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Entendendo a evolução dos coolers

Entendendo a evolução dos coolers

Os primeiros processadores dissipavam muito pouco calor, por isso o próprio encapsulamento cerâmico era suficiente para dissipar o calor e manter o chip em uma temperatura aceitável.

As primeiras CPUs x86 a utilizarem dissipadores foram os 486 DX-33, que atingiram a marca dos 4.5 watts. Os coolers da época nada mais eram do que uma base de alumínio com menos de 1 cm de altura com uma ventoinha de baixa rotação, bem diferentes dos atuais:

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Conforme os processadores foram passando a dissipar cada vez mais calor, os coolers foram crescendo na mesma proporção. Hoje em dia, não é difícil ultrapassar a marca dos 200 watts ao fazer overclock em um Core 2 Quad ou em um Core i7, o que demanda soluções mais extremas, como este Cooler Master Hyper Z600:

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Assim como outros coolers atuais, ele utiliza uma base de cobre, com heat-pipes e folhas de alumínio. Tanto a base quanto os heat-pipes são prateados devido à aplicação de uma cobertura de níquel, que além da função estética, serve para prevenir a oxidação do cobre. Ele pesa nada menos do que 1045 gramas (mais do que muitos netbooks) e o formato de torre permite o uso de dois dissipadores de 120 mm, onde o primeiro empurra o ar em direção ao dissipador e o segundo o puxa, criando uma espécie de túnel de vento.

Ele possui uma área de dissipação tão grande que pode ser também usado como um cooler passivo em processadores que dissipam até 65 watts. Nesse caso, os exaustores não são usados e ele passa a trabalhar dependendo apenas do fluxo de ar dentro do gabinete.

A combinação de cobre, alumínio e heat-pipes não surgiu por acaso. O cobre é mais denso e por isso capaz de absorver muito mais calor que o alumínio (401W/m K contra 237W/m K), mas é, em compensação, mais caro e mais difícil de se trabalhar.

O alumínio, por sua vez, permite criar lâminas mais finas, que facilitam a dissipação do calor. Devido ao baixo ponto de fusão, ele é também muito mais fácil de se trabalhar, o que permite que os coolers sejam fabricados usando um simples processo de extrusão.

Inicialmente, todos os coolers eram feitos de alumínio, mas com o lançamento do Pentium III e do Athlon (que ultrapassavam a marca dos 50 watts em overclock) muitos fabricantes passaram a produzir coolers de cobre, inicialmente aproveitando os mesmos projetos usados nos de alumínio, como no caso do Global Win CAK38, lançado em 2001:

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Apesar de pesados e caros, os coolers dessa primeira geração não eram tão eficientes, pois embora a base de cobre cumprisse bem a função de absorver o calor, as aletas grossas não eram muito boas em dissipá-lo. Com isso, os fabricantes eram obrigados a utilizar exaustores de 5 ou 6 mill RPM, o que resolvia o problema na força bruta, mas causava outro problema: barulho.

O segredo em qualquer bom cooler é utilizar um grande número de aletas finas, aumentando a área de dissipação. Como é muito difícil produzir aletas finas usando cobre, os fabricantes passaram a combinar bases de cobre e aletas de alumínio, permitindo que cada um dos dois materiais cumpra a função que executa melhor.

Os primeiros modelos utilizavam uma base sólida de cobre, que era parafusada ou soldada a um dissipador de alumínio tradicional, formando um conjunto moderadamente eficiente, mas em compensação bem leve e barato. Um bom exemplo é o Cooler Master CP5:

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Um dos problemas com esse design é que a junção entre a base e o dissipador não é perfeita, o que prejudicava a transmissão do calor. Como resposta, muitos fabricantes passaram a fundir a base de cobre ao dissipador, criando uma junção mais perfeita, como no caso deste Foxconn NBT-CMI775, onde o círculo central é de cobre e o restante de alumínio:

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O passo seguinte foi o uso de heat-pipes, que levaram ao aparecimento de projetos bem mais eficientes, embora também muito mais caros.

Os heat-pipes são tubos ocos (quase sempre feitos de cobre) preenchidos com um fluído, que são usados para interligar uma base instalada sobre o processador (o lado quente) e o dissipador (o lado frio). O fluído evapora com o calor do processador e é condensado ao chegar ao dissipador, criando um fluxo contínuo que é capaz de transportar o calor de maneira muito eficiente.

Inicialmente, os heat-pipes eram usados em notebooks, onde quase sempre o cooler é montado “na horizontal”, com a base de um lado, o exaustor do outro e dois ou mais heat-pipes interligando as duas peças, como neste Toshiba A45:

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Heat-pipes utilizados no dissipador de um Toshiba A45

Entretanto, a busca por projetos mais eficientes fez com que eles logo chegassem aos coolers para desktops, permitindo a criação das monstruosidades que temos hoje em dia.

Muitos dos projetos mais eficientes utilizam um layout de torre, com uma base de cobre (com ou sem o acabamento em níquel, à gosto do freguês), interligada por heat-pipes a um dissipador avantajado de folhas de alumínio, com um ou dois dissipadores de 80 ou 120 milímetros. Um bom exemplo é o Noctua NF-U12P:

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A principal vantagem desse layout é que a grande área de dissipação possibilita o uso de um exaustor de baixa rotação, o que torna o conjunto bastante silencioso. Muitos modelos chegam a operar abaixo dos 30 decibéis, quase inaudíveis.

Sempre existe também a possibilidade de substituir o dissipador por outro de maior rotação para melhorar a eficiência do cooler, caso necessário. É o que acontece frequentemente no caso dos modelos menores, onde as dimensões reduzidas do dissipador são compensadas pelo fabricante com o uso de um exaustor de maior rotação.

Como sempre, existe também um mercado relativamente grande para coolers com layouts diferenciados, que utilizam os mesmos elementos básicos (base de cobre, heat-pipes e folhas de alumínio ou cobre), mas utilizam uma estética mais elaborada, como no caso do Thermaltake MaxOrb EX:

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Eles não são necessariamente mais eficientes (pelo contrário, muitas vezes o layout leva a uma redução na área de dissipação), o único grande diferencial é mesmo a aparência. No final das contas, o que torna um cooler mais ou menos eficiente é a relação entre a área de dissipação, o volume de ar deslocado pelo exaustor e a eficiência dos heat-pipes (caso usados), que precisam ser suficientes para transportar o calor da base até o dissipador.

Voltando às bases, outro fator comum é o uso de kits de fixação, que permitem que o mesmo modelo seja compatível simultaneamente com diversos soquetes, incluindo placas AM2/AM3, LGA775 e até mesmoLGA1366. Os kits consistem em braçadeiras removíveis, que são presas à base do cooler e podem ser substituídas conforme necessário:

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Mais uma tendência crescente é o uso de heat-pipes para interligar dissipadores sobre diferentes componentes da placa-mãe, permitindo que eles sejam resfriados de forma conjunta.

Na foto a seguir temos um exemplo de uso, em uma placa Asus P5B Deluxe, onde um heat-pipe é utilizado para ligar o dissipador da ponte norte do chipset e o dissipador instalado sobre os reguladores de tensão da placa. Dessa forma, o fluxo de ar gerado pelo cooler do processador acaba resfriando de forma conjunta os dois componentes:

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Heat-pipes interligando o dissipador da ponte norte e reguladores de tensão
em uma Asus P5B Deluxe

De uma forma geral, os fabricantes de placas-mãe não gostam de utilizar coolers ativos em suas placas, pois eles aumentam o índice de defeitos. Com o tempo, todo cooler acumula poeira e passa a girar mais lentamente, até parar completamente. Quando isso acontece, a placa passa a superaquecer e travar, o que prejudica a imagem do fabricante. Além disso, coolers adicionais aumentam o nível de ruído do equipamento, aumentam (embora pouco) o consumo elétrico e assim por diante. Soluções de dissipação passiva como essa da Asus P5B são cada vez mais populares, já que aproveitam o grande fluxo de ar gerado pelo cooler do processador.

Finalmente, temos os water-coolers, que utilizam água ou outro líquido refrigerante. O líquido é bombeado dentro do sistema, passando pelo water block (o módulo que fica sobre o processador) e em seguida pelo radiador, onde é resfriado.

Na verdade, o princípio de funcionamento dos watter-coolers não é diferente do dos coolers a ar que utilizam heat-pipes, mas a circulação forçada do líquido dentro do sistema faz com que o conjunto seja mais eficiente. Como em tantos outros casos, os watter coolers começaram como projetos hobísticos de alguns entusiastas, mas com o tempo algumas empresas começaram a explorar a ideia, levando o aparecimento de diversos kits.

O grande problema é que eles são sistemas muito caros, destinados a entusiastas. Um “meio termo” entre os coolers tradicionais e os water coolers são os water coolers self-contained, onde todos os componentes, incluindo a bomba, radiador, water-block e o reservatório para o fluído são combinados, criando um sistema selado.

Existem tanto layout inteiriços, que utilizam um formato similar ao de um cooler tradicional (como o Evercool Silver Night) quanto conjuntos em duas peças (como o CoolIT Systems Domino ALC), onde o watter-block é ligado ao módulo com os demais componentes através de tubos flexíveis:

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Evercool Silver Night e o CoolIT Systems Domino ALC

Em teoria, projetos como esse podem oferecer uma eficiência superior aos dos coolers a ar, ao mesmo tempo em que evitam muitas das desvantagens tradicionalmente associadas aos watter coolers. O grande problema é que o design complexo faz com que eles sejam consideravelmente mais caros e fiquem fora do alcance da maioria.

A utilidade é também um pouco questionável, já que muitos coolers a ar relativamente baratos são capazes de refrigerar processadores em overclock que dissipam 160 watts ou mais, oferecendo uma boa margem de overclock até mesmo no caso dos processadores quad-core. Levando isso em conta, gastar 100 dólares a mais para conseguir 100 ou 200 MHz adicionais no overclock acaba não sendo um bom negócio.

Como a tendência atual é produzir processadores “verdes”, que consumam menos energia e dissipem menos calor, pode ser que os coolers atinjam um “pico evolutivo” nos próximos anos, assim como aconteceu no caso dos gravadores de CD e DVD, que com o tempo estacionaram nas mesmas velocidades e passaram a cair de preço.

É importante enfatizar que, em plena era dos heat-pipes, os dissipadores simples de alumínio moldado ainda sobrevivem. O melhor exemplo são os coolers fornecidos pela Intel nos processadores boxed. Os usados nos Core 2 Quad e nos modelos de clock mais alto possuem base de cobre, mas os usados nos Pentium E, Celerons e outros modelos de baixo custo utilizam dissipadores simples de alumínio:

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Embora simples e compactos, eles são capazes de refrigerar tranquilamente processadores com TDP de 65 watts, o que os torna suficientes para os modelos onde são usados, desde que você não pretenda fazer nenhum overclock mais arrojado.

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