychle přenáší teplo.
TDPOrientační tepelný výkon čipu ve W, podle kterého se volí chladič.
ThrottlingAutomatické snížení frekvence přehřátého čipu – ochrana, ale počítač zpomalí.
ChlazeníJakKdy
pasivníjen žebra, bez ventilátorumalý výkon, ticho
vzduchové aktivníchladič + ventilátorvětšina PC
vodní AiOblok, čerpadlo, radiátorvýkonné procesory, malé skříně

Projdi krok po kroku, jak teplo putuje skříní. Zkus u každého kroku říct, která součástka ho dělá.

  1. Teplo jde z čipu přes pastu a heatpipe do žeber
  2. Přední ventilátor nasaje studený vzduch
  3. Vzduch odebere teplo žebrům chladiče
  4. Zadní a horní ventilátor vyfoukne teplý vzduch

Teplý vzduch stoupá vzhůru, proto se výfuk dává dozadu a nahoru, sání dopředu a dolů.

✗Kupuju zdroj přesně na součet spotřeby, třeba 420 W na sestavu se 420 W.
✓Zdroj volíme s rezervou asi 30–50 %, tedy kolem 550–650 W.

Grafika a procesor mají krátké špičky odběru nad průměr. Zdroj na hraně výkonu se přehřívá, hlučí a může počítač vypnout.

Bezpečnost

  • Zdroj neotvírej – kondenzátory drží nebezpečné napětí i po odpojení.
  • Před zásahem do skříně odpoj síťový kabel.
  • Chraň díly před statickou elektřinou (ESD).
Energie jde ze sítě přes zdroj a měniče do čipů a končí jako teplo. Účinnější zdroj šetří energii, rezerva výkonu chrání před výpadky. Teplo odvádí pasta, chladič a průvan skříní: sání vpředu, výfuk vzadu a nahoře.