Así funciona el sistema jet de un bloque de refrigeración líquida

Una de las claves que ha introducido la industria de la refrigeración líquida en sus productos es el uso de los llamados sistemas jet en sus bloques de CPU y más actualmente de GPU. Este tipo de sistemas revolucionó el mercado y con ello se logró transferir más temperatura al agua y por lo tanto mantener los componentes clave más fríos, pero ¿cómo funcionan realmente?

Los jets fueron una evolución, al mismo tiempo, que el sistema de aletas o fins, donde en su conjunto formaron una parte importante del sistema al completo.

Y es que no se entiende un sistema jet sin un coldplate donde se integren diversos fins, ya que uno mejora al otro y viceversa, pero de poco sirven por separado. Por lo tanto, un sistema jet se conforma de estas dos características, que como hemos incidido, fueron diseñadas en fases distintas, pero han evolucionado al mismo tiempo.

Sistema jet para CPU: mucho más complejo de lo que parece

Los sistemas jet nacieron con un claro objetivo, más allá de lograr una mejor temperatura como es obvio: encauzar el flujo hacia ciertos puntos en concreto del coldplate. Por lo tanto su funcionamiento se basa en enrutar el líquido refrigerante por los puntos donde más calor se genera para refrigerarlos más eficientemente.

Bajo esta premisa se puede resumir desde su inicio hasta el día de hoy, donde para ello, los bloques han pasado por varias fases. Primero llegaron las aletas a los coldplate, donde estas eran de mayor tamaño y separación, además de tener un número muy inferior a lo que podemos encontrar a día de hoy.

supremacy-mx_cooper_800

Su funcionamiento era sencillo: el agua pasaba entre las aletas y absorbía el calor generado por la CPU, donde su cauce era poco óptimo.

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En el caso que arriba nos ocupa, la entrada y la salida eran simétricas y no tenían prioridad una sobre la otra, donde lo único que se pretendía era que el agua no pasase por la parte superior de los fins ni los laterales. Este sistema era tan simple como ineficiente, además de crear gran restricción al flujo con la consecuente pérdida de rendimiento en el resto del loop.

Tras algunos años de investigación, el sector de la refrigeración líquida llegó a un mismo punto por diferentes vías: había que encauzar el flujo y mejorar con ello el rendimiento. La opción de dejar pasar el agua a través de los fins pasó a mejor vida y ahora se buscaba forzar al agua a chocar directamente con ellos de forma vertical.

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Para lograr esto, se tuvo que rediseñar las entradas y salidas de los bloques, desplazándolas y forzando su uso con un único objetivo, por lo que estaban muy claras y ya no dependía del usuario su elección. Los mejores bloques de la época lograron mediante los cover una especie de giro del agua que terminaba en uno o varios compartimentos para finalmente acabar en una pletina que maximizaba el tamaño del flujo en uno o varios puntos.

A estas pletinas se las acabó llamando jet plates y fueron un componente esencial para maximizar el rendimiento, puesto que cada una se adaptaba a un tipo de procesador y su disposición del die, así como su tamaño.

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De estos jets dependía el posteriormente llamado sistema jet, el cual ha ido evolucionando hasta nuestros días, pero ¿cómo funciona realmente?

Funcionamiento del sistema jet actual

Sistema jet

Los sistemas actuales están compuestos de una o varias partes fijas que se complementan entre ellas. Algunos fabricantes usan covers que hacen la función todo en uno, mientras que otros derivan en sistemas más complejos.

En cualquier caso, todos funcionan igual porque todos buscan el mismo efecto, la diferencia por lo tanto es cómo lo consiguen. En el caso que hemos puesto, corresponde al sistema de EK para sus Supremacy EVO, donde tenemos tres piezas clave: el insert pin, insert y jet plate.

Estas tres piezas son independientes y se acaban ajustando al cover para formar una unidad, tal y como podemos ver en la siguiente imagen.

EK Supremacy EVO sistema jet

Como podemos ver, EK también ofrece distintos Insert y jet plate para cada plataforma, optimizando así el flujo. En cualquier caso, el insert pin funciona como una rampa para el agua, solo que en vez de ser vertical y hacia arriba lo es hacia abajo, pero antes de entrar en él, el agua que inserta la entrada del bloque se rompe en dos mediante la forma interna del insert.

Una vez roto el flujo es dirigido al insert pin, que lo encauza hacia una abertura de menor tamaño y que se encuentra en el centro de ambos insert, sea el I2 o el I1.

Por lo tanto, el agua ya fluje como un fluido turbulento y vertical a lo largo de la hendidura rectangular, para finalmente llegar al jet plate, el cual cierra aún más el espacio por donde el agua puede fluir. Lo que se ha conseguido entre tanto es acelerar el paso de la misma debido al efecto Bernoulli, donde se aumenta de paso la presión.

El jet plate, al ser el último paso antes de que el agua impacte con los fins, representa dicho efecto en toda su magnitud, ya que solo deja pasar una cantidad mínima de esta, la cual se introduce y pasa con violencia hasta chocar con las aletas y con ello resta temperatura a la CPU.

Este efecto del sistema jet produce que en menos tiempo se logre disipar mayor cantidad de calor por las mencionadas velocidad y presión, donde el último paso sería estudiar el sistema de encauzamiento y evacuación del agua del coldplate, donde se podría ganar de nuevo rendimiento.

Hacia dónde va este tipo de sistema en la actualidad

EK Velocity sistema jet

En la actualidad, tal y como hemos dicho, los bloques tienden a simplificar sus sistemas, pero siguen teniendo la misma esencia. El diagrama superior corresponde a un EK Velocity, el último modelo de bloque del fabricante, donde como vemos no tenemos insert, sino que el propio cover/top lo incluye.

Lo único donde coinciden es en el jet plate, el cual puede ser intercambiado igualmente. En el caso de otro fabricante como Alphacool, vemos que igualmente optan por sistemas jet en sus bloques más novedosos, pero la implementación y sobre todo el escape y canalización del agua es totalmente distinto a lo visto en EK.

Por lo tanto, la guerra actualmente sigue en todo lo alto, los sistemas jets cada vez son más sofisticados, cada vez consiguen un mejor rendimiento y tendremos que esperar a que otra tecnología llegue al mundo de la refrigeración líquida para hablar del desuso de este tipo de sistemas, algo que a día de hoy parece alejado de producirse.