İşlemciler

“İşlemciler çalışmak için güç çekerler. Herhangi bir makine gibi, işin verimli bir şekilde yapılması için enerjinin doğru kullanılması gerekir. Kaçınılmaz bir şekilde bu enerjinin bir kısmı da işlemci için hayati önem taşıyan ısı enerjisine dönüşür."

Temel olarak, daha soğuk bir işlemciden, daha uzun bir ömür beklenir. Bugünün birçok işlemcileri en fazla 85 derecede çalışmak üzere tasarlanmıştır. İşlemcilerin bu ısıyı kaldırabildiği gözükse de, aslında bu sıcaklık işlemcinin en iyi şekilde çalışabileceği bir sıcaklık değildir ve de çoğunlukla da işlemcinin çalışma ömrünü azaltır. Malesef, fiziğin kusursuz olmayan doğasına göre en iyi makinaların bile tasarım hataları vardır. Bir mikroişlemciyle, her zaman gerekenden fazla enerji harcanır. İşte bu fazla enerji ses, ısı ve radyasyon gibi birçok şekilde geri döner. Isı, artık nerdeyse herzaman yapılan işin bir yan ürünü olmaktadır. Önceden de söylenildiği gibi, ısı her zaman işlemci için hayati bir önem taşır. Bir işlemci çok ısındığında çok küçük olan ve işlemcinin çalışmasını sağlayan transistörler çalışmayı kesebilir.

Bir CPU girişten çıkışa bir enerji akımına ihtiyaç duyar çalışmak için. Güç, bir zaman aralığında verilen enerjidir. Genelde ya watt cinsinden (W) ya da beygir gücü cinsinden (hp) ölçülür. Bu yazı boyunca, bir mikroişlemci için daha uygun olduğundan biz birim olarak watt kullanacağız. Bir çok modern işlemci, kendi üretildikleri hızlarda çalışmak için 50 watt’ın üzerinde bir güce ihtiyaç duyar. Bu yüzden bütün Intel Pentium 4 ve AMD Athlon sistemleri için yaklaşık 300watt lık bir PSU önerilir. Ayrıca her işlemci çalışmak için üzerinden geçecek belli bir voltaja ihtiyaç duyar. Elektrikli cihazların çalışma sebebi de sürekli elektronların bir yerden başka bir yere akmasıdır. Akım her zaman yüksek potansiyelden düşük potansiyele doğru gider. Buna başka bir deyişle voltaj alanı denir. Bu denklem doğrudan gereken gücü etkiler.

Güç = Voltaj * Akım (P = V * I)

8086’dan 486’lara kadar işlemcilerde, Intel işlemcilerinin beslemek için doğru akım (DC) olarak 5volt kullanmıştır. Bir işlemcinin böyle fazla volt almasının sonucunda daha fazla güç hacanır ve daha fazla ısı üretilir. Artık modern işlemciler 1,5 volt gibi daha az voltaj kullanıyorlar, böylece yıllarca çalışmaya devam edebiliyor. Düşük voltaj doğrudan yüksek hızlara sebep değildir fakat genel olarak daha fazla işlem üretmesini sağlar.

İşlemleri çalıştırmak için, bir işlemci 1 veya 0 yaratmak amacıyla voltajını yüksek veya düşük seviye arasında değiştirir. Bu ikilik bir dildir, bütün alt temel programlama dillerinin en temelidir ve bilgisayarın “anlayabileceği” tek dildir. Kısaca 1 “Açık” ve 0 “Kapalı”dır.


Isı Yayıcıları /Tabanları

Isı yayıcıları işlemci çekirdeği ile heatsink arasındaki yüzey alanını arttırır. Böylece, soğutma artar ve bu hassas çekirdeklere zarar gelme riski düşer.

Bu yüzey arttırmaya örnek göstermek için yukarıda bir Cyrix MII işlemcisinin çekirdeği ve üzerine yerleştirilen ısı tabanı gösterilmiştir. Çekirdeğin boyutları yaklaşık 1,3 e 1,0 cm’dir. Bir de bunu 3,6 ya 3,9cm olan ısı tabanı ile karşılaştırırsanız ısının dağıtılmasıyla ilgili olarak işlemcinin tabanına göre büyük bir fark kaydedersiniz.

Yukardaki resim işlemci çekirdeği ve ısı tabanı arasındaki farkı göstermekltedir. Çekirdeğin yüzeyi 1,3cm2 ve ısı tabanın ise 12,96cm2 dir. Bu da çok büyük bir fark oluşturmaktadır.


Heatsink’ler ve Fanlar

Bugünkü en modern soğutma yöntemi HSF’dir (Heatsink + Fan). Heatsink’ler bakır veya alüminyum gibi yüksek iletken metallerden yapılmaktadır. Bir iletken, üzerinde çok fazla elektron içerdiğinden üzerindeki ısıyı çok kolay geçiren bir maddedir. İşlemci çalışırken bir kinetik enerji kazanır ve işlemcinin parçaları giderek daha fazla hızlı ve sıcak olur. İşlemcinin içindeki parçalar heatsink in tabanına kuvvet uygularlar ve de enerjilerini iletirler. Böyle devam ederken parçalar daha fazla enerji üretir ve bu enerji ısı olarak heatsink in kenarlarından yukarı çıkar.


Heatsink in içinde hareket eden bu parçalar, havadaki gaza da bir baskı uygularlar. Bu da gazların bir kinetik enerjiye sahip olmasını sağlar, böylece gazlar ısınır, özkütleleri düşer ve de yükselirler. Bu duruma serbest ısıyayma denir. Bu yüzden bir heatsink ne kadar büyük bir yüzeye sahipse o kadar iyi bir soğutma sağlar- çünkü ısı gazla daha fazla temasa geçer.

Bu durum aynı zamanda bir fanın neden çoğunlukla kullanıldığını açıklar: fanlar heatsink’e gelen havanın miktarını arttırır. Zalman Flower serisindeki Silent Cooler gibi fanlar heatsink üzerine çok daha fazla hava üfler.

Bugünkü hava soğutmalı heatsinklerin çoğunluğunda ortak bir tasarım izi vardır. Bakırdan veya bakır çekirdeğe gelecek şekilde bakır ve alüminyumdan yapılmış katı bir “taban” üzerine oturtulur. Bu taban, genellikle makine ile düzeltilerek ve cilalanarak ayna gibi düzeltilir ve de koruma klipsiyle sıkıca işlemci çekirdeğinme oturtulur. Bu da (Socket-A tasarımındaki) Ziff çıkıntısına kelepçelenir. Bu temel tabakanın üzerine korumalı çubuklar yerleştirilir. Bu çubuklar ana heatsink tabanı üzerinden yaklaşık 3 - 7 cm yukarıdadırlar- böylece doğru akımlı bir fan üzerine yerleştirilebilir. Genelde bu fan havayı bu parçaların üzerine doğru üfler, fakat bazen tam tersi de olur. Bu fan, heatsink’e, heatsink’in çubukları arasındaki deliklere vidalanır. Pazardaki en etkili HSF (Heatsink + Fan), tamamı bakırdan yapılmış, çok sıkı heatsink çubuklarına sahip ve yüksek güçlü bir fanı olan (60-92mm / 27-119CFM) olarak tasarlanabilir.

Fakat bunun dışında, alternatif alaşım kombinasyonlarını kullanan, alternatif fan yönlerini kullanan ve Peltier e sahip olan bir çok ilginç uyarlamalar vardır. Bazı tasarımlar Thermaltake’in SubZeroG gibi dağınık bir kombinasyona sahip olabilir. Bu kombinasyonda bir Peltier tasarımı ve sürekli sıcaklığı kontrol edip Peltier’e ani ayarlamalar yapabilen çok yönlü bir ısı sensörü bulunmaktadır. Bu yöntem tabii ki biraz tuzlu bir soğutma yöntemidir. Ayrıca Zalman tasarımları var ki yatay olarak yerleştirilmiş fanlar, çift fan ve de aşamalı olarak ısıyı ileten Isı Boruları’dan oluşuyor. Isı Boruları (Heat Pipe) çok etkili olabilir, eğer iyi bir şekilde uygulanırsa fanın tamamına yardım edebilir.