Solid-State Cooling เทคโนโลยีระบายความร้อนแบบใหม่ แบบบางเฉียบ

Solid-State Cooling เทคโนโลยีระบายความร้อนแบบใหม่ ที่มาพร้อมกับความบางเฉียบ

คอมพิวเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่ไม่ถูกกับความร้อน เพราะเมื่อ CPU มีอุณหภูมิร้อน ไปจนถึงระดับหนึ่ง มันก็จะลดความเร็วในการทำงานลง เพื่อป้องกันไม่ให้ความร้อนสูงเกินไปจนทำให้ ฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ (Computer Hardware) เกิดความเสียหายได้

ระบบระบายความร้อนจึงถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อแก้ไขปัญหานี้ ที่เราเห็นกันบ่อย ๆ ก็จะมีพัดลม Heatsink (Fan Cooling) กับระบบระบายความร้อนด้วยน้ำ (Liquid Cooling) กับอีกประเภทคือแบบไร้พัดลม (Fanless) ไปเลย ซึ่งแบบ Fanless มักถูกใช้ในอุปกรณ์ที่มีพื้นที่จำกัด ต้องการออกแบบให้บาง และน้ำหนักเบาเป็นพิเศษ แต่มันก็แลกมากับประสิทธิภาพในการระบายความร้อนที่ด้อยกว่าแบบอื่น ๆ

ข้อมูลเพิ่มเติม : พัดลม Heatsink หรือ ชุดระบายความร้อนด้วยน้ำ แบบไหนระบายความร้อนคอมพิวเตอร์ ได้ดีกว่ากัน ?

ทว่าล่าสุด มีการคิดค้นเทคโนโลยีระบายความร้อนแบบใหม่ที่เรียกว่า Solid-State Cooling ซึ่งมันมีขนาดเล็ก บางเฉียบ ใช้พื้นที่ในการติดตั้งน้อยมาก มันคืออะไร ? ทำงานอย่างไร ? มาทำความรู้จักกับเทคโนโลยีนี้กันเลย

ภาพจาก : https://www.tomshardware.com/pc-components/ssds/ssd-active-cooling-tech-keeps-getting-better

เทคโนโลยี Solid-State Cooling คืออะไร ? (What is Solid-State Cooling Technology ?)

Solid-State Cooling เป็นเทคโนโลยีระบายความร้อนที่อาศัยประโยชน์จากปรากฏการณ์เพียโซอิเล็กทริค (Piezoellectric) มาใช้สร้างระบบระบายความร้อนที่ไม่ต้องมีพัดลม, ปั๊มน้ำ, หม้อน้ำ หรือฮีตซิงค์ขนาดใหญ่ ซึ่งก็ตามชื่อของมันเลยคือ "Solid (แข็ง)" และ "State (สถานะ)" คือ เป็นระบบที่ไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนไหว

ทั้งนี้ Solid-State Cooling ไม่ได้มีแค่ Piezoellectric เพียงเทคนิคเดียว เคยมีแบบที่อาศัยปรากฏการณ์เพลเทียร์ (Peltier) มาก่อนแล้ว เพียงแต่เทคนิคนี้ยังไม่ถูกนำมาใช้ในฮารฺดแวร์ระดับลูกค้าทั่วไป 

เพียโซอิเล็กทริค (Piezoellectric) เป็นปรากฏการณ์ที่วัสดุบางชนิดจะสร้าง "ประจุไฟฟ้า" ขึ้นมาได้เมื่อมันได้รับแรงเค้น ในทางตรงกันข้าม วัสดุชนิดเดียวกันนี้จะ "สั่นสะเทือน" เมื่อมันได้รับอิทธิพลจากประจุไฟฟ้า ซึ่งปรากฏการณ์นี้ได้ถูกบริษัท Flore Systems นำมาพัฒนาเป็นระบบระบายความร้อนแบบ Solid-State Cooling ที่ทำให้มันน่าสนใจคือ นี่ไม่ใช่เทคโนโลยีสุดเจ๋งที่ทำงานได้เฉพาะในห้องทดลอง แต่มันกำลังจะวางจำหน่ายจริงให้กับลูกค้าทั่วไปแล้ว

Solid-State Cooling ทำงานอย่างไร ? (How does Solid-State Cooling work ?)

Solid-State Cooling จากบริษัท Flore System ใช้ชื่อว่า AirJet โดยภายในจะมีแผ่นเมมเบรน (Membranes) ที่มีความบางเฉียบ ที่เมื่อได้รับอิทธิพลจากประจุไฟฟ้า มันจะสั่นด้วยความเร็วสูงระดับคลื่นความถี่อัลตราโซนิค (Ultrasonic) ซึ่งเป็นคลื่นความถี่ระดับที่สูงกว่า คลื่นเสียงที่มีความถี่สูงกว่า 20 KHz ขึ้นไป เป็นระดับที่มนุษย์ไม่สามารถได้ยิน

แรงสั่นจากแผ่นเมมเบรนนี้จะทำให้เกิดกระแสไหลเวียนของอากาศ (Airflow) ที่รุนแรงขึ้นมา ทำให้อากาศถูกดูดเข้าไปในโมดูลทำความเย็นที่อยู่ด้านใน ดังภาพด้านล่างนี้

ภาพจาก : https://www.howtogeek.com/what-is-solid-state-cooling/

เมื่ออากาศไหลเข้าสู่โมดูล ตัวเมมเบรนที่อยู่ด้านในจะเปลี่ยนกระแสลมธรรมดา ให้กลายเป็นกระแสลมความเร็วสูง นี่เป็นเหตุผลที่มันถูกเรียกว่า "AirJet" ซึ่งกระแสลมความเร็วสูงนี้จะนำพาความร้อนที่สะสมอยู่ภายในเคลื่อนที่ออกไปด้วย ทำให้อุณหภูมิที่อยู่ติดกับตัว AirJet มีอุณหภูมิลดลง 

ภาพจาก : https://www.howtogeek.com/what-is-solid-state-cooling/

เห็นแบน และบางเฉียบขนาดนี้ แต่ความเร็วลมที่ทำได้ ไม่ใช่ลมเบา ๆ นะ แรงอยู่

ภาพจาก : https://www.theverge.com/2023/5/23/23733592/frore-airjet-zotac-mini-desktop-pc-zbox-pi430aj-price

เปรียบเทียบ Solid-State Cooling กับระบบระบายความร้อนแบบเดิม (Comparisons between Solid-State Cooling work and Traditional Cooling System)

หากเทียบ Solid-State Cooling กับระบบระบายความร้อนแบบดั้งเดิมไม่ว่าจะเป็นพัดลมฮีตซิงค์ หรือชุดน้ำแล้วล่ะก็ มันก็มีข้อได้เปรียบอยู่หลายด้าน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุปกรณ์ที่มีพื้นที่จำกัดอย่างในพวกอุปกรณ์พกพา, Mini PC หรือแม้แต่ฮาร์ดแวร์บางชิ้นส่วนที่อยู่ใน เครื่อง PC

ชุดน้ำ (Liquid cooling) เป็นระบบระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพในการถ่ายเทความร้อนได้อย่างดีเยี่ยม แต่มันต้องมีท่อน้ำ, ปั๊มน้ำ และหม้อน้ำ ทำให้ใช้งานกันแค่บน PC ที่ไม่ต้องใส่ใจเรื่องพื้นที่ ส่วนในโน้ตบุ๊คก็จัดว่าเป็นของหายาก มีใส่มาแค่ในเกมมิ่งโน้ตบุ๊คระดับพรีเมี่ยมเท่านั้น

ส่วนการเปรียบเทียบ Solid-State Cooling กับพัดลมฮีตซิงค์ ก็ยังเหนือกว่าหลายด้าน ทั้งพื้นที่ในการติดตั้ง, เสียงในขณะที่ทำงาน และอัตราการใช้พลังงาน ใครที่ใช้เกมมิ่งโน้ตบุ๊คอยู่น่าจะรู้ดีอยู่แล้วว่า เสียงพัดลมในขณะที่เล่นเกมนั้นดังขนาดไหน ? แถมการทำงานของพัดลมก็ยังใช้พลังงานจากแบตเตอรี่เยอะกว่าอีกด้วย โดย Solid-State Cooling จะใช้พลังงานเฉลี่ยเพียง 1W - 1.75W เท่านั้น และมีเสียงเกิดขึ้นในขณะที่ทำงานเพียง 21 dBA เท่านั้น ซึ่งเบาจนแทบไม่ได้ยินเสียงเลยด้วยซ้ำ

ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดคือ MacBook Air และ Macbook Pro ที่ใช้ชิป M2 เหมือนกัน ซึ่งใน MacBook Air ปกติจะทำงานที่ค่า Thermal Design Power (TDP) ที่ 10W เป็นหลัก จะมีเพิ่มความเร็วไปทำงานที่ 20W ในช่วงเวลาสั้น ๆ เท่านั้น เนื่องจาก Macbook Air ใช้ระบบระบายความร้อนแบบไร้พัดลม ทำให้เมื่อเทียบกับ MacBook Pro ที่มีพัดลมระบายความร้อนแล้ว ประสิทธิภาพในการทำงานจึงต่างกันมาก แม้จะใช้ชิปตัวเดียวกันก็ตาม

ภาพจาก : https://arstechnica.com/gadgets/2023/11/macbook-air-gets-solid-state-active-cooling-in-intriguing-demo/2/

แต่เมื่อนำ AirJet ไปติดตั้งใน MacBook Air ผลทดสอบด้วย Cinebench พบว่า ได้ประสิทธิภาพในการทำงานเท่ากันเลย โดยที่ไม่ได้มีการปรับแต่งค่าการทำงานของตัวระบบปฏิบัติการแต่อย่างใด ซึ่งเป็นผลมาจากความร้อนที่ลดลง ทำให้ทำงานที่ 20W ได้เกือบตลอด

ภาพจาก : https://arstechnica.com/gadgets/2023/11/macbook-air-gets-solid-state-active-cooling-in-intriguing-demo/2/

อุปกรณ์ที่ได้ประโยชน์จาก Solid-State Cooling (Devices that get benefits from Solid-State Cooling)

Solid-State Cooling เป็นระบบระบายความร้อนที่มีขนาดเล็กมาก อุปกรณ์จำพวก PC Handheld, Mini PC และโน้ตบุ๊คจึงได้รับประโยชน์โดยตรง ไม่ว่าจะเป็นการที่ขนาดเล็ก ทำให้สามารถเหลือพื้นที่ไปใช้ประโยชน์ด้านอื่นได้ เช่น เพิ่มขนาดของแบตเตอรี่ และการที่มันใช้พลังงานในการทำงานน้อย ก็ช่วยให้อุปกรณ์สามารถใช้งานได้ยาวนานขึ้นอีกด้วย

ในส่วนของ PC เราจะสังเกตเห็นว่า RAM และ SSD ที่มีความเร็วสูงก็จะมาพร้อมกับฮีตซิงค์เพื่อช่วยลดความร้อนในขณะที่ทำงาน ซึ่งในจุดนี้ Solid-State Cooling ก็สามารถเข้าไปทำงานแทนได้ด้วยเช่นกัน แถมยังลดอุณหภูมิได้ดีกว่าอีกด้วย

และเรายังอาจเห็นการนำเทคโนโลยีไปใช้ในสมาร์ทโฟน และแท็บเล็ตด้วย เพื่อช่วยแก้ปัญหาความร้อนสูงที่เกิดขึ้นในขณะที่เล่นเกม และถ่ายวิดีโอได้เป็นอย่างดี

ภาพจาก : https://www.pcworld.com/article/1476932/is-airjets-solid-state-cooling-the-future-of-pc-thermals.html

อย่างไรก็ตาม ปัญหาของเทคโนโลยี Airjet ในตอนนี้ น่าจะเป็นเรื่องของราคา เนื่องจากเป็นเทคโนโลยีใหม่ ทำให้ราคาเปิดตัวของมันเริ่มต้นที่ $500 (ประมาณ 18,019 บาท) เลยทีเดียว แต่ธรรมชาติของเทคโนโลยี ราคาของมันก็จะลดลงเรื่อย ๆ ในอนาคต Solid-State Cooling อาจกลายเป็นอีกทางเลือกหนึ่งที่ราคาจับต้องได้