Prozessor Kühlung - Kühlkörper, Lüfter und Staub

Ob in einem Server oder einem Computer, dem Prozessor wird bei der Arbeit sehr warm. Um eine Überhitzung der CPU zu vermeiden, ist ein Kühler erforderlich. Die Kühler moderner Prozessoren sind große Kühlkörper und Lüfter, die als Prozessor Kühlung dienen. Die Grafikkarte und andere Komponenten im Server oder Computer werden ebenfalls heiß und müssen gekühlt werden. Daher gibt es andere Lüfter, wie z. B. für Netzteile, Grafikkarten und das Gehäuse selbst.

 

Server Kühlung

 

Prozessorkühlung

Die Kühlung eines Prozessors ist eine große Herausforderung. Früher wurden Prozessoren bestenfalls etwas warm, die Luft im Inneren des Gehäuses konnte die Prozessoren vollständig kühlen. Ein Prozessor ist ein elektronischer Halbleiterbaustein, der mit Spannung und Strom betrieben wird. Jede elektronische Komponente oder jedes elektronische Gerät verbraucht elektrische Energie und erzeugt dabei Wärme.

kuehlkoerper

Die elektrische Leistung ist das Produkt von Spannung und Strom. Wenn die Spannung oder der Strom zunimmt, steigt die Leistung um ein Vielfaches. Die Energie (Leistung) wird normalerweise in Wärme umgewandelt. Beispielsweise wird eine Glühbirne nach einigen Sekunden sehr heiß. Die Hitze von Prozessoren wird so groß, dass Maßnahmen ergriffen werden müssen, um die Hitze abzuleiten und den Prozessor zu kühlen. Dazu dient die Prozessor Kühlung.

Prozessor Kühlung Server Lüfter

Die Serverplattform besteht aus einem Prozessor und einem Motherboard. Der Serverprozessor wurde für die höchsten Leistungsanforderungen optimiert und Mainboards können heutzutage bis zu 8 Prozessoren unterstützen.

Die Taktfrequenz eines Serverprozessors ist nicht höher als die eines normalen Computerprozessors, kann jedoch mit einer wesentlich größeren Anzahl von Prozessorkernen ausgestattet sein. Wichtiger ist jedoch die Vielzahl der Sonderfunktionen des Serverprozessors, die die Leistung der virtuellen Infrastruktur oder die Zuverlässigkeit des gesamten Systems erheblich verbessern. Eine Grundfunktion eines Serverprozessors ist beispielsweise die Unterstützung des Server-Arbeitsspeichers durch Fehlerkorrektur (ECC) und zusätzliche Register (REG ECC). Ein Prozessor hat also viel zu tun, bei einem Server 24 Stunden täglich, sieben Tage in der Woche. Ist die Auslastung sehr hoch, wird die CPU sehr heiß und wird durch die Prozessor Kühlung heruntergekühlt.

 

Grundlagen der Kühlung von Prozessoren

Da die Taktfrequenz eines Prozessors stetig zunimmt, ist heutzutage auch keine passive Kühlung durch einen Kühlkörper ausreichend. Bei hohen Taktfrequenzen wird im Prozessor viel Hitze erzeugt, so dass dieser nur mit einem aktiven Kühler betrieben werden kann. Im Prozessor sammelt sich Wärme an, die Hitzeprobleme verursacht. Hitze ist ein Problem für die Elektronik. Übermäßige Hitze im Prozessor kann den Prozessor beschädigen oder zerstören. Die Prozessor Kühlung verhindert den möglichen Hitzedefekt, kühlt die CPU und sorgt für die notwendige Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit, Informationssicherheit und Datensicherheit.

Küehlkörper passive Kühlung

Passive Kühlung wird verwendet, wenn die Oberfläche des zu kühlenden Objekts unter Verwendung eines Metallkühlers ohne Lüfter oder dergleichen vergrößert wird. Wenn zusätzlich ein elektrischer Lüfter verwendet wird, ist dies eine aktive Kühlung.

Handelsübliche Kühlkörper bestehen aus Aluminium mit Rippen, die die Wärmeableitungsfläche vergrößern. Ein aktiver Kühler ist ein Kühlerkörper mit einem Lüfter, der für einen Luftstrom sorgt und die Wärme abführt.

Moderne Prozessoren sind nicht nur für die schnelle Rechenleistung, sondern auch für die Verbesserung der Energieeffizienz entwickelt worden. Für bestimmte Anwendungen oder Umgebungen können mittlerweile einige Prozessoren wieder ohne aktive Kühlung auskommen.

Für die Kühlung des Prozessors oder des gesamten Computersystems muss die Hitze oder Wärme abgeführt werden. Dabei wird durch Lüfter ein Luftstrom erzeugt. Damit der Luftstrom ordnungsgemäß funktioniert, muss das Computergehäuse Öffnungen haben, durch die kalte Raumluft angesaugt und die heiße Luft abgeführt werden kann. Das Problem bei diesen Öffnungen ist, dass Staub und Schmutz in das Gehäuse gelangen, was auf lange Sicht auch die elektronischen Geräte beschädigen kann.

 

Gründe für Hitzeprobleme und optimale Kühlung

In der Regel erfolgt die Wärmeableitung mit einem fest auf dem Prozessor sitzenden Kühlkörper und Luftströmung durch Lüfter oder Wasser. Kühlkörper haben nur eine begrenzte Wärmeleitfähigkeit und eine geringe Wärmeverteilung. Die Übertragung von Wärmeenergie (Wärme oder Kälte) erfolgt nur, wenn zwischen den Bauteilen oder Materialien ein Temperaturunterschied besteht. Je größer der Temperaturunterschied ist, desto stärker ist der Wärmeenergiefluss.

Damit die Wärmeenergie des Prozessors durch einen relativ kleinen Bereich des Chips oder des Kühlkörpers abgeführt werden kann, muss das Material des Kühlkörpers ein guter Wärmeleiter sein. Der Kühler besteht normalerweise aus Aluminium oder Kupfer. Besser wäre Silber oder sogar Gold, das ist aber sehr teuer.

Staub auf Kühlkörper

Der Kühlkörper sorgt dafür, dass die Abwärme des Prozessors im PC-Gehäuse an die Luft abgegeben wird. Damit es funktioniert, muss der Prozessorchip gemäß den Gesetzen der Thermodynamik heißer sein als das kühlere Metall. Und das muss heißer sein als Umgebungsluft. Dies bedeutet, dass ein regelmäßiger Luftaustausch innerhalb des Gehäuses durchgeführt werden muss, da sonst die Wärmeableitungskapazität vom Prozessor zur Umgebungsluft unzureichend ist.

Lüfter beschleunigen den Wärmeaustausch. Luft ist aber ein schlechter Wärmeleiter. Die Übertragung von Wärmeenergie von der glatten Metalloberfläche des Kühlers auf die Luftmoleküle ist sehr langsam. Daher sind viel Luft und große Metalloberflächen erforderlich. Obwohl Luft nur bedingt zur Kühlung des Prozessors geeignet ist, werden Lüfter zur Unterstützung der Prozessorkühlung verwendet. Dies funktioniert nur, wenn so viel Luft wie möglich ausgetauscht wird.

Ein einfacher Lüfter reicht zur Kühlung meist aus. Die Wärme wird durch Luftstrom oder Wasserstrom abgeführt. Ein Lüfter kann sicherstellen, dass zwischen und um die Kühler immer genügend kalte Luft strömt. Durch einen höheren Luftstrom kann mehr Wärme abgeführt werden. Lüfter oder Ventilatoren drehen sich schneller, um einen höheren Luftstrom zu erzeugen, dies erzeugt jedoch auch ein höheres Lüftergeräusch, höheren Stromverbrauch und höhere Energiekosten.

Die besten Ergebnisse können erzielt werden, indem die Lüftergeschwindigkeit so eingestellt wird, dass sie in direktem Zusammenhang mit der Prozessortemperatur steht. Darüber hinaus können Computergehäuse mit einem Lüfter ausgestattet werden, der warme Luft aus dem Gehäuse abführen kann.

 

Wasserkühlung

Ein besonders starker Lüfter ist auch besonders laut. Die Verwendung von Flüssigkeiten ermöglicht normalerweise eine leisere Kühlung. In den letzten Jahren bauen Enthusiasten besonders gerne Wasserkühlung in ihre Computer ein. Eine solche Wasserkühlung ist leiser und effektiver als eine Luftkühlung. Der Flüssigkeitskühler ist direkt mit dem Bauteil verbunden. Es ist ein flüssigkeitsdurchströmtes Kühlelement, das weder Geräusche noch Vibrationen verursacht. Diese Art der Kühlung ist komplizierter und wird verwendet, wenn die Luftkühlung nicht mehr ausreicht.

Die Wasserkühlung ermöglicht, Hochleistungscomputer effektiv zu kühlen. Leider ist Wasser ebenso wenig zum Kühlen geeignet wie Luft. Sowohl Wasser als auch Luft sind Wärmeisolatoren. Sie sind sehr schlechte Temperaturleiter. Die Kühlung erfolgt nur durch die ständige Bewegung von Wasser oder Luft. Für die Wasserkühlung bildet ein Schlauch einen geschlossenen Wasserkreiskauf im Computersystem. Am Schlauch ist ein spezieller Kühler angeschlossen. Eine Wasserpumpe hält das Wasser in ständiger Bewegung, wodurch der Kühlerkörper kühl bleibt.

Manchmal schaltet der Prozessor seine Leistung trotz ausreichender Wärmeableitung herunter oder ganz ab. Dies kann daran liegen, dass der Spannungswandler, der auf der Hauptplatine direkt neben dem CPU-Sockel sitzt, insbesondere bei der Wasserkühlung von den Kühlmaßnahmen nicht profitiert und sich aufheizt.

 

Festplattenkühlung

Festplattenlaufwerke werden wie viele andere Computerkomponenten ebenfalls sehr heiß. Wenn die Anforderungen an die Festplatte groß sind, z. B. durch umfangreiche Nutzung von Datenbanken oder umfangreiche Kopiervorgänge, werden Festplatten so heiß, dass man sie nicht anfassen kann. Infolgedessen wird ihre Lebensdauer verkürzt und es ist wahrscheinlicher, dass sie ausfallen. Daher kann es erforderlich sein, die Festplatte speziell zu kühlen. Für diese Aufgabe gibt es verschiedene Arten der Festplattenkühlung. Heutzutage werden wohl fast nur noch SSDs verwendet, die nicht mehr heiß werden.

 

Netzteilkühlung

Ein weiteres wichtiges Bauteil im Server oder Computer, das unbedingt der Kühlung bedarf, ist das Netzteil. Der Lüfter des Netzteils ist meist fest im Netzteil verbaut. Im Netzteil sind Verunreinigungen besonders schädlich. Baustaub stellt hier sogar ein großes Brandrisiko dar.

 

Staub ist häufig die Ursache für Serverausfälle

Staub bringt Risiken und Gefahren für die zentrale IT-Infrastruktur mit sich. Schmutz kann IT-Systeme, Netzwerkkomponenten, Telekommunikationssysteme, Audio-, Medientechnik oder Überwachungstechnologien beschädigen oder zerstören und Server lahmlegen. Unauffällig, aber für Server tödlich: Schmutz kann Kurzschlüsse, Wärmeentwicklung, Festplattenausfall und Serverausfall verursachen. Mit mehr Sauberkeit im Serverraum können viele Schäden und Fehlfunktionen vermieden werden.

Server Lüfter Baustaub

Stäube verstopfen die Öffnungen und Wege der Rechner zur notwendigen Kühlung. Umgebungsstaub kann den Betrieb von Rechenzentren, Unternehmen oder Institutionen ernsthaft beeinträchtigen, Baustaub sogar komplett lahmlegen. Durch Verunreinigungen fällt die zentrale IT-Infrastruktur (Hardware) aus, und vom Serverraum oder Rechenzentrum bereitgestellte IT-Services und Daten sind nicht mehr verfügbar. Daten können verloren gehen.

Der Gebäudestaub (Baustaub) nach Umbaumaßnahmen, Renovierung oder Bauarbeiten kann den Betrieb innerhalb weniger Minuten vollständig lähmen und die Brandgefahr erhöhen. Berücksichtigen Sie Ihre IT-Sicherheit und Ihren grundlegenden IT-Schutz. Lassen Sie Ihren Serverraum professionell reinigen und die IT-Geräte entstauben.

 

Wie viel Staub vertragen Geräte der Informationstechnik und Kommunikationstechnik (ITK)?

Um eine eigene Serverinfrastruktur zu betreiben, nutzt ein Unternehmen einen Serverraum im eigenen Gebäude oder sogar ein separates Rechenzentrum. Die Anforderungen an diese Räume oder Gebäude sind hoch, da sie Unternehmensanwendungen ausführen und unternehmenskritische Daten enthalten, die immer verfügbar sein müssen. Unsaubere und damit unsichere Serverräume bringen enorme Geschäftsrisiken mit sich.

Der Serverraum / das Rechenzentrum schützt verschiedene Geräte: Speichertechnologie, Computerserver, Netzwerkgeräte, Firewalls, Stromversorgung, Klimaanlagen, Alarmsysteme, Sicherheitssysteme usw.

Luftwege mit Staub verstopft

Für den Betrieb und die Wartung der IT Infrastruktur im Serverraum eines Unternehmens fallen regelmäßig bestimmte Fixkosten an. Ein großer Teil dieser Kosten ist der Energieverbrauch von Strom und Kühlung. Wie hoch diese Kosten sind, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Verstaubungen zwingen die IT-Geräte zu Höchstleistungen. Lüfter kommen an ihre Grenzen, um die Hardware zu kühlen und verbrauchen zwangsweise sehr viel mehr Energie als notwendig.

Verunreinigungen und Kontaminationen machen eine Klimatisierungs- oder Kühlstrategie für Rechenzentren zunichte. Um die Temperatur der Server-Racks auf einem angemessenen Niveau zu halten, bläst die Klimaanlage kontinuierlich kalte Luft durch die perforierten Bodenplatten im erhöhten Boden (Doppelboden). Aufgrund der verstopften Luftwege der Hardware müssen Klimaanlagen immer stärker arbeiten und verbrauchen ebenfalls sehr viel mehr Strom und erhöhen die Energiekosten.

 

Auswirkungen von Verunreinigungen auf elektronische Geräte

Wann wird Verschmutzung zu einem technischen Problem? Wenn Sie sich die durch Verunreinigungen verursachten IT-Ausfälle ansehen, können Sie feststellen, welche Staubarten besonders gefährlich sind und welche schädlichen Auswirkungen durch Staubpartikel verursacht werden.

Ungünstige Umgebungsbedingungen wie Schmutz und Feuchtigkeit im Serverraum können zu Fehlalarmen, Fehlfunktionen und Schäden der ITK führen. Die Gefahr von Bautaub ist besonders hoch. Fehlalarme der Brandmeldeanlage können enorme Kosten verursachen, wenn sie beispielsweise unnötige Systemausfälle (Feuerwehr, Löschgas) verursachen.

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Staubkontamination kann die Funktionalität Ihrer technischen Ausrüstung erheblich beeinträchtigen. Staubpartikel gelangen über die Lüftungsschlitze und Lüftungssysteme von Computern und Servern in den Innenraum und sammeln sich beispielsweise auf Lüftern, Kühlern, Festplatten, Grafikkarten, Netzteile, Motherboards und Laufwerken an. Infolgedessen ist die Wärmeableitung stark eingeschränkt, so dass eine ausreichende Kühlung nicht mehr möglich ist. Wärmeableitungsprobleme verursachen Überhitzung.

Sichere Zeichen dafür, dass Lüfter verschmutzt sind, dass die CPU- und Netzteillüfter lauter laufen, da der Kühlkörper des Kühlers durch eine Staubschicht blockiert ist. Infolgedessen ändert die Temperaturregelung die Drehzahl des Lüfters und lässt ihn schneller und somit lauter drehen. Überhitzung verkürzt die Lebensdauer der Komponenten eines Rechners erheblich.

Eine EDV-Reinigung hält die Technologie sauber und gut belüftet. Daher sollten Sie technische Geräte regelmäßig reinigen lassen. Dies reduziert unerwartete und unnötige Hardwarefehler, damit verbundene teure Reparaturen und mögliche Datenwiederherstellung. Aus geschäftlicher Sicht ist dies sehr viel günstiger als der Kauf neuer Geräte und der damit verbundenen Installation und Konfiguration von Hardware und Software.

 

Welche sicherheitstechnischen und hygienischen Maßnahmen sind notwendig?

Betrachten und beurteilen wir Anforderungen der Hardware-Hersteller, Serverraumsauberkeit, Umgebungsbedingungen, Anziehungskräfte von Oberflächen, Entstehungsmechanismen von Sschmutz, Baustaub, Feinstaub und Grobstaub, Luftbewegung, Staubbindung, auf Staubpartikel wirkende Kräfte, Haften des Staubes auf Oberflächen, Richtwerte, Standards und Normen für Serverräume (DIN EN ISO 14644-1 Reinraumklasse 8), Reinigungsstrategien, Ablauf einer ergebnisorientierten Reinigung, Techniken zum langfristigen Erhalt der Verfügbarkeit.

Keding ist Experte für die Säuberung von Rechenzentren und die IT-Infrastruktur. Als IT-Dienstleister ist Keding auf IT und EDV, Serverreinigung, Staubentfernung, Reinigung kritischer Umgebungen und sensibler Bereiche (wie Datacenter, Rechenzentren, Serverräume, Doppelböden und Kabeltrassen) sowie IT-Sanierung spezialisiert.

risiken fuer it

Lassen Sie Baustaub nach Umbauarbeiten im Rechenzentrum oder Serverraum professionell entfernen und die IT-Infrastruktur wie Server, Speicher (Storages) und Datenverteiler (Switches) regelmäßig reinigen. Die Prozessor Kühlung funktioniert dann verlässlich. Mit jahrzehntelanger Erfahrung, speziellem Equipment und technischem Wissen steht Ihnen unser IT-Team jederzeit zur Verfügung.

 

Prozessor Kühlung muss zuverlässig funktionieren