Salah satu musuh utama komponen elektronik, khususnya IC (Integerated circuit) adalah panas, baik panas yang berasal dari lingkungan, panas yang dihasilkan oleh komponen lain di sekitarnya, serta panas yang dihasilkan oleh komponen elektronik itu sendiri.
Mari kita ambil contoh processor pada komputer. Tentu kita mengenal CPU atau lebih spesifiknya Prosessor komputer dibedakan salah satunya berdasarkan kecepatan Clockspeed-nya, yang kini sudah mencapai satuan Gigahertz dimana 1 Ghz ini adalah 1000 Mhz (Megahertz) dan 1 Mhz itu sama dengan 1000 Hz. Sehingga misal kita memiliki prosessor dengan kecepatan 1 Ghz, artinya prosessor tersebut melakukan 1.000.000 periode siklus setiap detiknya.
Faktor-faktor penentu kecepatan maksimal siklus tersebut datang dari berbagai parameter, mulai dari proses fabrikasi ukuran komponen di dalam prosessor tersebut, konfigurasi serta struktur dari komponen-komponen pendukung, hingga manajemen thermal yang akan kita bahas sedikit lebih dalam pada artikel ini.
Table of Contents
Thermal Management
Thermal management adalah proses manajemen pengelolaan panas dimana suatu perangkat akan melakukan optimasi untuk mencapai suhu operasional yang optimal sehingga tidak melebihi toleransi batas suhu yang dapat diterima oleh komponen tersebut.
Contoh sederhana adalah ketika kita menggunakan komputer atau laptop untuk bermain game yang cukup berat, normalnya kipas komputer ataupun laptop yang kita gunakan akan berputar lebih kencang hingga terdengan suara yang cukup bising dari dalam komputer atau laptop yang kita gunakan, serta kita dapat merasakan angin yang keluar dari komputer dan laptop tersebut menjadi hangat. Penambahan kecepatan putaran kipas ini merupakan bagian dari sistem manajemen thermal komputer untuk menjaga suhu prosessor agar tetap berada di bawah batas toleransi yang diijinkan.
Kipas tadi merupakan bagian dari sistem pendinginan aktif dimana digunakan komponen bergerak (kipas) yang mendorong atau menghisap udara sebagai upaya untuk memindahkan panas dari suatu komponen ke lingkungan. Sistem pendinginan aktif ini tidak hanya berupa kipas, tetapi juga dapat merupakan berbagai komponen lainnya seperti sistem watercooling dimana digunakan media cairan sebagai medium perpindahan panas, peltier yang menggunakan prinsip thermo-electric untuk mendinginkan satu sisi peltier dengan memindahkan panas dengan bantuan arus listrik, serta berbagai sistem lain seperti AC (Air Conditioner) yang sering kita gunakan di rumah, kantor ataupun mobil.
Selain pendinginan aktif terdapat juga pendinginan pasif yang biasanya berupa metal, besi atau alumunium yang dibentuk sedemikian rupa untuk memperluas area pertukaran panas dengan udara. Pendinginan pasif ini biasa disebut dengan heatsink, dan bekerja dengan memanfaatkan area yang luas dalam membantu memindahkan panas, sama seperti ketika kita membuat air panas, jika didiamkan di gelas yang lebar akan lebih cepat dingin dibandingkan jika didiamkan di dalam botol yang bermulut sempit.
Untuk menghasilkan pendinginan optimal, seringkali sistem pendingin aktif dan pasif digabungkan, seperti pada pendingin prosessor komputer dimana di atas prosessor diletakkan heatsink alumunium yang berfungsi memindahkan panas dari prosessor ke heatsink yang memiliki luas perumkaan yang jauh lebih besar, lalu dibantu kipas yang mengoptimalkan proses perpindahan panas tersebut ke udara.
Thermal Throttling
Pada kondisi dimana sistem pendinginan yang terpasang, khususnya pada komputer tidak cukup untuk menjaga suhu komputer tetap sesuai batas toleransi, akan terjadi Thermal Throttling.
Thermal throttling ini adalah upaya prosessor untuk mencegah terjadinya kondisi Thermal Breakdown dimana prosessor menjadi terlalu panas sehingga merusak dirinya sendiri.
Thermal throttling ini dilakukan prosessor dengan cara menurunkan voltase dan clockspeed ke level yang lebih rendah dengan harapan dapat menurunkan suhu core prosessornya. Perlu diketahui bahwa semakin tinggi clockspeed membutuhkan voltase yang lebih tinggi sehingga menghasilkan panas yang lebih tinggi pula, sehingga dengan membatasi clockspeed dan voltase pada level yang lebih rendah diharapkan terjadi penurunan temperatur yang dapat menjaga prosessor tetap beroperasi walaupun menjadi lebih lambat.
Ya, menjadi lambat adalah salah satu ciri dan resiko terjadinya thermal throttling ini. Kondisi ini bisa dirasakan khususnya jika kita melakukan aktifitas yang secara konsisten dan konstan mememerlukan kekuatan prosessor dalam waktu panjang.
Misalnya, ketika bermain game, pada awal permainan game terasa lancar dan mulus, tetapi setelah beberapa lama, game menjadi putus-putus, ngelag atau bahkan tidak merespon sama sekali, dan hal ini terjadi terus menerus, maka patut dicurigai terjadi kondisi thermal throttling, apalagi jika terdengar suara kipas komputer yang jauh lebih keras dari biasanya.
Airflow
Jika terjadi kondisi seperti ini, baiknya langkah pertama yang dilakukan adalah mengecek kebersihan dari heatsink komputer atau laptop yang digunakan. Seringkali heatsink tertutup debu sehingga menyebabkan airflow (aliran angin) menjadi tidak sempurna atau bahkan terhalang. Lalu jika menggunakan laptop, hindari meletakkan laptop di permukaan empuk seperti kasur atau bantal karena dapat menutup lubang ventilasi yang terdapat di bawah dan di pinggir laptop.
Hal ini berkaitan erat dengan Airflow, yaitu kondisi pergerakan udara di dalam suatu sistem dimana dalam hal ini adalah pergerakan udara di dalam casing komputer/laptop.
Airflow yang baik akan membantu memasukkan udara dingin dari lingkungan sekitar, sembari mengeluarkan udara panas yang dihasilkan oleh komponen-komponen di dalam komputer.
Seringkali airflow menjadi tidak optimal karena terhalang oleh debu, kabel-kabel yang penempatannya menghalangi airflow, hingga posisi peletakan komponen yang kurang memperhatikan arah udara tersebut.
Thermal Shutdown
Ketika Thermal Throttling tidak sanggup juga menjaga suhu prosessor dan suhu terus meningkat hingga ke tingkat kritis, maka sebagai langkah pencegah terjadinya kerusakan permanen pada prosessor akan dilakukan Thermal Shutdown, yang sesuai namanya, sistem akan serta merta langsung mematikan dirinya dalam upaya menyelamatkan komponen-komponen di dalamnya. Shutdown disini berlangsung instan tanpa melewati proses shutdown komputer reguler, persis seperti ketika kita tiba-tiba mencabut kabel listrik ke komputer.
Pengaturan kecepatan kipas
Pada kebanyakan komputer, kita dapat melakukan pengaturan atau adjustment pada kecepatan kipas, baik secara manual atapun berupa profile. Pengaturan fan atau kipas komputer ini biasanya dibagi menjadi 3: quiet (sunyi), normal dan agressive,
Pada pengaturan quiet, didapatkan tujuan berupa komputer yang sunyi dan tidak berisik oleh kipas komputer dimana komputer akan menjaga kecepatan putaran kipas serandah-rendahnya (bahkan bisa berhenti) hingga batas temperatur yang cukup tinggi dicapai, lalu komputer melakukan peningkatan kecepatan kipas komputer secara perlahan-lahan. Melalui profile ini akan didapat suhu prosessor yang cukup tinggi tetapi kebisingan yang paling rendah.
Pada pengaturan normal, komputer akan melakukan pengaturan kecepatan putaran kipas berbanding lurus dengan peningkatan suhu prosessor, sehingga prosessor akan dijaga suhunya tidak terlalu tinggi, tetapi level kebisingan juga dijaga agar tidak terlalu tinggi.
Pada pengaturan agressive, komputer tidak akan segan-segan memutar kipas komputer dengan kencang begitu terjadi peningkatan suhu prosessor. Hal ini dilakukan untuk menjaga agar suhu prosessor tetap rendah tetapi mengorbankan kebisingan yang dihasilkan oleh sistem komputer tersebut.
Tetapi tetap, pada profil manapun yang digunakan, komputer akan memutar kipas dengan kecepatan maksimum ketika suhu prosessor mencapati batas toleransi atas yang dinilai dapat membahayakan umur dan keselamatan komponen itu sendiri.
Pengaturan suhu Thermal Shutdown
Pada beberapa komputer, kita dapat mengatur suhu kritis yang dapat dicapai prosessor sebelum terjadinya Thermal Shutdown. Pengaturan ini biasanya dilakukan di BIOS komputer, dengan tingkat suhu yang dapat dipilih masih berada di bawah batas kritis suhu prosessor.
Sebagai contoh, sebelum dilakukan optimasi, ketika rendering video, komputer yang saya gunakan yang menggunakan prosessor AMD FX 8320 dapat mencapai suhu 95 derajat celcius, sehingga saat digunakan settingan default dari BIOS yang mengatur Thermal Shutdown pada suhu 85 Celcius, selalu terjadi shutdown ketika proses render berlangsung sekitar 3-4 menit, padahal kipas sudah berputar pada kecepatan maksimum. Setelah dicoba batas suhu Thermal Shutdown di angka 95 celcius, kebanyakan render pendek yang membutuhkan waktu 5 menitan jadi berhasil terselesaikan, tetapi untuk render panjang yang membutuhkan waktu lebih dari 5 menit seringkali mencapai batas kritis tersebut, selain itu saya juga tidak nyaman menjalankan komputer dengan suhu yang hampir bisa digunakan untuk merebus air tersebut di dalam komputer karena disadari atau tidak, pasti akan ada efek jangka panjang yang terjadi jika komponen elektronika dibiarkan terkena panas ekstreme secara terus menerus.
Saat ini prosessor yang saya gunakan (masih AMD FX8320) bisa melakukan render berjam-jam tanpa masalah, dengan suhu maksimal sekitar 80-85 derajat celcius tanpa terkena Thermal Throttle melalui optimasi yang saya lakukan melalui pengaturan power management pada BIOS. Sederhananya, saya melakukan penurunan voltase maksimum yang masuk ke bios sekitar 0,5 volt yang menghasilkan penurunan temperatur hingga 20 derajat celcius, walaupun kondisi prosessor kini sedikit berjalan lebih cepat dengan overclocking dari clockspeed aslinya 3,5Ghz menjadi 4Ghz yang meningkatkan performa cukup signifikan ditandai dengan waktu render dan waktu proses secara umum yang lebih cepat.
Thermal Management hanya di komputer?
Tentu tidak! Selain komputer, banyak sekali perangkat elektronik lain yang memiliki sistem proteksi terhadap panas, seperti Smartphone, Arduino, Raspberry Pi, dan berbagai perangkat lain. Bahkan sistem proteksi thermal juga terdapat di komponen elektronik yang ketika digunakan dapat menghasilkan panas seperti baterai lithium, motor listrik, Oven listrik, Dispenser air panas, water heater, hair dryer, setrika listrik, power inverter serta berbagai perangkat lain.
Tetapi perlu diingat juga bahwa tidak seluruh perangkat elektronik memiliki sistem manajemen atau sistem pencegah panas berlebih ini. Jadi alangkah baiknya jika kita menggunakan perangkat elektronik, selalu diusahakan untuk menjaga perangkat tersebut tetap berada pada suhu optimalnya.
