Dingin seperti mentimun. Merancang dan menerapkan sistem thermal yang efisien dalam sebuah laptop memerlukan banyak Riset dan pemilihan bahan yang tepat dari masing-masing komponen individu dalam sistem untuk memastikan semua komponen bekerja sesuai potensi maksimalnya.
Dalam artikel ini, kita akan melihat setiap langkah dari proses thermal design dan bagaimana OEM menguji dan membuat prototipe thermal design dengan efisiensi yang maksimal. Kami mengambil contoh salah satu laptop andalan MSI; yaitu GT76 yang dapat bejalan stabil pada 5 GHz di semua core untuk menggambarkan ilustrasi proses dengan lebih baik. (artikel bersponsor)
PENGANTAR
Jadi, Anda baru saja mendapatkan sebuah laptop buas yang tipis namun juga berkekuatan super dan secara teoritis dapat memberikan Anda semua yang Anda butuhkan untuk mendominasi dunia pertempuran dalam game. Setelah mengaturnya sesuai dengan kebutuhan, Anda menjalankan game dengan gembira dan berharap menjadi pemain terakhir yang bertahan.
Tiga puluh menit dalam game, Anda melihat bahwa frame Anda turun dengan cepat dan laptop mulai terasa panas seperti kompor. Sepertinya spesifikasi yang diberikan tidak bisa mencapai kecepatan yang dijanjikan. Apa yang baru saja terjadi adalah Anda mengalami perlambatan kecepatan karena sistem pendingin yang tidak memadai.
Pentingnya sistem pendingin yang tepat dalam sebuah laptop tidak bisa dianggap remeh. Pembaca setia Notebookcheck akan menyadari banyaknya artikel yang kami tekankan mengenai pentingnya mengevaluasi dengan benar sistem pendingin sebuah laptop yang menggunakan komponen andalan dan adanya potensi throttling yang tersembunyi. Sistem pendingin yang tidak tepat dapat mengakibatkan kerugian kinerja yang signifikan dan pada akhirnya Anda mungkin membayar lebih untuk sebuah laptop yang kinerjanya lebih rendah.
Saat membeli sebuah laptop, memahami bagaimana OEM menerapkan mekanisme pendinginan adalah salah satu cara untuk menentukan potensi kinerja sebuah laptop yang baik. Headroom yang tersedia untuk pendinginan di laptop jauh lebih rendah daripada yang Anda dapatkan di PC desktop, jadi OEM telah menghadirkan cara inovatif untuk menjaga komponen seperti Intel Core i9-9980HK kelas desktop dan NVIDIA GeForce RTX 2080.
Pada artikel ini, kita akan melihat apa yang dibutuhkan dalam merancang solusi sistem pendingin yang efektif, termasuk pilihan komponen dan prototipe yang masuk dalam proses ini bersama dengan beberapa peningkatan yang telah dibuat oleh OEM belakangan ini. Ingin tahu lebih lanjut mengenai apa yang membuat laptop seperti MSI GT76 dapat menjalankan semua 8 core pada 5 GHz?
MERANCANG SOLUSI THERMAL YANG BERKUALITAS
Merancang solusi thermal yang baik dan mampu memenuhi persyaratan pembuangan panas pada komponen kunci seperti CPU, GPU, dan VRM bukanlah masalah sepele. Banyak faktor dan pengujian yang dilakukan utnuk mencoba memahami seberapa banyak panas yang dihasilkan chip dan seberapa cocok mereka dapat dimasukkan dalam sebuah laptop.
Proses merancang solusi pendinginan laptop adalah aspek yang penting dari proses riset dan ini biasanya terjadi seperti yang dijelaskan di bawah ini. Perhatikan bahwa meskipun setiap OEM memiliki cara tersendiri dalam mendesain thermal untuk memaksimalkan kinerjanya, konsepnya melibatkan penggunaan blok thermal, heat pipe, heat spreader, dan kipas yang dapat diterapkan oleh hampir semua produsen.
"Chip" dari blok thermal lama
Lihatlah bagian dalam dari MSI GP75 Leopard. Ini adalah laptop yang sangat mampu untuk bermain game 1080p dan ditenagai oleh Intel Core i7-9750H dan NVIDIA GeForce GTX 1660 Ti. Dari gambar, kita bisa melihat beberapa heat pipe tembaga yang diarahkan menjauh dari CPU dan GPU ke arah kipas.
Jika Anda melihat lebih dekat, Anda dapat melihat bahwa pipa tembaga ini mengarah menjauh dari blok tembaga yang ada pada kedua prosesor. Blok tembaga atau blok thermal ini, melakukan kontak dengan CPU/GPU y melalui thermal paste. Jadi perpindahan panas terjadi dari CPU/GPU ke Paste ke Blok Thermal ke Heat Pipe. Idenya adalah untuk mentransfer panas dari chip secepat mungkin ke blok thermal untuk pembuangan yang efisien. Mengapa ini penting?
Tanpa membahas terlalu banyak detail, setiap chip diberikan peringkat untuk menghilangkan panas dalam jumlah tertentu ketika dioperasikan pada TDP nya. Meskipun tidak ada konsensus di antara pembuat chip tentang bagaimana TDP dihitung, OEM melakukan pengujian mereka sendiri untuk melihat seberapa jauh TDP ini dapat dimaksimalkan dalam ukuran chassis laptop yang diberikan.
Kini, jika panas tidak diambil dari chip pada waktu yang tepat, peningkatan panas di sekitar chip memaksanya untuk beroperasi pada frekuensi yang lebih rendah untuk mencegah kerusakan, sehingga mempengaruhi kinerjanya. Salah satu contohnya adalah bagaimana Apple MacBook Pro 2018 dengan Core i9 pada awalnya bahkan tidak dapat mencapai nilai frekuensi yang ditingkatkan karena thermal design yang buruk.
Selain itu, panas berlebih berarti bahwa chip akan bekerja pada efisiensi dan clock yang lebih rendah, meskipun tampaknya itu mencapai frekuensi yang diperlukan, kinerja secara keseluruhan terganggu. Kemampuan untuk melakukan overclock juga sangat terhambat.
Generik vs. hasil poles dengan CNC
Blok tembaga pada MSI GT76.
Oleh karena itu, penting untuk memindahkan panas dari chip dengan efisiensi tinggi dan dalam waktu sesingkat mungkin. Tembaga adalah pilihan yang lebih disukai untuk blok thermal karena konduktivitasnya yang tinggi. Blok tembaga pada sebagian besar laptop memiliki permukaan yang kasar, yang pada tingkat mikroskopis tidak memungkinkan untuk kontak menyeluruh dengan minyak.
Untuk menghindari masalah ini dan menawarkan konduktivitas yang lebih efisien, laptop gaming yang lebih kuat seperti MSI GT76 menggunakan blok tembaga yang dipoles dengan teknologi CNC untuk memaksimalkan kontak area permukaan, yang membantu pembuangan panas dari prosesor lebih baik.
Thermal yang baik masih menjadi impian "heat pipe"
Jadi, sekarang kita telah menghilangkan panas dari chip secara efisien, kita perlu menyalurkan panas ini pergi dari CPU/GPU melalui heat pipe. Heat pipe terdiri dari bagian evaporator dan bagian kondensor dan secara teknis disebut sebagai sistem transportasi panas dua-fase.
Dalam heat pipe, cairan (biasanya air) menyerap panas dari blok thermal dan dikonversi menjadi uap (bagian evaporator) yang bergerak di sepanjang rongga pipa ke wilayah yang memiliki suhu lebih rendah (bagian kondensor). Di sini, uap mengembun menjadi air, yang kemudian diserap kembali oleh sumbu dan mengalir kembali ke posisi semula dengan aksi kapiler sementara panas dibuang ke luar.
Bagian yang berlabel "Vaporization" dapat disamakan dengan blok panas yang kita bahas di atas, sedangkan area "Heat Transfer" mirip dengan sirip dari heat spreader yang akan kita lihat sebentar lagi. Ini adalah bagaimana proses panas ditransfer dari blok thermal dan akhirnya ke sirip heat spreader dimana panas kemudian didorong keluar menggunakan kipas.
Meskipun struktur sumbu adalah kriteria utama untuk memilih heat pipe yang tepat, ada beberapa faktor lain yang harus dipertimbangkan juga untuk performa heat pipe yang efisien. Yang pertama adalah kuantitas -- semakin banyak jumlah heat pipe yang ada, maka akan semakin baik perpindahan panas dari blok thermal ke heat pipe. Namun, menentukan jumlah heat pipe tergantung pada keluaran thermal secara keseluruhan dari blok dan luas permukaan yang tersedia.
Panjang dan diameter heat pipe secara langsung mempengaruhi laju perpindahan uap dalam rongga. Semakin besar diameternya, maka semakin banyak volume uap yang dapat ditransmisikan. Panjang heat pipe tidak boleh terlalu panjang. Heat pipe yang lebih pendek dapat mentransmisikan lebih banyak panas daripada yang panjang dan heat pipe yang lebih pendek juga memiliki batas kapiler yang lebih tinggi -- tingkat dimana cairan kembali dari kondensor ke evaporator.
Banyak laptop sering menggunakan heat pipe di CPU dan GPU bersamaan. Meskipun ini menghemat biaya, namun bagian dari heat pipe antara CPU dan GPU relatif lebih dingin, yang dapat mengakibatkan kondensasi dini dari cairan yang menghambat efisiensi perpindahan panas. Oleh karena itu, di laptop gaming kelas atas seperti MSI GT76, CPU dan GPU masing-masing memiliki heat pipe dan rakitan kipas yang sesuai untuk transfer panas yang maksimal.
Dikarenakan laptop tidak memiliki ruang yang cukup untuk menampung heat pipe silinder, maka heat pipe tersebut harus diratakan dulu sebelum digunakan dalam sistem thermal. Ini menambah kerumitan karena perataan permukaan yang tidak benar atau berlebihan dapat menghambat perpindahan cairan dalam sumbu. Tekukan yang kencang juga merugikan. Namun, telah dibuktikan bahwa selama radius tekukan 3x dari diameter heat pipe, maka kinerja yang dihasilkan tidak akan terpengaruh.
Aliran udara yang lebih baik memastikan laptop yang lebih dingin
Di sinilah heat spreader dan kipas berperan. Pada tingkat yang sangat dasar, heat spreader meningkatkan area permukaan untuk panas yang datang dari heat pipe sementara kipas mengusir panas ini dengan menarik udara dingin dari luar.
Pada saat yang sama, efisiensi akan turun ketika jumlah bilah lebih sedikit dengan banyak ruang kosong di antaranya. Jadi bagaimana cara menentukan struktur kipas terbaik untuk pendinginan yang optimal?
Software simulasi memperhitungkan banyak karakteristik seperti bagaimana aliran udara diarahkan ke dalam dan ke luar chassis, ruang yang tersedia dalam chassis, volume udara yang dihasilkan dari desain kipas (CFM), luas permukaan sirip heat spreader, dll. Software ini dapat memprediksi distribusi suhu di dalam chassis di bawah simulasi beban yang berbeda. Ini membantu OEM untuk lebih memahami dan memperbaiki pengaturan sistem pendingin mereka untuk efisiensi maksimum.
Dalam video tes simulasi di bawah ini, kita bisa mendapatkan gambaran tentang bagaimana simulasi aliran udara membantu untuk memahami hasil yang mungkin timbul dari implementasi sistem pendingin. Disini, kita akan melihat bahwa hasil dari desain sample ini adalah mengisap kembali udara panas ke dalam pipa masuk sehingga menghasilkan suhu yang lebih tinggi.
Setelah melakukan perubahan yang diperlukan di sebelah kanan, kita sekarang melihat bahwa semua udara panas didorong keluar oleh kipas sehingga menghasilkan distribusi temperature yang jauh lebih seragam. Oleh karena itu, dengan menggunakan simulasi seperti itu, memungkinkan untuk membuat perubahan pada desain sistem pendingin pada tahapan merancang prototipe. Ini juga membantu dalam mendeteksi masalah yang mungkin tidak dapat diidentifikasi secara fisik.
Sekarang, mari kita pertimbangkan bagaimana semuanya bekerja dalam contoh praktis seperti MSI GT76. GT76 bertujuan untuk performa berkelanjutan jangka panjang pada 5 GHz di semua core dengan Core i9-9900K. Seperti yang terlihat di gambar, sistem pendingin GT76 menghadirkan tidak kurang dari 11 heat pipe, dua blok tembaga yang dipoles CNC, heat spreader yang disempurnakan, dan desain quad-fan. Heat spreader menjangkau seluruh laptop dan tersedianya empat kipas membantu untuk menghilangkan panas di seluruh sisi belakang, bukan hanya pada satu atau dua sudut.
MSI mengatakan bahwa simulasi ekstensif telah membantunya dalam merancang sistem aliran udara baru yang mencapai 2,25x lebih baik dibandingkan dengan kompetitornya dengan kipas GT76 yang mendorong 96 CFM udara dibandingkan dengan 42,6 CFM pada laptop lainnya. Area permukaan sirip yang lebih besar dari heat spreader yang baru juga berperan dalam mencegah 9900K dari throttling. CPU dari GT76 memiliki luas permukaan sirip sebesar 252,910 mm2 --- ~2.3x dari GT75 Titan (110,045 mm2).
Seperti yang mungkin sudah Anda pahami sekarang, merancang sistem pendingin yang tepat yang memungkinkan komponen untuk bekerja pada potensi penuhnya adalah salah satu tujuan terpenting dalam riset laptop. Berbagai aspek, dimulai dari membayangkan bagaimana aliran udara seharusnya terjadi dalam chassis hingga memilih bahan yang tepat dan pengujian simulasi, memainkan peran penting dalam memastikan bahwa anda dapat bekerja atau bermain tanpa mengorbankan performa.
Meskipun kami telah mempelajari beberapa aspek pendingin pada perangkat, banyak optimasi software juga diperlukan untuk memastikan bahwa sistem dapat mendeteksi keadaan suhu dan mengaturnya sesuai dengan kebutuhan. Kami berharap bahwa pengetahuan mengenai bagaimana solusi pendingin sebuah laptop dirancang telah memainkan perannya dalam memajukan pengetahuan anda mengenai aspek penting dalam membeli sebuah laptop.
MSI mengatakan bahwa laptop dengan solusi pendingin yang lebih baik akan menjadi fokus dari program 'back to school' yang akan datang sehingga diharapkan untuk menghadirkan solusi pendingin yang ditingkatkan di seluruh portofolio MSI.
Perhatikan terus pembahasan ini untuk topik laptop 101 berikutnya termasuk, apa yang menentukan akurasi dari panel LCD, desain touchpad, akustik, dan masih banyak lagi.
Follow Instagram @kompasianacom juga Tiktok @kompasiana biar nggak ketinggalan event seru komunitas dan tips dapat cuan dari Kompasiana. Baca juga cerita inspiratif langsung dari smartphone kamu dengan bergabung di WhatsApp Channel Kompasiana di SINI
