CPU COOLING SYSTEM
Dari pertama computer ditemukan sampai sekarang hampir semua peripheral computer yang tertanam pada suatu motherboard (integrated circuits seperti processor, chipset dan graphics cards (VGA)) dan perangkat tambahan lainnnya (hardisk dan optikal drive) akan menghasilkan panas dari suhu yang relatif rendah (30ºC-35ºC) sampai tinggi (35ºC-90Cº) hal ini merupakan suatu masalah tersendiri bagi para pengguna computer karena suhu yang relative tinggi akan memperpendek umur dari peripheral computer tersebut, bahkan membuat system tidak stabil dan pada akhirnya terjadi system crash atau kita kenal dengan Blue Screen of Death (BSOD) oleh karena itu diperlukan suatu solusi pendingin yang dapat mengurangi panas yang dihasilkan oleh tiap peripheral computer tersebut agar umur penggunaan lebih lama dan tentunya lebih awet. Salah satu komponen yang menghasilkan panas cukup tinggi adalah processor, Ia juga merupakan komponen yang membutuhkan paling banyak daya input dibandingkan komponen lain, Meskipun perkembangan teknologi terakhir daya input yang dibutuhkan oleh VGA card juga semakin meningkat. semakin cepat kinerja processor maka konsekuensinya adalah radiasi panas yang semakin besar, tanpa didukung pendingin yang memadai maka kestabilan system menjadi taruhannya dan yang terburuk adalah kerusahan komponen. suhu standar dari sebuah processor dengan pendingin standar dan penggunaan standar (mengetik, memutar file musik dan film DVD/CD, editing foto/video, dan pekerjaan standar lainnya) adalah 30ºC-50ºC. Seperti diketahui, salah satu masalah yang harus dihadapi processor sebuah komputer adalah cara mengatasi panas yang dihasilkan. Apalagi dengan rangkaian yang semakin komplek dan jumlah komponen yang semakin banyak seperti prosesor saat ini, panas yang dihasilkan sebuah processor menjadi semakin besar, tetapi hal tersebut masih bisa diminimalisir dengan technology ukuran transistor processor yang semakin kecil sampai ukuran 45nm dan sedang dalam perkembangan adalah ukuran transistor processor 32 nm dan sebuah processor sekarang sudah memiliki fitur untuk mengatasi panas yang dihasilkan processor seperti fitur TDP (Thermal Design Power atau Thermal Design Point) pada processor INTEL dan Kereenn..’n quite pada processor AMD tetap saja belum dapat membebaskan processor dari pendingin tambahan. Bisa dikatakan, tanpa bantuan pendingin, processor tidak akan sanggup bekerja karena panas yang dihasilkan akan terakumulasi terus-menerus sampai batas TDP pada processor INTEL sehingga processor akan menghentikan semua proses kalkulasinya atau computer akan mati dengan otomatis. Ada beberapa hal yang meyebabkan suhu dari beberapa peripheral computer meningkat dengan cepat, yaitu
1. kenaikan kecepatan frekuensi dan voltase pada peripheral computer yang didesain kurang optimal dalam efisiensi daya yang dipakai
2. debu yang menempel pada setiap peripheral dan kipas pendingin
3. airflow yang tidak optimal dapat menyebabkan turbulensi angin didalam casing computer sehingga terjadi pengumpulan panas pada satu tempat
4. heat spreader atau heat sink pendingin yang tidak optimal

Mayoritas pengguna computer di negeri ini menggunakan system pendingin standar bawaan PC. Tetapi bagaimana dengan para mania overclock yang memaksa prosesor PC-nya bekerja sampai pada ambang batas kemampuannya? Dan bagaimana para pengguna yang memakai PC-nya untuk bekerja sampai 24 jam sehari? atau bagi para mania computer yang hanya sekedar menghias tampilan bagian dalam sebuah computer? Saya yakin mereka akan merasa kurang dengan kinerja dan tampilan yang diberikan oleh pendingin standar sehingga akan mencari solusi pendingin yang lebih baik dalam melepas panas yang dihasilkan oleh peripheral computer khususnya processor. Sebenarnya teknologi pendinginan PC juga berevolusi selama tugas pendampingannya terhadap prosesor. Tetapi memang tidak secepat perkembangan teknologi prosesor itu sendiri. Hal ini dikarena untuk kondisi penggunaan normal (mengetik, memutar file musik dan film DVD/CD, editing foto/video, dan pekerjaan standar lainnya) penggunaan teknologi pendinginan standar sudah cukup untuk mendinginkan prosesor. Sekarang kita akan membahas beberapa jenis pendingin processor kelas menengah keatas sampai tingkat pendingin ekstreme. Secara garis besar, jenis sistem pendingin processor, VGA, chipset dapat dibagi menjadi 3, yaitu sistem pendingin udara (air cooling system), sistem pendingin air (water cooling system), dan peltier (thermoelectric).

Air cooling system
Air cooling system atau sistem pendingin udara yang memanfaatkan gerakan udara yang didorongkan oleh kipas ke arah processor, VGA, chipset, HDD dengan tambahan heatsink atau tidak, sistem ini merupakan sistem pendingin yang paling tua di dunia PC dan merupakan standar pendingin pada processor karena harganya yang cukup terjangkau, sistem ini memiliki 2 buah komponen standar yaitu fan ( kipas ) dan heatsink tetapi pada perkembanganya digunakan juga sistem heatpipe. heatsink berfungsi sebagai penyerap panas dari processor dengan bentuk sirip untuk pelepasan panas yang lebih optimal sedangkan kipas berfungsi sebagai pengurai panas heatsink ke udara sekitar sehingga pelepasan panas dapat berlangsung lebih cepat, walaupun begitu sistem pendingin ini memiliki beberapa kekurangan yaitu
1. bising pada putaran kipas yang tinggi,
2. penurunan kinerja kipas pada pemakaian jangka panjang (putaran kipas tidak maksimal) dikarenakan debu yang terakumulasi dan kurang optimal jika digunakan pada komputer berkinerja tinggi.
Tapi pada saat ini sudah banyak produsen-produsen cooling system yang memodifikasi kekurangan tersebut dengan penambahan copper based sebagai penyerap panas yang lebih baik dan dikolaborasikan dengan aluminium fin sebagai pengurai panas serta penambahan heatpipe copper based dengan berbagai ukuran diameter untuk hasil peyerapan panas yang lebih optimal dan penggunaan fan dengan ukuran yang lebih besar dapat mengatasi suara bising yang dihasilkan air cooling system standar tentunya dengan volume udara yang lebih besar daripada fan standar dan kinerja yang lebih baik daripada pendingin bawaan processor. Bentuk desain dan bahan dasar heatsink bermacam-macam, ada yang terbuat dari bahan dasar keseluruhan tembaga (copper), tembaga dengan dilapisi oleh nikel, dan kombinasi tembaga sebagai penyerap panas yang bersentuhan langsung dengan processor dengan aluminium fin sebagai pengurai panas atau desain heatpipe yang bersentuhan langsung panas processor lebih cepat karena panas yang dihasilkan oleh processor akan langsung diserap oleh heatpipe yang dialirkan kepada sirip-sirip aluminium sebagai pendingin. Sekarang kita akan membahas satu per satu komponen air cooling ini.

HEATSINK
Dapat kita sebut sebagai material yang dapat menyerap dan mendisipasi panas dari suatu tempat yang bersentuhan dengan sumber panas dan membuangnya. Heatsink digunakan pada beberapa teknologi pendingin seperti refrigeration, mesin pemanas, pendingin elektronik dan laser.
Terdapat 2 bagian heatsink yaitu bagian penyerap panas dan bagian pendinginan, pada bagian penyerapan panas biasanya terbuat dari aluminium atau tembaga. bagian pendinginan terbuat dari aluminium. Teknologi pendinginan ini ditemukan oleh Daniel L.Thomas pada tahun 1982.

Heatsink dapat diaplikasikan pada beberapa jenis pendingin sehingga performa dari heatsink sendiri dapat berbeda-beda tergantung pada pendingin tambahan yang menyertainya. Heatsink dapat digunakan tanpa penambahan perangkat pendinginan lain seperti kipas dan air atau disebut dengan pasif cooling, penggunaan pasif cooling banyak diaplikasikan pada chipset mainboard, VGA, PWM dan chipset memory.

Berikut adalah karakteristik dari heatsink
1.Luas area heatsink akan menyebabkan disipasi panas menjadi lebih baik karena akan memperluas area pendinginan yang dapat mempercepat proses pembuangan panas yang diserap oleh heatsink.
2.Bentuk aerodinamik yang baik dapat mempermudah aliran udara panas agar cepat dikeluarkan melalui sirip-sirip pendingin. Khususnya pada heatsink dengan jumlah sirip yang banyak tetapi dengan jarak antar sirip berdekatan akan membuat aliran udara tidak sempurna sehingga perlu ditambahkan sebuah kipas untuk memperlancar aliran udara pada jenis heatsink tersebut.
3.Transer panas yang baik pada setiap heatsink juga akan mempermudah pelepasan panas dari sumber panas ke bagian sirip-sirip pendingin. Desain sirip yang tipis memiliki memiliki konduktifitas yang lebih baik.
4.Desain permukaan dasar heatsink sampai pada ”mirror finish” atau tingkat kedatarannya tinggi sehingga dapat menyentuh permukaan sumber panas lebih baik dan merata. Hal ini dapat menyebabkan penyerapan panas lebih sempurna, tetapi untuk mengindari resistensi dengan sumber panas heatsink tetap harus menggunakan suatu pasta atau thermal compound dan agar luas permukaan sentuh juga lebih merata.

mirror finishing

non mirror finishing

Bahan material heatsink
konduktivitas panas dari sebuah heatsink adalah faktor utama suatu heatsink dapat mendisipasi panas dengan baik. Bahan logam yang sering digunakan dalam bahan dasar heatsink adalah :
1.Silver/perak dan emas memiliki tingkat konduktivitas tertinggi tetapi dengan harga yang sangat mahal maka tidak dimungkinkan para produsen untuk membuat dan memasarkan produk pendingin dengan bahan dasar ini.
2.Copper atau Tembaga memiliki konduktivitas tertinggi ke 2 sehingga penyerapan panasnya juga baik. Tembaga memiliki sifat menyerap panas dengan cepat tetapi tidak bisa melepaskan panas dengan cepat sehingga bisa terjadi penumpukan panas pada 1 tempat. Selain itu kekurangan yang menyertainya yaitu memiliki berat yang lebih besar dari pada aluminium, harga yang mahal, dan proses produksi yang rumit.
3.Aluminium memiliki tingkat konduktivitas dibawah tembaga sehingga penyerapanya kurang sepurna, tetapi memiliki kemampuan terbalik dengan tembaga yaitu memiliki kemampuan melepas atau mengurai panas dengan baik tetapi bahan aluminium kurang baik dalam penyerapan panas dan memiliki harga yang lebih rendah dengan berat yang ringan.
4.Penggabungan antara kedua material tersebut merupakan kombinasi yang sangat baik. Disatu sisi tembaga dapat menyerap panas dengan cepat dan dan disisi lain aluminium dapat melepaskan panas yang diserap oleh tembaga. Kombinasi ini digunakan oleh para produsen heatsink untuk memproduksi produk heatsink mereka dengan kombinasi 2 material pendingin ini

Heatsink yang dikombinasikan antara tembaga dan aluminium

Beberapa jenis produksi heatsink
1. Extrusion


Desain heatsink extrusion dapat mengalirkan udara dari kipas ke bagian dasar heatsink dan meneruskan udara ke segala arah desain yang dipakai oleh HSF standar processor INTEL dan AMD

2. Die-cast heatsinks


3. Cold forging


4. Milled/cut heatsinks


5. Bonded fin / folded fin

FAN atau kipas pendingin
Pilihan paling ekonomis untuk meningkatkan performa pendinginan heatsink adalah penambahan kipas. Setelah mengenal teknologi heatsink maka kipas adalah faktor pendongkrak performa pedinginan. Tetapi kita dihadapkan pada suara yang dihasilkan oleh kipas tertentu yang memiliki tingkat kebisingan tinggi dan performa yang tidak baik. Sekarang kita akan mengupas tentang teknologi kipas pendingin peripheral komputer. Berikut adalah faktor-faktor yang mempengaruhi performa dari kipas pendingin :
1. Kualitas dan ukuran kipas
Peforma kipas diukur dengan satuan CFM (cubic feet per minute) atau dari kecepatan putaran kipas, tetapi CFM lebih berpengaruh daripada kecepatan kipas ketika ukuran kipas diperbesar. Sekarang banyak beredar jenis kipas berukuran 80mm dan 120mm ada juga yang berukuran 90mm dan 250mm tetapi masih jarang kita temukan. Kipas berukuran besar akan meghasilkan volume yang besar juga tanpa harus berputar dengan kencang, berbeda dengan ukuran kipas yang lebih kecil, untuk dapat mengalirkan udara dengan volume yang besar maka diperlukan putaran yang cepat sehingga menimbulkan suara bising dari rotor kipas. Kualitas dari desain rotor juga berpengaruh pada peforma kipas yaitu jika berputar pada keceatan tinggi (80mm = 4000 RPM 120mm = 1800 RPM) akan menimbulkan panas dan suara bising, panas itu berasal dari putaran rotor dan daya yang dipakai oleh kipas dengan ampere kecil dan lama-kelamaan performa kipas akan menurun. Hal ini dapat diatasi dengan memilih kipas berkualitas baik dengan Ampere yg lebih besar sehingga dapat menekan panas dan suara bisingnya.
2. Tipe bearing kipas
Bearing adalah tumpukan plat logam yang dililit oleh kawat tipis pada rotor kipas. Ada 2 jenis bearing yaitu ball bearing dan sleeve bearing. Jenis Ball bearing lebih mahal dan lebih besar dalam menimbulkan suara bising kipas. Jenis sleeve bearing mempunyai bentuk lebih sederhana, kipas akan berputar didalam plat cincin bearing. Tetapi solusi terbaik adalah penggunaan jenis ball bearing dengan kualitas yang baik. Jenis ini dapat tetap digunakan selama bertahun-tahun tanpa penambahan pelumas. Biasanya suatu kipas memiliki 2 bearing karena untuk menjaga keseimbangan putaran rotor.
3. Plat penyetabil putaran kipas
Ketika kita memasang ban baru pada mobil maka ban tersebut harus diseimbangkan terlebih dahulu mungkin dengan penambahan plat logam, hal ini berlaku juga pada rotor kipas. Putaran rotor kipas yang seimbang akan meminimalkan suara dan memaksimalkan performa putaran kipas
4. Pemasangan dan desain FAN grill
Pemasangan kipas juga berpengaruh pada performa yang dihasilkan karena pemasangan yang tidak benar dapat menyebabkan turbulensi udara sehingga mengganggu aliran udara dalam casing atau peripheral komputer lain. Desain dari FAN grill juga berpengaruh pada performa kipas yaitu jika desain fan grill buruk juga akan menyebabkan turbulensi udara yang dapat menyebabkan tidak maksimalnya udara yang dimasukan atau dikeluarkan. Pemasangan FAN grill perlu diperhatikan, jika anda akan memasang FAN grill pada aliran udara yang masuk ke dalam casing sebaiknya menggunakan desain FAN grill yang baik dan pada kipas yang bertugas mengeluarkan udara panas dari dalam casing sebaiknya tidak menggunakan FAN grill.
HEATPIPE
Heat pipe adalah sebuah technology penghantaran panas dengan menggunakan pipa berukuran tertentu yang berisi cairan khusus sebagai penghantar panas dari ujung yang panas ke ujung lain sebagai pendingin. Pipa tersebut biasanya terbuat dari bahan aluminium, tembaga atau tembaga berlapis nikel. System pendingin ini pertama kali diumumkan dan dipatenkan oleh R.S.Gaugler of general motors pada tahun 1942 dan didemonstrasikan pertama oleh George Grover di Los Alamos National Laboratory pada tahun 1963 dan diumumkan pada jurnal fisika tahun 1964. Sejak pengenalannya pada tahun 1942 sistem pendingin ini digunakan oleh NASA untuk mendinginkan komponen pada pesawat ruang angkasa dan pembangkit daya nuklir. Dan pada tahun 1980an-sampai sekarang heatpipe digunakan juga untuk mendinginkan sebuah laptop, consol game, dan beberapa peripheral computer lainnya yang menghasilkan panas cukup besar seperti VGA, chipset mainboard dan bahkan chipset memory. Penggunaan pada system air cooling sama seperti heatsink yaitu untuk mengoptimalkan pendinginan, pada beberapa produsen cooling system mengkombinasikan kipas, heatsink dan heatpipe dalam 1 produk mereka untuk hasil yang optimal.
Mekanisme penghantaran panasnya yaitu sebagian dari bagian dalam pipa berisi cairan ( air, ethanol, atau bahkan mercury ), cairan pada bagian pipa yang bekerja sebagai penyerap panas akan menguap dikarenakan panas yang dihasilkan oleh processor. Uap cairan dan ditambah tekanan udara yang bertambah besar akan menggerakan uap panas cairan tersebut ke ujung yang dingin. Saat mencapai bagian yang dingin, uap cairan akan akan mengalami kondensasi dan kembali berubah pada bentuk cair

Pada tahun 2005 sebuah riset mengenai pengunaan heatpipe pada komponen pendingin computer telah dilakukan oleh enginer team yang diketuai oleh S. Rittidech dari Mahasarakham University, Thailand dengan judul “CPU Cooling of Desktop PC by Closed-end Oscillating Heat-pipe (CEOHP)”.

Desain penelitian tersebut menggunakan 2 perbandingan kecepatan kipas yaitu 2000 Rpm dan 4000 Rpm dan heatpipe terbuat dari tembaga dengan diameter 0,002 m. Hasil dari penelitian tersebut adalah terjadi penurunan suhu yang signifikan pada penggunaan heatpipe dibandingkan dengan tidak menggunakan sistem heatpipe atau desain heatsink konvensional dari box processor.
Desain heatpipe

3 Komponen standar dari sebuah heatpipe dan faktor-faktor yang mempengaruhi performa heatpipe
1. Cairan pendingin yang terdapat dalam heatpipe
Karakteristik dari cairan yang bertugas mentransfer panas dari sumber panas ke bagian pendingin merupakan salahsatu faktor utama untuk menentukan kualitas pendinginan heatpipe. Beberapa sifat cairan tersebut adalah :
a. Kompabilitas dengan material heatpipe, ada cairan tertentu yang dapat merusak heatpipe sehingga heatpipe harus didesain menggunakan material tertentu.]
b. Kestabilan suhu cairan akan mempengaruhi proses penguapan pada cairan, pada cairan tertentu dapat menguap pada suhu tertentu juga, pada saat suhu cairan sudah mencapai titik penguapan maka uap panas tersebut akan mengalir pada bagian pendinginan.
c. Tekanan udara yang dihasilkan tidak terlalu tinggi agar cairan tersebut dapat bekerja kembali pada suhu normalnya dan dapat kembali ke bagian penyerapan panas untuk menyerap panas kembali.
d. Konduktifitas cairan yang tinggi sehingga penyerapan dapat berlangsung cepat dengan aliran uap cairan yang minimal sehingga penyerapan panas oleh cairan dapat berlangsung secara bergantian
e. Dapat bekerja pada suhu pembekuan atau dibawah 0 º C untuk sistem pendingin CPU teroverclock extreme atau penggunaan heatpipe pada pesawat ruang angkasa dan pendingin reaktor daya nuklir
2. Bahan dasar heatpipe
Bahan dasar logam heatpipe berfungsi sebagai pengisolasi cairan, penyerap sumber panas dan pentransfer panas dari heatpipe ke dalam cairan untuk ditransfer ke bagian pendinginan.
Faktor pemilihan material logam dasar heatpipe adalah :
a. Kompabilitas dengan cairan heatpipe
b. Rasio berat logam heatpipe
c. Tingkat konduktifitas logam heatpipe
d. Kemudahan dalam proses produksi
Antara cairan dan bahan dasar heatpipe harus kompatibel untuk menghindari korosi reaksi kimia antara cairan dan logam heatpipe karena dapat merusak logam heatpipe dan menimbulkan reaksi kimia dalam heatpipe yang dapat menimbulkan gas yang sulit menguap.
Tabel kompabilitas antara suhu,jenis cairan,dan material logam heatpipe
Pada sistem pendinginan komputer jenis cairan dan material logam yang sering digunakan adalah methanol dengan meterial tembaga, nikel, stainless steel. Dan air dengan material tembaga,nikel. Selain bahan tersebut maka teknologi heatpipe digunakan pada teknologi pesawat luar angkasa, pembangkit daya nuklir dll.
3. Struktur kapilaritas pipa
Bisa kita sebut sebagai desain dinding bagian dalam heatpipe. Ada 4 jenis struktur desain kapilariatas heatpipe :
a. Groove
b. Wire mesh
c. Sintered powder metal
d. Fiber/string
Jenis Struktur tersebut dapat mempengaruhi aliran uap panas cairan dari bagian penyerap panas ke bagian pendinginan. desain kapilaritas memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing tergantung pada desain heatsink yang menyertainya.
4. Panjang dan diameter heatpipe
Tekanan antara kondenser dan evaporator berbeda agar suhu panas dapat mengalir dari tempat sumber panas ke tempat pendinginan. Diameter dan panjang heatpipe mempengaruhi aliran panas tersebut, diameter yang besar memungkinkan aliran uap cairan yang panas dapat mengalir dengan cepat ke bagian pendinginan kerena luas area penghantaran yang besar. Ukuran panjang heatpipe yang pendek akan lebih cepat dalam mendisipasi panas ketika heatpipe tidak dipengaruhi oleh gravitasi karena waktu yang diperlukan oleh uap cairan untuk kembali ke bentuk cairan seperti semula lebih cepat dan dapat menyerap panas kembali.

Terima kasih.
Semoga bermanfaat.