Moderne CPU’s bevatten miljarden transistors, verbonden door zeer fijne banen. De warmteproductie van zoveel transistors is enorm, en als ze te heet worden, kunnen ze beschadigen. Daarom is koeling één van de grootste uitdagingen bij het ontwerpen en gebruiken van CPU’s. Zelfs met een goed ontwerp hebben de meeste CPU’s extra koeling nodig in de vorm van een heat sink, ventilator, liquid cooling of andere geavanceerde oplossingen.

TDP (Thermal Design Power)
Elke CPU heeft een Thermal Design Power-specificatie (TDP), een indicatie van hoeveel warmte de CPU in normale omstandigheden kan produceren. Het koelsysteem moet in staat zijn om minstens deze hoeveelheid warmte af te voeren. Bij intensieve belasting of overklokken ligt de daadwerkelijke warmteafgifte soms hoger.

Een van de meest gangbare manieren om CPU’s te koelen, is een combinatie van een heat sink, fan (ventilator) en koelpasta. In de afbeelding hieronder zie je hoe dit samenspel eruitziet.

• Heat sink
  Dit is een metalen blok (meestal aluminium of koper) met “vinnen” die de contactoppervlakte met de lucht vergroten. Zo kan de warmte van de CPU worden afgevoerd naar de omliggende lucht.

• Ventilator (fan)
  Een ventilator, vaak direct gemonteerd op de heat sink, zorgt voor luchtstroom. De meeste ventilatoren hebben tegenwoordig variabele snelheden en worden aangestuurd via het moederbord (PWM- of DC-gestuurd). Als de CPU warmer wordt, kan de fan sneller draaien om de temperatuur onder controle te houden.

• Thermal paste
  Tussen de CPU en de heat sink zit altijd een dun laagje koelpasta. Hierdoor worden kleine oneffenheden opgevuld, zodat de warmteoverdracht optimaal is. Het aanbrengen van te veel pasta is echter niet goed: een kleine druppel in het midden van de CPU volstaat; de druk van de heat sink verdeelt het vervolgens netjes.

Voor intensiever gebruik, zoals overklokken, workstations of high-end gaming, kan liquid cooling een betere oplossing zijn. Hierbij wordt een speciaal blok (vergelijkbaar met een heat sink) op de CPU gemonteerd, maar met interne kanalen waar koelvloeistof doorheen stroomt.

• Gesloten systeem (AIO)
  Veelgebruikte waterkoelers zijn All-in-One (AIO)-systemen. Hierbij krijg je een pomp, radiator en slangetjes in één pakket. Het risico op lekken is klein als je de instructies volgt.

• Custom loops
  Enthousiastelingen bouwen soms volledig op maat gemaakte waterkoelsystemen. Hierbij gebruik je aparte componenten (pomp, reservoir, slangen, fittingen, radiator, enz.). Het is flexibeler, maar ook gevoeliger voor lekken en vergt meer onderhoud.

• Vapor Chamber
  Sommige high-end luchtkoelers of laptopkoelers gebruiken een zogeheten “vapor chamber”, een vacuümkamer met een kleine hoeveelheid vloeistof die verdampt en condenseert om warmte efficiënt te verspreiden.

• Fan Curves
  Moderne BIOS/UEFI-instellingen (en softwaretools) maken het mogelijk om de ventilatorsnelheid aan te passen op basis van CPU-temperatuur. Zo kan het systeem vrijwel stil zijn bij licht gebruik, en meer koelen (met meer geluid) als de CPU intensief wordt belast.

• Passieve Koeling
  In heel zuinige of fanloze systemen (bijv. sommige mini-PC’s of embedded toepassingen) kan passieve koeling volstaan. Daarbij wordt de warmte volledig via een grotere heat sink of behuizing afgevoerd, zonder ventilator.

---