Khung máy đóng vai trò tản nhiệt phụ cho chip xử lý thế nào, vật liệu nào dẫn nhiệt tốt hơn

Khung máy điện thoại không chỉ giữ vai trò kết cấu và thẩm mỹ, nó còn đóng vai trò như một bộ tản nhiệt phụ (heat spreader) thụ động, hấp thụ và phân tán bớt nhiệt lượng toả ra từ chip xử lý trong lúc máy hoạt động nặng.

Vì sao chip cần một bề mặt lớn hơn để tản nhiệt

Chip xử lý (SoC) là nguồn nhiệt tập trung trên một diện tích rất nhỏ so với toàn bộ thân máy. Nếu nhiệt chỉ giữ nguyên tại chỗ, nhiệt độ tại điểm đó tăng nhanh, buộc hệ thống phải giảm xung nhịp để bảo vệ linh kiện, khiến hiệu năng sụt giảm khi chơi game hoặc quay video nặng trong thời gian dài. Giải pháp phổ biến là dẫn nhiệt từ điểm nóng ra một diện tích rộng hơn thông qua các lớp vật liệu dẫn nhiệt như tấm đồng, tấm graphite, buồng hơi (vapor chamber), rồi từ đó truyền tiếp ra khung máy và mặt lưng để toả nhiệt ra môi trường hoặc vào tay người dùng.

Khung máy, vì tiếp xúc gián tiếp hoặc trực tiếp với các lớp dẫn nhiệt bên trong và có diện tích bề mặt lớn, trở thành một mắt xích trong chuỗi tản nhiệt đó, dù nó không được thiết kế chuyên biệt chỉ để làm việc này.

Không phải vật liệu khung nào cũng dẫn nhiệt tốt như nhau

Khả năng dẫn nhiệt của vật liệu khung khác nhau đáng kể, và đây là yếu tố các nhà sản xuất phải cân nhắc khi chọn chất liệu khung cho từng dòng máy:

• Nhôm dẫn nhiệt tốt trong số các kim loại thường dùng làm khung điện thoại, giúp nhiệt lan toả nhanh ra toàn khung thay vì tụ lại một điểm.
• Titan có độ dẫn nhiệt kém hơn nhôm khá nhiều, dù nổi bật hơn về độ bền và tỷ lệ độ cứng trên trọng lượng. Đặc tính này khiến titan giữ nhiệt cục bộ lâu hơn thay vì lan toả nhanh.
• Thép không gỉ cũng dẫn nhiệt kém hơn nhôm, tương tự titan.
• Nhựa polycarbonate gần như không dẫn nhiệt đáng kể, nên khung nhựa hầu như không đóng góp vào việc tản nhiệt thụ động.

Khi một dòng máy chuyển từ khung nhôm sang khung titan, khả năng tản nhiệt qua khung tự thân giảm đi, nên nhà sản xuất thường phải bù đắp bằng cách tăng diện tích hoặc số lớp buồng hơi, tấm graphite bên trong để giữ hiệu năng tản nhiệt tổng thể không đổi. Đây là đánh đổi kỹ thuật thường bị bỏ qua khi so sánh vật liệu khung chỉ dựa trên độ bền và trọng lượng.

Sự thật khác gì suy nghĩ thông thường

“khung titan tốt hơn khung nhôm ở mọi mặt vì cứng và bền hơn” là suy nghĩ bỏ sót khía cạnh tản nhiệt. Xét riêng về khả năng dẫn nhiệt – một yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu năng máy khi tải nặng và kéo dài – nhôm có lợi thế rõ rệt hơn titan. Việc chọn vật liệu khung vì vậy luôn là bài toán đánh đổi giữa độ bền cơ học, trọng lượng và khả năng dẫn nhiệt, không có vật liệu nào vượt trội tuyệt đối trên mọi tiêu chí.

Xem thêm

Nội dung này thuộc cụm bài Khung nhôm/titan/kính: tổng hợp bài viết. Xem thêm Khung titan ảnh hưởng gì tới sạc không dây và tín hiệu ăng-ten so với khung nhôm.