Notebook Scoop – มาเข้าใจวิธีการออกแบบระบบระบายความร้อนให้มีประสิทธิภาพบนเครื่องโน๊ตบุ๊คกัน

ระบบระบายความร้อนนั้นถือว่ามีความสำคัญเป็นอย่างมากต่อเครื่องคอมพิวเตอร์ไม่ว่าจะเป็น PC หรือโน๊ตบุ๊คครับ โดยสำหรับเครื่องคอมพิวเตอร์แบบ PC นั้นการออกแบบระบบระบายความร้อนอาจจะไม่ยากเท่าไร ทว่ากับโน๊ตบุ๊คแล้วนั้นถือว่าเป็นคนละเรื่องกันเลยทีเดียวครับ ด้วยข้อจำกัดในด้านพื้นที่ที่ฮาร์ดแวร์นั้นจะต้องยัดเยียดกันอยู่ในพื้นที่อันน้อยนิด

รวมไปถึงความบางของตัวเครื่องที่นับวันนั้นจะน้อยลงมากขึ้นทุกที วันนี้นั้นเราจึงอยากขอนำเสนอวิธีการออกแบบระบบระบายความร้อนบนโน๊ตบุ๊คโดยขอยกตัวอย่างมากจาก MSI GT76 ที่มีการออกแบบมาเป็นอย่างดีจนสามารถที่จะทำให้หน่วยประมวลผลสามารถที่จะมีความเร็วสัญญาณนาฬิกาสูงถึง 5 GHz ทุกแกนเป็นตัวอย่างกันครับ

การออกแบบระบบระบายความร้อนที่มีความสามารถ

ระบบระบายความร้อนบน MSI GP75 Leopard 9SD

การออกแบบระบบระบายความร้อนที่ดีนั้นจะต้องคำนึงถึงวิธีการที่จะกระจายความร้อนออกจากฮาร์ดแวร์หลักๆ ให้ได้เร็วที่สุดครับ โดยฮาร์ดแวร์ที่มีความร้อนเกิดขึ้นมากบนโน๊ตบุ๊คนั้นก็จะเป็นหน่วยประมวลผล, ชิปกราฟิกและ VRMs ครับ ซึ่งด้วยการออกแบบให้ดีนี้เองนั้นจะต้องใช้การวิจัยและพัฒนาค่อนข้างที่จะนานครับ แต่ละผู้ผลิตนั้นจะมีวิธีการออกแบบระบบระบายความร้อนที่แตกต่างกันออกไปครับแต่ทั้งหมดทั้งมวลแล้วนั้นก็จะมีเป้าหมายเหมือนกันคือการระบายความร้อนออกจากตัวเครื่องให้ได้มากที่สุดและเร็วที่สุดเพื่อที่ตัวเครื่องจะสามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพอย่างต่อเนื่องอยู่ตลอดเวลาครับ

การออกแบบที่ดีนั้นจะต้องทำให้ฮาร์ดแวร์หลักอย่าง CPU/GPU สามารถที่จะระบายความร้อนออกไปได้ด้วยความรวดเร็วครับ โดยดูจากตัวอย่างของรูปทางด้านบนซึ่งเป็นเครื่อง MSI GP75 Leopard 9SD นั้นจะเห็นได้ว่าที่ CPU/GPU นั้นจะมีฐานทองแดงติดตั้งอยู่โดยที่ตัวฐานนั้นจะเชื่อมต่ออยู่กับ Heat Pipes ที่วางตัวยาวไปยังพัดลมระบายอากาศทั้ง 2 ด้านของตัวเครื่องครับ ดังนั้นแล้วความร้อนนั้นจะมีเส้นทางการเดินทางจาก CPU/GPU > ซิลิโคน > Block > Heat Pipes ครับ เรื่องดังกล่าวนี้ถือว่าสำคัญเป็นอย่างมากครับ

หากถามว่าทำไมการระบายความร้อนดังกล่าวถึงได้สำคัญมากนักก็สามารถที่จะตอบโดยยกตัวอย่างได้จาก MacBook Pro 2018 ที่มาพร้อมกับ CPU รุ่น Core i9-8950HK ที่ตามสเปคนั้นตัว CPU จะมีความเร็วสัญญาณนาฬิกาฐานอยู่ที่ 2.9 GHz ทว่าเมื่อใช้ตัวเครื่องไปแล้วนั้นกลับกลายเป็นว่า CPU สามารถที่จะรันได้ที่ความเร็วเฉลี่ยเพียงแค่ 2.2 GHz เท่านั้นซึ่งนั่นทำให้ประสิทธิภาพของตัวเครื่องไม่เป็นไปอย่างที่ควรจะเป็นและนั่นก็มีเหตุผลมาจากการที่ระบบระบายความร้อนนั้นไม่ดีนั่นเองครับ

โดยปกติแล้วนั้นตัวหน่วยประมวลจะมีการระบุอัตราการคายความร้อนสูงสุดเอาไว้หรือที่เราเรียกว่า TDP ครับ ซึ่งเมื่อหน่วยประมวลผลทำงานจนสร้างความร้อนถึงจุดสูงสุดตามสเปคแล้วนั้นตัวหน่วยประมวลผลจะลดความเร็วสัญาณนาฬิกาลงเพื่อที่จะทำให้ตัวเครื่องยังคงสภาพที่จะสามารถทำการใช้งานได้อยู่เหมือนเดิม ทว่าสิ่งที่ตามมาก็คือประสิทธิภาพของการทำงานนั้นจะลดลงไปจากที่ควรจะเป็นเนื่องจากว่าความเร็วสัญญาณนาฬิกาที่ลดลงนี่เองครับ

ดังนั้นแล้วจุดที่สำคัญก่อนเลยในการออกแบบระบบระบายความร้อนนั้นก็คือตัวฐานที่เชื่อมระหว่างหน่วยประมวลผลกับ Heat Pipes ครับ จากภาพทางข้างบนนี้นั้นจะเห็นได้ว่าฐานเชื่อมระหว่างหน่วยประมวลผลทั่วไปนั้นจะมาในลักษณะที่หยาบๆ ซึ่งทำให้ความร้อนนั้นเดินทางได้ไม่ดีเท่าไรนัก ทว่ากลับกันแล้วกับ MSI GT76 นั้นทาง MSI ได้ใช้ CNC-polished copper block ที่พื้นของฐานนั้นมีความละเอียดมากกว่าจนเป็นพื้นแผ่นเดียวกันเลยทำให้ความร้อนนั้นสามารถกระจายตัวและเดินทางผ่านไปยัง Heat Pipes ได้ดีกว่าครับ

ส่วนต่อมาที่มีความสำคัญก็คือ Heat Pipes ครับ เพราะเมื่อสามารถที่จะนำความร้อนออกจากหน่วยประมวลผลและชิปกราฟิกได้โดยไปอยู่ที่ฐานเชื่อมได้แล้วนั้นแต่ถ้าไม่นำความร้อนออกต่อไปด้วยความรวดเร็วสุดท้ายความร้อนก็จะสะสมอยู่ที่ฐานอยู่ดี ดังนั้นแล้ว Heat Pipes เองจึงมีความสำคัญเช่นเดียวกันเนื่องจากว่าจะต้องเป็นส่วนที่นำความร้อนไปยังพัดลมระบายอากาศออกจากตัวเครื่องครับ

Heat Pipes นั้นจะประกอบไปด้วย 2 ส่วนหลักๆ คือส่วนที่ทำให้ความร้อนระเหยเป็นไอและส่วนที่ทำให้ไอความร้อนควบแน่นครับ ใน Heat Pipes นั้นจะมีของเหลว(ซึ่งส่วนใหญ่คือน้ำ) สำหรับการนำความร้อนอยู่ครับ หลักการก็คือส่วนที่เป็นของเหลวนั้นจะดูดซับความร้อนจากฐานแล้วเปลี่ยนเป็นไอที่ส่วนระเหยซึ่งเมื่อระเหยเป็นไอแล้วนั้นไอความร้อนก็จะวนไปตามเส้นทางของ Heat Pipes โดยจะเดินทางจากส่วนที่มีความร้อนมากไปยังส่วนที่มีความร้อนต่ำซึ่งส่วนที่มีความร้อนต่ำนั้นก็จะเป็นส่วนที่ทำการควบแน่นซึ่งจะทำให้ไอความร้อนควบแน่นเป็นของเหลวอีกครั้งวนกลับไปมาเพื่อที่จะนำความร้อนออกจากตัวเครื่องให้เร็วที่สุดครับ

โดยทั่วไปแล้วนั้น Heat Pipes จะทำขึ้นมาจากทองแดงหรือไม่ก็อลูมิเนียมครับ โครงสร้างภายในของ Heat Pipes นั้นจะคล้ายกันกับโครงสร้างของไส้ตะเกียงซึ่งภายในจะมีลักษณะอยู่ในรูปของตาข่ายซึ่ง Heat Pipes ที่ดีที่สุดนั้นจะต้องมีโครงสร้างภายในที่เกิดจากการเผารวมวัสดุเข้าไว้ด้วยกันโดยที่กระบวนการเผาเข้าด้วยกันนี่ล่ะครับที่มีราคาในการผลิตที่แผงที่สุด

นอกไปจากนั้นแล้วจำนวนของ Heat Pipes เองก็เป็นปัจจัยหนึ่งที่มีความสำคัญมากเช่นเดียวกันในการระบายความร้อนครับ ยิ่งมีจำนวน Heat Pipes มากเท่าไรนั่นหมายความว่าความร้อนจะมีพื้นที่ในการเดินทางมากขึ้นเท่านั้นเปรียบเสมือนได้กับว่ามีถนนหลายเลนส์นั่นเองครับ

ปัจจัยที่สำคัญต่อมาของ Heat Pipes ที่ดีก็คือขนาดของเส้นผ่าศูนย์กลางและความยาวของ Heat Pipes ครับ หาก Heat Pipes มีเส้นผ่าศูนย์กลางมากนั่นหมายความว่าไอความร้อนก็จะสามารถที่จะเดินทางได้มากขึ้น ส่วนความยาวของ Heat Pipes นั้นก็ไม่ควรยาวเกินไปเพราะยิ่งยาวมากเท่าไรนั่นหมายความว่าความเร็วในการนำไอความร้อนนั้นก็จะลดลงครับ

โดยทั่วไปแล้วนั้นโน๊ตบุ๊คส่วนใหญ่จะวางตำแหน่ง Heat Pipes โดยใช้ Heat Pipes เส้นเดียวกันเดินทางทั้งระบบผ่านทั้งหน่วยประมวผลและชิปกราฟิกครับ ทว่าบน MSI GT76 นั้นจะใช้ Heat Pipes แยกระหว่างหน่วยประมวลผลและชิปกราฟิกกันไปเลย(ตามรูปทางด้านบน) ทำให้ความร้อนที่เกิดจากหน่วยประมวลผลและชิปกราฟิกนั้นต่างก็มีเส้นทางในการระบายความร้อนแยกจากกันต่างหากครับ

ส่วนสำคัญต่อมาก็คือพัดลมระบายความร้อนออกจากตัวเครื่องครับ โดยพัดลมนั้นถือว่าเป็นอีกส่วนประกอบหนึ่งที่มีความสำคัญมากๆ ในการออกแบบเพราะต้องคำนึงถึงจุดกำเนิดลมเย็นและการเดินทางของลมร้อนที่จะออกจากตัวเครื่อง ซึ่ง GT76 นั้นจะเห็นได้ว่าส่วนของลมเย็นนั้นจะไม่ผ่านจุดอื่นๆ บนตัวเครื่องเพื่อทำให้ลมเย็นนั้นอุ่นขึ้นมาไปซะก่อน และในการเดินทางออกนั้น GT67 ก็จะมีช่องทางหลายทิศที่จะทำการระบายลมร้อนออกจากตัวเครื่องครับ

คลิปแสดงลักษณะการระบายความร้อนของพัดลมระบายความร้อนและความร้อนสะสมที่เกิดขึ้น

จากทั้งหมดนั้นจะเห็นได้ครับว่าทุกส่วนของการระบายความร้อนนั้นมีความสำคัญมากๆ ส่วนสุดท้ายของการระบายความร้อนที่ดีนั้นก็คือช่องลมออกจากตัวเครื่องซึ่ง GT76 นั้นมีพื้นที่ในการระบายลมร้อนออกมากถึง 252,910 mm² เทียบกับ GT75 แล้วนั้นจะมีพื้นที่ในการระบายลมร้อนออกอยู่ที่ 110,045 mm² เท่านั้นครับ

สรุป

จะเห็นได้ครับว่าระบบระบายความร้อนบนเครื่องโน๊ตบุ๊คนั้นสำคัญเป็นอย่างมากในการที่จะทำให้ประสิทธิภาพในการใช้งานตัวเครื่องสูงทีสุดและเสถียรมากที่สุด ซึ่ง MSI GT76 เองนั้นมีครบทุกส่วนขององค์ประกอบในการระบายความร้อนที่ดีนั่นเลยทำให้ MSI GT76 นั้นสามารถที่จะรันหน่วยประมวลผลที่ความเร็วสัญญาณนาฬิกา 5 GHz ได้อย่างต่อเนื่องโดยที่เกิดอาการความเร็วแกว่งไม่มากเท่าไรนักหากเทียบกับผู้ผลิตโน๊ตบุ๊ครายอื่นๆ ซึ่งนั่นเป็นที่มาครับว่าถึงแม้ตัวเครื่องจะสเปคเหมือนกันแต่ประสิทธิภาพที่ได้นั้นอาจจะต่างกันเพราะเจ้าระบบระบายความร้อนนี่ล่ะครับ

ที่มา : notebookcheck