Refrigeración del microprocesador

El componente que más potencia disipa y que, por tanto, necesita mejor refrigeración es el microprocesador. Como ya adelanté en otra entrada, el aumento de la frecuencia de funcionamiento y del número de núcleos de los procesadores modernos conlleva un aumento de potencia y de calor producido, agravado en los casos de aumento del voltaje que se les suministra con fines de overcloking. Para conseguir evacuar una cantidad tan grande de calor concentrado en un solo chip se utilizan diversos métodos dependiendo de las necesidades de cada caso en particular: refrigeración por aire, líquida, extrema... Por ahora me ceñiré al sistema más utilizado, que es el de refrigeración por aire.
En este sistema, que es el más sencillo y menos peligroso para la integridad del ordenador y del usuario, se utilizan disipadores de calor que pueden ser pasivos, compuestos por un bloque de cobre o aluminio que debe estar en contacto con la superficie de la cápsula del microprocesador para recibir el calor que éste produce y por unas aletas que aumentan la superficie de contacto del disipador con el aire y por lo tanto facilitan la transferencia del calor absorbido por el disipador hacia el aire circundante. Actualmente suelen colocarse en contacto con el bloque macizo del disipador e incluso con la cápsula del chip unos tubos que contienen un líquido que se evapora a una temperatura poco superior a la del ambiente y que al condensarse en la proximidad de las aletas les transfiere rápidamente el calor que absorbió al evaporarse cerca del chip.
Este tipo de radiador sin ventilador es evidentemente totalmente silencioso, pero en ciertas ocasiones, sobre todo en caso de overcloking, resulta inutilizable porque se requerirían unas dimensiones excesivas de las aletas para conseguir disipar la gran cantidad de calor producido en estos casos.
Cuando se necesita aumentar la capacidad de evacuación de calor de un disipador de tamaño relativamente pequeño, la solución más utilizada es el acoplamiento de un ventilador que produzca una circulación de aire por los espacios entre las aletas lo suficientemente rápida para aumentar la transmisión de calor al aire del interior de la caja. A mayor caudal de aire producido por el ventilador, mayor enfriamiento y menor temperatura del microprocesador pero también mayor nivel de ruido producido, por lo que en la práctica hay que buscar una solución de compromiso entre tamaño del disipador y ruido producido por el ventilador.
La magnitud que representa la capacidad de disipación de calor de un disipador es la resistencia térmica, dato que pocos fabricantes hacen público, por ejemplo:

• Thermaltake, para sus disipadores TMG i1 y TMG i2 declara una resistencia térmica de 0,16 ºC/W, para los TMG a1 y a2, de 0,17 ºC/W y para el TMG a3, de 0,25 ºC/W.
• Xigmatek, atribuye a su modelo Apache una resistencia de 0,23 ºC/W y al modelo HDT-D1284, de 0,14 ºC/W.
• SilverStone, modelo NT07 AM2, resistencia de 0,25 ºC/W.
• Zalman, para modelo 7000 B CU, resistencia 0,27 ºC/W y para CNPS 9500 AM2, 0,16 ºC/W.
• Coolbox CUF-715CA, resistencia 0,50 ºC/W.
• Spire CF450B0, 0,29 ºC/W.
  

Como la potencia disipada por el microprocesador varía según las tareas que realice en cada momento, una solución para disminuir el ruido que produce el ventilador cuando el ordenador no realiza cálculos intensivos es el control de la velocidad de giro del ventilador, que puede realizarse bien variando la tensión de alimentación del mismo o bien mediante el control PWM, que consiste en enviarle una señal de control capaz de hacer variar su velocidad a través de un cable colocado al efecto, con lo cual, los ventiladores que aceptan control PWM disponen de cuatro cables: dos para su alimentación con corriente continua, un tercero por el que emiten una señal tacométrica cuya frecuencia depende de la velocidad de giro y el cuarto cable por el que reciben la señal PWM de control de la velocidad de rotación.
La velocidad de giro de los ventiladores que disponen de dos o tres cables sólo puede reducirse intercalando entre el motor y la fuente de alimentación un reostato o disminuyendo la tensión de alimentación mediante un reductor de tensión electrónico. Algunas placas base disponen de la circuitería apropiada para poder controlar la velocidad de estos ventiladores mediante software.
En todos los sistemas de refrigeración de microprocesadores la transmisión del calor desde la cápsula del chip a la base plana del disipador se realiza por contacto directo, por lo que cuanto más perfecto sea dicho contacto, mayor será la transmisión de calor. Si las superficies de la cápsula y la base del disipador estuvieran acabadas con un verdadero lapeado de alta precisión, la transmisión de calor sería casi perfecta, pero como en la práctica el acabado de esas superficies dista mucho de ser perfecto, se utilizan pastas termoconductoras para rellenar los posibles huecos que separan dichas superficies y mejorar de esta forma la transmisión del calor. Si ambas superficies están suficientemente planas, aunque su pulido no les dé brillo de espejo, cualquier pasta térmica conseguirá una transmisión de calor suficientemente eficaz. Un procedimiento fiable para comprobar la planitud de la cápsula y el disipador realizable en cualquier casa puede efectuarse untando un cristal plano con una finísima capa de pintura al óleo de color oscuro y frotando las dos superficies sucesivamente sobre el cristal para que la pintura señale los puntos de contacto entre cada superficie y el cristal. Si aparecen puntos de contacto repartidos por toda la superficie, ésta podría considerarse lo suficientemente plana. Si los puntos de contacto señalados por la pintura ocupan sólo parte de alguna de las dos superficies, habría que utilizar una pasta térmica de alta conductividad térmica, tal como las que incluyen polvo de plata en su composición. Si no se consiguiera suficiente disipación de calor, el último recurso consistiría en pulir la o las superficies que hubieran resultado ser irregulares frotando las superficies sobre una lija de agua del grano más fino mojada y apoyada sobre un cristal.
La calidad de una pasta térmica viene determinada fundamentalmente por:

• La estabilidad de su viscosidad ante aumentos de temperatura, que impedirá que fluya fuera de los huecos que rellena.
• La estabilidad de su composición a lo largo del tiempo de utilización, que evitará que se solidifique en forma pulverulenta disminuyendo su conductividad térmica.
• Y, sobre todo, por su capacidad de transmitir el calor entre las superficies en contacto con ella, que viene dada por la conductividad térmica.

No todos los fabricantes publican el dato de la conductividad térmica de sus pastas, entre ellos:

Akasa: Para su pasta AK-455-5G, declara una conductividad= 2,4 W/mK.

Antec:

• Para su Thermal Grease, publica la resistencia térmica, que es función inversa de la conductividad, >0,05 °C/W.
• Para Formula 5 STC, conductividad > 350 000 W/m°C.

Arctic Silver:

• Para su pasta Arctic Silver 5, una conductividad > 350 000 W/m² °C (para una capa de 0,001").
• Para la pasta Céramique, conductividad > 200 000 W/m².°C (en capa de 0,001").
• Para pasta Arctic Alumina, conductividad > 4,0 W/mK.

Cooler Master:

• Thermal Grace HTK-002, conductividad= 0,8 W/m °C.
• Thermal Grace PTK-002, conductividad > 4,5 W/mK.
• High Performance, conductividad= 0,8 W/m ºC.
  

OCZ: Freeze, conductividad= 3,8 W/m ºC.

Tuniq: TX-2, conductividad= 4,5 W/mK.

Xilence: Silver Tim, conductividad > 4,5 W/mK.

Zalman:

• Para su pasta ZM-STG1, una conductividad de 4 W/mK.
• Para la ZM-TG2 la conductividad de 1,2 W/mK.
• Para CSL 850, conductividad de 1,2 W/mK.