कंप्यूटर ग्राफिक्स कार्ड से थर्मोइलेक्ट्रिक ऊर्जा की कटाई

Question

CES2015 के दौरान एक अच्छी तरह से ज्ञात ग्राफिक प्रोसेसर यूनिट (GPU) निर्माता ने एक नया GPU पेश किया। प्रोसेसर को ठंडा रखने के लिए इन GPU को जटिल थर्मल प्रबंधन की आवश्यकता होती है। अधिकांश GPU त्वरक कार्ड निर्माता नए ग्राफिक्स त्वरक कार्ड विकसित करते हैं जो आज की उन्नत प्रौद्योगिकियों की तुलना में आदिम थर्मल प्रबंधन तकनीक का उपयोग करते हैं। हम में से अधिकांश इस तकनीक को प्रशंसकों के रूप में जानते हैं जो इस अवांछित तापीय ऊर्जा का प्रबंधन करते हैं, जैसा कि ग्राफिक्स त्वरक कार्ड की इस छवि में देखा गया है:

इस बेकार थर्मल ऊर्जा को उपयोगी विद्युत ऊर्जा में बदलने के लिए इंजीनियरों को किन बाधाओं को दूर करने की आवश्यकता है?

नीचे एक GPU कार्ड का तापमान प्रोफ़ाइल है।

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संदर्भ:

• एक थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर जो निकास धुएं पर चलता है
• छोटे थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर
• थर्मोइलेक्ट्रिक टेक्नोलॉजी ओवरव्यू
• कस्टम ऑटो फैन स्पीड सेटिंग्स के साथ अपने वीडियो कार्ड के जीवन का विस्तार करें

Comments

उन लोगों की गर्मी पीढ़ी बल्कि परिवर्तनशील है, तरल शीतलन का उपयोग करना आसान होगा और रेडिएटर को फ़ुटव्यूमर के रूप में उपयोग करना होगा।

— शाफ़्ट फ़्रीक

सबसे पहले, कार्ड के तापमान को मापें, और Carnot दक्षता सीमा की गणना करें।

— ४१०

@EnergyNumbers, मैं एमई नहीं हूं। इस प्रकार मुझे ज्ञान ऊष्मप्रवैगिकी का बहुत अनुभव नहीं है। लेकिन मुझे बहुत सी ऊर्जा दिखाई देती है जिसे काटा जा सकता है और सिस्टम में वापस लाया जा सकता है

— महेंद्र गनवार्डन

यह दृष्टिकोण त्रुटिपूर्ण लगता है। आप एक प्रक्रिया में गर्मी के रूप में बर्बाद हुई ऊर्जा को लेना चाहते हैं और इसे उपयोगी ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। एक बेहतर तरीका यह है कि पहली प्रक्रिया को और अधिक कुशल बनाया जाए ताकि इतनी गर्मी पैदा न हो।

— क्रिस मुलर

@ महेन्द्रगुणवेदना मैं समझता हूँ कि आप आश्चर्य करते हैं कि ऐसा क्यों नहीं किया जा सकता है। मैं आपको समझने में मदद करने की कोशिश कर रहा हूं। इसलिए कार्ड के तापमान को मापें। और फिर Carnot दक्षता सीमा की गणना करें। और फिर उस जानकारी को अपने प्रश्न में जोड़ें।

— ४१०

Answer 1

गर्मी है जिसे फिर से निकाला जा सकता है, लेकिन आप इसे दूर नहीं करेंगे। जैसा कि टिप्पणीकारों में से एक ने उल्लेख किया है, आपकी पूर्ण अधिकतम कारनोट दक्षता है।

$$\eta_{Carnot}=1-\frac{T_c}{T_h}$$

यह एक आदर्श स्थिति है, आप इस दक्षता तक कभी नहीं पहुँचेंगे। लेकिन हमारी सीमा को खोजने के लिए, आइए हम इसका पता लगाते हैं।$T_c$ बस कमरे का तापमान होगा, यह टॉवर के अंदर थोड़ा गर्म हो सकता है, लेकिन हम खुद को संदेह का लाभ देंगे और 20C (293K) पर एक अच्छा गोल नंबर चुनें। $T_h$ यह भिन्न होगा क्योंकि GPU सामान्य रूप से काम करता है (यह सामान्य रूप से इस डिज़ाइन के साथ समस्याओं में से एक है; शीतलन प्रणाली से आपको मिलने वाली शक्ति सुसंगत नहीं होगी क्योंकि GPU तापमान इस बात पर निर्भर करता है कि आप चिप पर कितना ज़ोर दे रहे हैं।) यह बहुत गर्म नहीं चलाना चाहता और कार्ड को नुकसान पहुंचाता है, जो शीतलन प्रणाली के उद्देश्य को हरा देता है।

कुछ त्वरित खोज (Google "GPU ऑपरेटिंग तापमान" के बाद, आपको फ़ोरम पोस्ट का एक गुच्छा दिखाई देगा, जो बहुत सारी अलग-अलग संख्याएँ देता है, जिनमें से कोई भी मुझे उद्धृत करने के लिए पर्याप्त मजबूत नहीं है, लेकिन मैं अपना डेटा बनाने के लिए पूल कर रहा हूँ खुद की धारणा) ऐसा लगता है कि गंभीर नुकसान करने के लिए शुरू होने से पहले अधिकांश कार्डों में ~ 100C की एक मजबूत ऊपरी सीमा होती है। हालांकि, उस हॉट को चलाने से आपके कार्ड का जीवन कम हो जाएगा, और प्रश्न में तस्वीर को देखते हुए, यह एक अच्छा कार्ड है, जिसके लिए हमने एक सुंदर पैसा दिया है, और हम इसे तब तक रखना चाहते हैं जब तक हम कर सकते हैं । 70 सी के लिए शूट करने के लिए एक अच्छी जगह है, लेकिन 80 सी (353K) अभी भी शायद बहुत सुरक्षित है, और हम अपना सर्वश्रेष्ठ संभव मामला चाहते हैं। उन नंबरों के साथ, हम प्राप्त करते हैं

$$\eta_{Carnot}=1-\frac{293K}{353K}=0.17$$

इसका मतलब यह है कि, सबसे अधिक, सबसे अच्छा हम यह कर सकते हैं कि हम टॉवर पर कुछ बिजली देने के लिए कार्ड के रूप में कार्ड पर वापस उत्पन्न होने वाली गर्मी का 17% प्राप्त करें। हम कार्ड के तापमान को अलग-अलग कर सकते हैं, और जैसा कि 60 सी और 100 सी के बीच होता है, दक्षता 12% और 21% के बीच जाती है। बावजूद, हम बहुत पीछे नहीं हट रहे हैं।

हालांकि यह अधिकतम दक्षता है। थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर बेचने वाली इस साइट का कहना है कि टीईजी की लाइन के शीर्ष पर 8% दक्षता होगी। हालांकि यह उस चीज़ से बेहतर है जिसे हम पहले प्राप्त कर रहे थे, यहाँ वास्तविक मुद्दा लागत और कार्यान्वयन है। TEG सस्ते नहीं हैं, और शीतलन प्रशंसक हैं। एक बुनियादी शीतलन प्रणाली भी स्थापित करना बहुत आसान है। यहां तक ​​कि अगर हम कार्ड को ठंडा करने के लिए एक टीईजी को हुक कर सकते हैं, तो हमें उस बिजली के साथ कुछ करना होगा, और हम नहीं चाहते कि एक महत्वपूर्ण घटक के लिए चर शक्ति का उपयोग किया जाए। टॉवर लाइट और अतिरिक्त पंखे शायद हमारे उपयोग की सीमा हैं।

तो वहाँ आपके वास्तविक प्रश्न का उत्तर देने के लिए, मुझे यकीन है कि हम उस गर्मी को विद्युत या यांत्रिक कार्यों में परिवर्तित करने के लिए सभी प्रकार के रचनात्मक तरीके पा सकते हैं। इसे "उपयोगी" बनाना एक पूरी तरह से अलग कहानी है।

Comments

फन केस स्टडी, प्रोफ़ेसर क्लॉस लैकनेर के सौजन्य से: अंतरराष्ट्रीय स्पेस स्टेशन में एक पीसी की तस्वीर, जो बैटरी द्वारा संचालित एक कार्नोट हीट इंजन है जो पीसी के हीट सिंक से जुड़ा होता है, जहाँ ठंडा जलाशय स्थान होता है। और फिर आवश्यक शुद्ध बिजली आपूर्ति की गणना करें ...

— 410

अच्छा उत्तर (+1), दूसरी समस्या यह है कि ताप पथ में एक टीईसी लगाने से आप तापीय चालकता को अधिक बना देंगे, जिसका अर्थ है कि शीतलन की प्राथमिक नौकरी कठिन है। कार आंदोलन से बिजली उत्पन्न करने के लिए अपनी कार के ऊपर एक पवन चक्की चिपके रहने के समान।

— जॉर्ज हेरोल्ड

@ ट्रेवर आर्किबाल्ड: तकनीकी स्पष्टीकरण के लिए धन्यवाद। मैं जो पढ़ रहा हूं वह एनर्जी हार्वेस्टिंग है, लेकिन वर्तमान अर्थशास्त्र के आधार पर यह मॉनीटर के दृष्टिकोण से व्यावहारिक नहीं है। सौर पैनलों के समान, और टोयोटा पुजारी। सौर पैनल और टोयोटा पुजारी की कर प्रोत्साहन बिक्री दें। एक इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग दृष्टिकोण से, अगर 17% ऊर्जा काटा जा सकता है, तो इस ऊर्जा को एक ऊर्जा संचयक में संग्रहीत किया जा सकता है जैसे कि एक समाई संधारित्र और फिर कुछ प्रकार के पावर स्विच तंत्र का उपयोग करके सिस्टम में चरणों में पुन: उपयोग किया जाता है।

— महेंद्र गुणावदा

Answer 2

ट्रेवर आर्चीबाल्ड ने आपको वास्तव में अच्छा जवाब दिया है, लेकिन मैं आपकी टिप्पणियों से देखता हूं कि एक अलग जवाब उपयोगी हो सकता है, क्योंकि आपको अभी भी लगता है कि यह सही अर्थशास्त्र के साथ व्यवहार्य हो सकता है।

यह नहीं होगा। मुद्दा इंजीनियरिंग है, अर्थशास्त्र नहीं। यह आर्थिक दृष्टिकोण से एक बुरा विचार है, निश्चित रूप से; लेकिन कीमतें बदलने से यह एक अच्छा विचार नहीं होगा। यह अभी भी एक बुरा विचार होगा। मुझे समझाने दो।

निम्न-श्रेणी की गर्मी

निम्न-श्रेणी की ऊष्मा वह ऊष्मा होती है जो कमरे के तापमान से कुछ केल्विन या दसवीं केल्विन के ऊपर होती है।

गर्मी से जल्द छुटकारा पाना खेल का नाम है

जॉर्ज हेरोल्ड आपको एक टिप्पणी में बताते हैं कि कार्ड पर ऊर्जा की कटाई एक बुरा विचार क्यों है: कार्ड की तापीय चालकता उच्च होने के लिए डिज़ाइन की गई है।

आईटी उपकरणों में गर्मी से जल्दी छुटकारा पाना विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, जहां उपकरणों की विद्युत दक्षता वास्तव में बहुत ही खराब है। और इसका मतलब है कि आप जो बिजली डालते हैं, उसमें से लगभग सभी सीधे गर्मी में बदल जाते हैं। एक बिट को फ्लिप करने के लिए आवश्यक ऊर्जा की एक सैद्धांतिक न्यूनतम मात्रा होती है, चाहे जिस माध्यम में बिट को संग्रहीत किया जाता है। शेष सभी ऊर्जाएं उस न्यूनतम में ऊपर डालती हैं, सीधे गर्मी में बदल जाती हैं। उपकरण की सुरक्षा के लिए, आपको जितनी जल्दी हो सके उतनी गर्मी से छुटकारा पाने की आवश्यकता है।

इसलिए कार्ड को जितनी जल्दी हो सके गर्मी से छुटकारा पाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। आपके प्रस्तावित ऊर्जा कटाई उपकरण जैसे कुछ भी आप रास्ते में डालते हैं, यह उस दर को धीमा कर देगा जिस पर गर्मी कार्ड छोड़ती है। यह कार्ड के संतुलन का तापमान बढ़ाएगा। और वह मूल रूप से कार्ड के जीवन को छोटा कर देगा। वह बिजली की कीमत की परवाह किए बिना होगा।

यह बिजली की कीमत के बारे में नहीं है

और यह विचार है कि यदि बिजली की कीमत काफी अधिक थी, तो यह कटाई को निम्न-श्रेणी की गर्मी के लायक बना देगा, बस गलत है। यदि बिजली वह मूल्यवान है, तो यह पहली जगह में कार्ड को अधिक कुशल बनाने के लायक है, ताकि कम अपशिष्ट गर्मी हो: सबसे पहले, कम मूल्य वाली ऊर्जा को रीसायकल करने की कोशिश करने से पहले, उच्च मूल्य वाली ऊर्जा की खपत को कम करें। और यह मुझे लाता है ...

ऊर्जा बनाम बाहरी

गर्मी, एक बेकार उत्पाद के मामलों का एक बड़ा हिस्सा है। यह लगभग हमेशा ऊर्जा का कम से कम उपयोगी रूप है। यह वास्तव में कारनोट दक्षता सीमा आपको बता रहा है: कि किसी भी काम को निम्न श्रेणी की गर्मी से बाहर निकालने के लिए, आप केवल बहुत कम दक्षता के साथ ऐसा कर सकते हैं; यानी लगभग सभी गर्मी के रूप में रहेंगे।

जब गर्मी और ऊर्जा के अन्य रूपों के साथ इंजीनियरिंग कर रही है, यह के बीच अंतर करने के लिए एक अंतर्ज्ञान का निर्माण करने के लिए बहुत उपयोगी है ऊर्जा (बात जूल में मापा जाता है) और Exergy (बात यह है कि काम हो जाता है)। जिस रूप में ऊर्जा है, वह निर्धारित करता है कि वह कितना काम कर सकता है। बिजली कुशलता से बड़ी मात्रा में काम कर सकती है - इसमें बहुत अधिक मात्रा में एलर्जी है। कम-ग्रेड गर्मी बहुत कम काम कर सकती है - इसमें बहुत कम मात्रा में एलर्जी होती है।

एक बार जब आप निम्न-श्रेणी की गर्मी बना लेते हैं, तो आप पहले से ही एक्सर्ज (उपयोगी ऊर्जा) के लिए लाइन के अंत में होते हैं। ऊर्जा के लगभग सभी उपयोग निम्न श्रेणी के ताप पर समाप्त होते हैं। यह ऊर्जा रूपांतरणों की प्रत्येक श्रृंखला के लिए अंतिम रूप है। और, लौकिक पैमाने पर है, यह है (जहाँ तक हम बता सकते हैं) हर एक जौल के लिए अंतिम रूप, ब्रह्मांड के गर्मी मौत में।

लो-ग्रेड हीट सड़क का अंत है। यदि आप उन जूल से अधिक काम चाहते हैं, तो उन जूल से पहले उस काम को पूरा करें जो निम्न-श्रेणी के ताप के रूप में हैं।

Comments

पूर्ण रूप से। निम्न-श्रेणी की गर्मी का बहुत अधिक उपयोग होता है, और यह कुछ गर्म कर रही है, इसलिए जब तक आप गर्मी चाहते हैं, तब तक बिल्कुल वही है जहाँ निम्न-श्रेणी की गर्मी पहले से ही है, या एक बहुत ही सरल पंखे और छोटे नलिका के साथ पहुंचा जा सकता है।

— ट्रेवर आर्चीबाल्ड