что такое радиатор на материнской плате

9 мифов об охлаждении компьютера

Привет Пикабу! Не все помнят времена, когда процессоры и видеокарты требовали в худшем случае простого радиатора, а про корпусные вентиляторы и системы водяного охлаждения никто и не слышал. Но все изменилось: современные процессоры и видеокарты могут потреблять под нагрузкой сотни ватт, так что уже никого не удивишь трехсекционными СВО, килограммовыми суперкулерами и парой-тройкой корпусных вертушек. Однако с прогрессом в области охлаждения ПК также прогрессировали и мифы, и сегодня мы о них поговорим.

Миф №1. Чем производительнее охлаждение, тем ниже будет температура процессора.

Казалось бы, все верно: более крутое охлаждение способно отвести больше тепла от крышки процессора, значит его итоговая температура будет ниже. Однако тут ключевой момент — от крышки, а не от кристалла. А ведь между ними есть слой термоинтерфейса, да и зачастую сам кристалл достаточно толстый.

К чему это приводит? Да все к тому, что начиная с определенного тепловыделения процессора уже без разницы, чем вы его будете охлаждать: все упрется в временами не самый качественный термоинтерфейс под крышкой. За примерами ходить далеко не нужно: скальпирование Core i7-8700K и замена терможвачки под крышкой на жидкий металл снизит температуру под нагрузкой как минимум на десяток градусов. Более того — дополнительная шлифовка кристалла топового Core i9-9900K также способна убрать пару градусов.

В итоге для любого процессора есть разумное тепловыделение, и при его превышении какая бы ни была крутая система охлаждения, он все равно будет перегреваться. Поэтому нет смысла ставить к тому же Core i7-8700K трехсекционную систему водяного охлаждения, дабы он стабильно работал на 5 ГГц — вы добьетесь даже лучшего эффекта с простой «башенкой», если проскальпируете его.

Миф №2. Кулер нужно выбирать по TDP процессора

Многие производители кулеров и СВО пишут в характеристиках своего изделия, сколько ватт тепла оно может отвести. Аналогично, Intel и AMD пишут тепловыделение своих процессоров. Поэтому может показаться, что если вторая цифра меньше первой, то такое охлаждение вам подойдет.

Увы — тут есть сразу два заблуждения. Во-первых, реальное тепловыделение процессоров под нагрузкой и тем более разгоном зачастую куда выше, чем пишет производитель. Например, номинальный теплопакет Ryzen 9 3900X — 105 Вт, однако на деле он может потреблять почти в два раза больше, около 180-200 Вт. И если сотню ватт способны отвести даже не самые большие башни, то вот 200 Вт требует уже килограммовых суперкулеров или достаточно продвинутых СВО.

Intel тоже принимает в качестве значения TDP уровень энергопотребления при работе на базовой частоте.

Во вторых— далеко не всегда понятен смысл фразы «кулер может отвести Х ватт тепла». От какого процессора? Например, площадь крышки у 16-ядерного Threadripper почти вдвое больше, чем у 16-ядерного Ryzen, поэтому отводить тепло с нее проще. Плюс непонятно, с какой термопастой кулер сможет отвести указанное число ватт, и таких «но» можно назвать много. К слову, именно поэтому компания Noctua, не указывает, сколько ватт может отвести их решения.

Как же тогда узнать, подойдет вам определенный кулер или нет? Ответ прост — читайте его обзоры и смотрите, на каких тестовых системах его проверяют, после чего делайте логические выводы: к примеру, если кулер справился с Core i7-8700K, то и с более простым Core i5-8600K проблем не будет. И, с другой стороны, если с Ryzen 7 3800X у кулера проблемы, то брать его в пару к Ryzen 9 точно не стоит.

Миф №3. Для игровых ПК обязательно нужна СВО.

Как выглядит навороченный игровой компьютер? Правильно, масса вентиляторов с RGB подсветкой и обязательно система водяного охлаждения, куда же без нее. Однако на деле для подавляющего большинства ПК она просто не нужна.

Почему? Во-первых, игры грузят процессор куда слабее, чем стресс-тесты, и даже топовый Core i9-9900K, способный в тесте AIDA64 потреблять свыше 250 Вт, в играх и до сотни не дойдет, а с таким тепловыделением справится и не самая дорогая башня. Во-вторых, у СВО куда меньшая надежность, чем у кулеров: зачастую за пару лет помпы забиваются и начинают хуже работать и шуметь, а то и вовсе останавливаются. Причем их чистка, если она возможна, — далеко не самый простой процесс. Ну и в-третьих, у СВО плохая эффективность на ватт отводимого тепла: если за 4-5 тысяч рублей вы купите отличный суперкулер, который без проблем справится с топовыми 8-ядерными CPU, то среди СВО за такие деньги будут лишь достаточно бюджетные и не самые качественные модели.

Как итог — оставьте СВО для рабочих станций, где трудятся монструозные процессоры с парой-тройкой десятков ядер и тепловыделением под три сотни ватт. Собирая систему на домашних сокетах LGA1151 или AM4, переплачивать за водянку смысла нет.

Миф №4. Боксовые кулеры абсолютно не эффективны и их обязательно нужно менять.

В общем и целом, у большинства пользователей сложилось не самое лучшее впечатление о боксовых кулерах: дескать, они не эффективны и не справляются с процессорами, с которыми они идут в комплекте. Однако на деле это совсем не так.

Разумеется, небольшой алюминиевый радиатор с кусочком меди, не справится с Core i9 в разгоне. Но, к примеру, стоковый кулер вполне себе может удерживать температуры 6-ядерного Core i5-8400 в играх на уровне 60-75 градусов — и это при критичных температурах около сотни градусов. Еще лучше дела обстоят с боксовыми кулерами для Ryzen, которых существуют аж три версии.

Так, AMD Wraith Stealth, который поставляется с 4-ядерными Ryzen, вполне справляется с ними даже при небольшом разгоне процессора. А, например, AMD Wraith Prism, который поставляется вместе с Ryzen 7, вообще имеет 4 теплотрубки и показывает себя на уровне башенок за 1000-1500 рублей. Так что не стоит считать боксовые кулеры плохими — если вы не балуетесь разгоном и не нагружаете CPU чем-то сильнее игр, их возможностей вам вполне может хватить.

Миф №5. Жидкий металл всегда эффективнее термопасты

Жидкий металл отличается от термпопаст тем, что у него в разы выше коэффициент теплопроводности, из-за чего, в теории, температуры с ним должны быть ощутимо ниже. Однако на деле это далеко не всегда так. Например, если вы будете использовать вместо хорошей термопасты на крышке процессора жидкий металл, то вы снизите температуру… от силы на 2-3 градуса, а вот если под крышкой (то есть проведете скальпирование), то временами на 15-20 градусов.

Почему так? Все просто: площадь кристалла процессора на порядок меньше площади крышки, соответственно тепловой поток между крышкой и кристаллом оказывается огромным. Поэтому теплопроводности термопасты в этом случае не хватает, и выигрыш от перехода на жидкий металл становится ощутимым. А вот между крышкой процессора и подошвой кулера пятно контакта огромно, и тут уже хватает теплопроводности большинства термопаст, так что тратить жидкий металл тут не стоит.

Миф №6. Использование двух вентиляторов на одном радиаторе кулера существенно снизит температуру процессора.

В последнее время стали достаточно распространены процессорные кулеры с двумя и даже тремя вентиляторами, и, казалось бы, они должны эффективнее гонять воздух и тем самым лучше охлаждать ЦП. На деле все как обычно не так хорошо, как хотелось бы.

Почему? Да потому что воздух, прошедший через одну стойку радиатора, уже несколько нагрет, и второй радиатор будет по сути гнать через вторую стойку радиатора уже теплый воздух. Поэтому даже в случае с топовыми Noctua снижение температуры процессора от второго вентилятора составляет от силы 3-4 градуса, а уж в случае с китайскими «снеговиками» разница еще меньше. С учетом того, что шума такая система будет производить больше, смысла брать двух или трехвентиляторные кулеры немного.

Миф №7. Расположение в корпусе блока питания никак не влияет на температуру его компонентов.

Большинство относительно дорогих корпусов не просто так имеют место под блок питания в нижней части корпуса — в таком случае его вентилятор захватывает холодный наружный воздух. В более простых корпусах блок питания вынужден брать теплый воздух внутри корпуса, что разумеется негативно повлияет на температуры внутри него.

А с учетом того, что обычно в простых сборках используют вместе с не самыми дорогими корпусами и не самые лучшие блоки питания — не нужно мешать последним нормально работать, стоит доплатить буквально несколько сотен рублей и взять корпус нижним расположением БП.

Миф №8. SSD не требуют радиаторов.

Небольшие M.2 накопители становятся все популярнее: они зачастую в разы быстрее обычных SATA SSD, а вот цены на них постоянно снижаются. Однако стоит понимать, что высокие скорости просто так не даются: производители таких накопителей используют мощные многоядерные контроллеры, теплопакет которых составляет единицы ватт.

Как итог, при работе они могут достаточно существенно греться и достигать критических температур, после чего наступает троттлинг и снижение производительности — в общем, все как у обычных процессоров или видеокарт. Так что если вы купили себе дорогой и быстрый Samsung 960 EVO — докупите к нему радиатор на AliExrpess, если такового нет на материнской плате, это позволит ему работать быстрее при большой нагрузке.

Миф №9. Плохое охлаждение видеокарты никак нельзя исправить.

Мощные видеокарты всегда стоили дорого, а сейчас, с еще большим ослаблением рубля, цены точно не уменьшатся. Как итог, появляется желание сэкономить и взять видеокарту подешевле, и обычно в данном случае покупают референсные версии, которые максимально дешевые.

Однако зачастую быстро приходит понимание того факта, что охлаждение таких GPU или сильно шумит, или недостаточно эффективно и не позволяет толком разогнать видеокарту. Казалось бы, выхода тут нет: зачастую снизить шум можно только урезав видеокарте теплопакет, что снизит производительность, а для более-менее существенного разгона придется пускать вертушки на 100% оборотов, и играть в таком случае получится только в наушниках.

И не все знают, что выход из этой ситуации есть, и он достаточно прост — а именно можно отдельно купить кастомную систему охлаждения.

Она способная остудить даже горячую GTX 1080 Ti, причем стоит зачастую дешевле, чем разница между референсом и версией видеокарты от стороннего производителя с хорошим охлаждением.

Более того, в продаже встречаются и водоблоки для топовых RTX и AMD RX — такие решения не просто уберут все проблемы с нагревом, но и еще позволят неслабо разогнать видеокарту. В итоге, как видите, референская видеокарта — не приговор, ее почти всегда можно превратить в топовое решение за сравнительно небольшие деньги.

Как видите, мифов про охлаждение компонентов ПК хватает. Знаете какие-нибудь еще? Пишите об этом в комментариях.

Источник

Как эффективно снизить температуру процессора, зоны VRM и видеокарты даже в плохом корпусе и без дорогого охлаждения

Вступление

В летнюю жару продолжаем как никогда актуальную тему охлаждения комплектующих ПК. Итак, в предыдущей статье мы смогли выяснить, что выдув гораздо важнее вдува по теории охлаждения ПК, а также разобрали наиболее эффективные в плане охлаждения комбинации из двух вентиляторов в достаточно просторном корпусе. Сегодня же мы будем эффективно охлаждать ПК в разгоне при помощи кустано собранного «супервыдува», который к тому же заметно снизит температуры зоны VRM.

реклама

Для чистоты эксперимента тестовый ПК будет собран в корпус с намеренно созданным плохим продувом. Более подробную информацию о ПК вы сможете узнать ниже.

Тестовый стенд

На этот раз тестовый стенд из себя представляет изрядно убитый, но легендарный корпус Zalman Z9 Plus с небольшими «колхозными модификациями» от меня: сверху через поролон был буквально пришит 120-мм вентилятор неизвестного происхождения, который подключается к комплектному «реобасу»; для чистоты эксперимента и намеренного ухудшения продуваемости корпуса верхняя перфорация была заклеена бумажным листом:

реклама

Комплектный корпусный термодатчик был также помещен непосредственно в радиатор в зоне VRM для контроля за возможным перегревом и выводом температуры на корпусный дисплей:

За дополнительный прогрев отвечает легендарная видеокарта Sapphire HD 7970, ремонт и техническое обслуживание которой мы проводили пару месяцев назад.

«Героем» нашего эксперимента сегодня выступает восьмиядерный процессор AMD FX-8320E, разогнанный до частоты в 4.5 ГГц при напряжении 1.3 вольта. Естественно, процессор был разогнан по множителю лишь для увеличения его тепловыделения, разгон по шине не представляется возможным из-за единственного в наличии модуля памяти DDR3 на неизвестных чипах, не поддающихся никакому разгону.

реклама

За разгон процессора отвечает превосходная материнская плата ASUS SABERTOOTH 990FX R1.0, собственно, имеющая работающие множители. Все значения LLC были выставлены на максимум.

За энергообеспечение комплектующих отвечает блок питания Corsair VS650 (качество блока оставляет желать лучшего, сильнейшие просадки напряжения по 12-вольтовой линии, лучше бы его место занял AeroCool AERO WHITE 700W, как нельзя лучше подходящий для таких мощных сборок).

Помимо вентилятора с процессорного кулера и единственного вентилятора на вдув в эксперименте принимали участие пять 120-мм вентиляторов, имеющих примерно одинаковую мощность создаваемого воздушного потока: четыре из них вентиляторы от фирмы Zalman и один старый вентилятор от Cooler Master.

реклама

За прогрев внутри корпуса отвечает комплексный тест OCCT, нагружающий как процессор, так и видеокарту. Нагрузка на процессор осуществлялась при использовании AVX инструкций.

Постоянная комнатная температура на протяжении всего тестирования составляла 22 градуса. Вентиляторы вращались на максимальных оборотах. Средняя длительность каждого тестирования составила 10,5 минут

Тестирование первое, пристрелочное: один вентилятор на выдув

Для начала было решено провести пристрелочное тестирование лишь с одним вентилятором на выдув.

В ходе тестирования процессор не троттлил и честно держал зафиксированные 4.5 ГГц. Температура ядер составила 65,5 градусов, а радиатор на зоне VRM прогрелся до внушительных 62 градусов. Максимальное значение напряжение на ядра составило 1.33 вольта. Блок питания изрядно нагрелся и напряжение по 12-вольтовой линии «просело» до 11.02 вольта. Температура видеокарты составила 84 градуса.

Более подробные результаты тестирования смотрите в «спойлере».

Тестирование второе: тройной вентилятор на выдув

Далее было решено использовать сразу 3 вентилятора, скрепленных вместе. Были выбраны одинаковые вентиляторы от Zalman, являющиеся комплектными. Соединены вентиляторы были медной проволокой от старого трансформатора. Конструкция была надежно затянута и не болталась.

Конструкция из трех соединенных вместе вентиляторов поспособствовала: снижению температуры ядер процессора на 5 градусов, снижению температуры видеокарты также на 5 градусов, снижению температуры VRM на 9 градусов!

Более подробные результаты тестирования смотрите в «спойлере».

Неудачная попытка взять 5 GHz на модифицированном кулере DEEPCOOL GAMAX 300

Поразившись эффективностью конструкции из трех вентиляторов, я решил попытать удачу и взять заветные 5 GHz, предварительно сконструировав конструкцию из пяти вентиляторов. Я предполагал, что моя конструкция займет все свободное пространство между задней стенкой корпуса и башней и создаст некоторое подобие «воздухопровода», но я немного не рассчитал и мне не хватило буквально пары миллиметров, чтобы протиснуть пятый вентилятор в конструкцию.

Было принято решение оставить связку из четырех вентиляторов Zalman как воздухопровод, а вентилятор от Cooler Master установить на вдув на боровую крышку корпуса.

Вольтаж на ядра процессора был увеличен до 1.4 вольта. К сожалению, камень попался абсолютно никчемным и такого напряжения хватило лишь для «скриншотного» разгона:

Стабильное прохождение теста OCCT с использованием AVX инструкций удавалось лишь на частоте в 4,8 ГГц при напряжении в 1.375 вольт. Но таким результатом никого не удивишь и идея покорить 5 GHz на «трактористе» так и осталось фантазией.

Тестирование третье: кустарный теплоотвод из пяти вентиляторов, скрепленных вместе

Сравнивать конструкцию из трех вентиляторов с конструкцией из четырех вентиляторов было бы скучно. Но мне все-таки удалось сделать кустарный «воздухопровод» из пяти вентиляторов. Один вентилятор при этом располагался за пределами корпуса.

К сожалению, конструкция из пяти вентиляторов не привнесла никакого выигрыша в температуре относительно конструкции из трех вентиляторов. Радиатор на зоне VRM сохранил температуру в 53 градуса, но дохлому блоку питания Corsair VS650 стало еще хуже. Напряжение по 12-вольтовой линии просело до отметки в 10.85 вольта. Собственно, из-за такой резкой просадки наблюдалась «пика» троттлинга процессора, его частота резко упала ниже 3.5 ГГц. Вот так дохлый блок питания может «обломать» весь оверклокинг, но это уже тема для другой статьи.

Заключение

Основываясь на результатах тестирования можно сделать следующие выводы: первое, три вентилятора, скрепленных вместе и расположенных на выдув через перфорацию в задней стенке, действительно уменьшают температуру процессора, видеокарты и зоны VRM за счет улучшенной тяги и «трубообразности» конструкции, максимально подведенной к достаточно раскаленной башне; второе, увеличение «длины» теплопровода до пяти вентиляторов не дает никакого эффекта, как и, собственно, внешний вентилятор на выдув; третье, для DEEPCOOL GAMAX 300 предельной частотой восьмиядерного процессора AMD FX-8320E является 4.8 ГГц, как не модифицируй башню, но 5 ГГц с тремя теплотрубками и радиатором «со спичечный коробок» взять не получится.

Источник

Охлаждение микросхем: печатная плата и радиатор (часть 1) (страница 3)

Исследование должно нести и практический смысл, поэтому при проведении тестирования будет использоваться некоторый набор разнотипных радиаторов.

Я не вижу особого смысла увеличивать спектр радиаторов – важно лишь обеспечить некоторую инвариантность – маленькие, большие, с редкими ребрами и с частыми.

Слева, направо: 1, 2, 3, 4/5, 6.

реклама

1. Довольно большой размер, маленькая ребристость. Площадь 10 см 2 2. Более компактный и ‘воздушный’ вариант, может дать худшие результаты при интенсивном обдуве. Площадь 10 см 2
3. Высокая ‘ребристость’, вряд ли подойдет под естественную конвекцию. Площадь 15 см 2
4. Все параметры ‘средние’, но довольно большой размер. Площадь 30 см 2
5. Полная копия №4, покрашен черной нитрокраской
6. ‘Огромный’ и ‘воздушный’ радиатор. Площадь 38 см 2.

Кроме площади поверхности и типа исполнения (мера продуваемости) остальные параметры радиаторов интереса не представляют.

Радиаторы 1-3 могут быть установлены на любые из рассматриваемых корпусов. Остальные установить либо трудно, либо нельзя – на современных платах не так много свободного места.

Современный тип корпуса, обладает рядом достоинств – хорошая теплопередача в печатную плату, небольшая индуктивность и сопротивление выводов, весьма компактен. В тестировании участвовала микросхема памяти DDR в упаковке вида ‘Flip Chip PBGA’. Для памяти еще может применяться ‘Memory BOC’, но в тесте участвовал именно первый вариант.

Полупроводниковая пластина занимает значительную часть корпуса. Стоит отметить, что к верхней части корпуса обращена обратная сторона полупроводника и толщина заливки по верхней стороне порядка 0.4 мм. Попробую предположить, что основной упор в отводе тепла делается на переносе через выводы.

Размеры корпуса показаны на рисунке, измерения будут производиться при мощности рассеивания 2.5 Вт.

Посмотрим, насколько хорошо передается тепло на печатную плату. Микросхема квадратная и нет смысла строить графики для двух осей.

реклама

Впрочем, пластина кремния в этом корпусе не квадратная, примерно 8х5 мм, поэтому уточню – данные снимались по длинной стороне (8 мм). Если взять по короткой, то особой разницы не наблюдалось.

На рисунке выше отмечена длина корпуса (коричневый) и пластины кремния (серый, чуть короче).

Сразу хочется отметить несколько моментов:

Возьмем центральную зону микросхемы на плате и взглянем подробнее.

1. Корпус микросхемы
2. Пластина полупроводника, рабочий слой внизу
3. Зона трассировки
4. Выводы микросхемы
5. Печатная плата
6. Слои меди в плате
7. Переходное отверстие

Как видно из рисунка, тепло от полупроводникового кристалла, минуя зону трассировки, передается прямо на выводы и далее распространяется в плату двумя путями – от контактных площадок выводов и через переходные отверстия. На рисунке все ‘красное’ – это медь и наглядно видно, что её много. Теплопроводность материала FR4, из которого чаще всего собирают печатные платы, довольно низкая, но введение множества слоев меди кардинально меняют дело. Впрочем, я несколько забежал вперед паровоза.

Важно здесь другое, сделаем структурную схему.

В тесте используется обдув вентилятором, но и без принудительного охлаждения механизм остается прежним, просто тепло рассеивается нагреванием (и движением) прилегающего воздуха.

реклама

Небольшой предварительный анализ.

Температура полупроводника зависит как от эффективности отвода тепла двух поверхностей – самого полупроводника и печатной платы, так и от теплового сопротивления между полупроводником и активной зоной платы. Иначе говоря, температура кристалла зависит от двух путей передачи тепла:
1. Прямой, тепло отдается за счет обдува полупроводниковой пластины (или радиатора над ней).
2. Через печатную плату. Здесь задействованы гораздо большие площади поверхности, но тепловые сопротивления ‘1’ и ‘2’ (смотреть структурную схему) снижают эффективность.

Короче говоря, есть два параллельных пути отвода тепла. В зоне пластины нагрев одинаков, а за этой границей температура падает примерно в два раза и начинают сказываться потери ‘2’ (смотреть структурную схему) вдоль платы. Обратите внимание, температура печатной платы, по ее длине, меняется мало – это говорит о большом количестве меди в плате. А основные потери возникают в зоне сочленения микросхемы и платы.

Тепловые потери зависят не только от меры теплопроводности материала, но и от длины периметра. Микросхема маленькая и периметр передачи тепла небольшой (порядка 10х10 мм). Если бы микросхема была больше, то возрос и периметр передачи тепла в плату, что снизило бы тепловые потери.

реклама

Использование дополнительных радиаторов и различной скорости обдува.

В таблице приведена зависимость температуры перегрева к воздуху в помещении от напряжения питания вентилятора и типа дополнительного радиатора.

Или то же, графически.

Между напряжением 0 и 3.5 В вентилятор не крутится, поэтому график в этой зоне физического смысла не несет. Это замечание относится ко всем аналогичным графикам в статье.

реклама

Перейдем к анализу и начнем с режима без дополнительного радиатора (верхний график).

реклама

Второй вывод можно сделать при сравнении тех же двух графиков, но только для случая при очень сильном обдуве. Если бы не существовало вредоносного влияния термосопротивления ‘2’ (смотреть структурную схему) по периметру микросхемы, то при высокой скорости обдува их показания так же отличались бы в два раза. Но этого не происходит – для радиатора это 9.6 градуса, а без оного – 25.6, что совсем не ‘в два раза’.

Из этой зависимости можно вычислить тепловое сопротивление потерь в переходе микросхема-плата. Можно, но смысла мало, поскольку оно уже есть, и изменить его нельзя – металлическую пластину с обратной стороны не поставить, мешают блокировочные конденсаторы и прочая «живность».

Переходим к радиаторам.

На микросхему такого размера можно поставить радиаторы с номерами 1-3, но посмотрим на графики – они все недостаточно эффективны и, вообще, показывают одинаковые результаты. Взглянем внимательнее.

реклама

Радиатор № 4 и № 5 – два одинаковых радиатора, но № 5 дополнительно покрашен в черный цвет. Теория гласит, что черненая поверхность рассеивает тепло лучше блестящей. Как-то делал небольшое исследование по измерению эффективности рассеивания тепла черненой и нечерненой пластины, разница оказалась двукратной. Но это пластина, а тут радиатор – его поверхность излучения не так развита (значительный процент излученной энергии поглощается самим же радиатором). Как показал тест – разницы в цвете покрытия нет. Даже больше, дополнительное покрытие увеличивает термосопротивление радиатор-воздух, что хорошо видно для высокой скорости обдува – 10.6 градуса против 10.8 на окрашенном. Впрочем, это тоже мелочь!

Радиаторы № 4 и № 5 показывают сносную эффективность, но для получения достойных результатов требуется что-то бо́льшее. Вот № 6 уже интереснее, но его геометрические размеры просто недопустимы для данного типа корпуса. Гм, отчасти я понимаю тех, кто использует тепловые трубки и объемные радиаторы.

Источник