Всем привет! В прошлом выпуске PC Buyer’s guide мы кратко рассмотрели современные материнские платы, чипсеты, сокеты, а также одним глазком взглянули на рынок современных процессоров. Подробнее о «пламенных моторах» поговорим в другой раз, а вот сегодня нас ждёт немного другая тема, которая напрямую связана как с личным комфортом пользователя ПК, так и со здоровьем «железного коня». Речь пойдёт о системах охлаждения для различных комплектующих.
Откуда берётся нагрев?
В этом мире действуют законы физики, и некоторые из них мешают нам с вами на качелях летать в космос, «бесплатно» ездить на транспорте, бесконечно наращивать производительность ПК и делать много других крутых штук. К счастью, эти же законы делают много другой полезной работы, да и взять и отказаться мы от них не можем, поэтому придётся приспосабливаться.
Компьютер у нас (пока) не квантовый, а полупроводниковый. Работает за счёт «переключения» транзисторов из одного состояния в другое. Самих по себе транзисторов — много разновидностей, но суть не в этом. Чтобы «переключить» схему из одного состояния в другое, необходимо подать ток на управляющий контакт. Электрический ток в металле — ни что иное, как упорядоченное движение электронов. Собственно, электроны бы рады двигаться без каких-либо ограничений, но неоднородность ионной решётки и тепловые колебания самих ионов приводят к тому, что часть электронов передают свой импульс на «окружающую среду» по пути к цели. При этом энергия их движения преобразуются во внутреннюю энергию кристаллической решётки, что и приводит к нагреванию проводника при прохождении по нему электрического тока.
Собственно, нагрев компонентов — результат банального «трения» электронов внутри проводника. Разумеется, существуют материалы, которые в условиях очень низких температур практически не обладают «трением» (сверхпроводники), но работать с ними в домашних условиях пока не выходит: они дорогие и требуют охлаждения до -150-200 градусов по цельсию. А те, что работают при сравнительно высокой температуре — так и вообще стоят как полёт на Луну и обратно.
Хочется отметить ещё один важный факт. Хоть процессоры у нас и миниатюрные, а «проводник» в них вообще без электронного микроскопа не разглядеть, «размотать» весь проводящий контур одного процессора можно не в один и не в два километра проводки. Так что чуть-чуть здесь, чуть-чуть там, а в итоге «плиточка» 3х3 сантиметра может разогреваться до сотни градусов.
Теплопакет
Инженеры, разрабатывающие микроэлектронику давно научились считать и прогнозировать тепловые потери на любых участках цепи. У всех современных процессоров производитель указывает так называемый теплопакет: максимальную отдачу тепла с термораспределительной крышки (да-да, той самой, на которую термопасту намазывают), под максимальной нагрузкой при работе в штатном режиме.
Само собой, количество тепловой энергии измеряется в Калориях или Джоулях, а в Ваттах измеряется мощность, но данные единицы измерения связаны (1 Вт ~ 859,84 кал/ч), да и во многих других элементах электрических цепей используется именно Ватт, так что и теплопакет записывается в Ваттах.
Что будет, если система охлаждения не способна отвести необходимое количество энергии от процессора? Процессор банально перегреется, после чего в лучшем случае вы получите зависание или перезагрузку из-за сработавшего «предохранителя», отправившего системе код на экстренную остановку работы OS, в худшем — что-нибудь внутри процессора сломается, а чинить нанометровые технологии попросту нерентабельно, придётся покупать новый процессор.
Теория — охлаждение воздухом
Самый простой способ охладить процессор — обеспечить термораспределителю качественный контакт с окружающей средой, температура которой будет значительно ниже, чем температура радиатора. Молекулы (в простейшем случае — воздуха) будут сталкиваться с горячей поверхностью, забирать часть импульса куда более горячих (и сильнее колеблющихся) молекул теплораспределителя. Меньше импульс — меньше колебания — меньше температура поверхности, а значит более горячая «начинка» процессора снова сможет «раскачать» атомы и молекулы в термораспределителе, чтобы тот, в свою очередь, передал тепловыю энергию окружающей среде.
Для улучшения подобного вида охлаждения можно увеличить площать контакта рассеивателя с окружающей средой, а можно увеличить «поток» холодных молекул воздуха, которые будут сталкиваться с радиатором. На деле эффективнее всего увеличивать оба параметра одновременно.
Разные металлы обладают разными коэффициентами расширения, разной электро- и теплопроводностью. Наиболее эффективные системы охлаждения (из разумных вариантов, разумеется) — медные, но медь достаточно дорогой металл, поэтому используется только в основных распределяющих тепло конструкциях (контакнтых пластинах и тепловых трубках), а «рёбра» радиаторов обычно набраны из алюминия. Его характеристики чуть хуже, но вполне приемлемы. Разумеется, из этого «правила» есть исключения, но они редки и нас не интересуют.
Тепловые трубки работают следующим образом: внутри находится некоторое количество жидкости, которую легко довести до кипения. После достижения термораспределителем определённой температуры жидкость начинает испаряться, забирать тепло у металлической оболочки, после чего парообразная фракция «уходит» в более холодный конец, где передаёт тепловую энергию радиатору, охлаждается, конденсируется, затем процесс повторяется. Данный подход позволяет значительно ускорить отвод тепла от процессора, но имеет один существенный недостаток. Состав внутри трубки начинает работать при определённой температуре, и до достижения точки кипения теплопроводность данной системы оставляет желать лучшего. Кроме «нижнего» порога нас поджидает ещё одна неприятность «сверху». Сообщив системе слишком много тепла, мы можем испарить всю жидкость, и если система охлаждения не сможет быстро рассеивать полученную энергию, жидкость не будет успевать конденсироваться и теплопроводность всей системы резко упадёт, после чего вся процессор быстро перегреется. Впрочем, получить проблемы от «выкипания» теплотрубок можно только если баловаться разгоном и упрямо игнорировать показания датчика температуры
.
Теория — охлаждение жидкостью
По сути, вся система водяного охлаждения (далее — СВО) — одна большая теплотрубка, с той лишь разницей, что она не закипает, а просто «прокачивается» по замкнутому контуру помпой: нагревается на процессоре и/или видеокарте, остывает на радиаторе, который вновь требуется обдувать воздухом. Различия в деталях: внешняя помпа или «встроенная», самосборная система или заводская, имеется расширительный бачок, или вся «водянка» работает в замкнутом цикле. Ну и теплоносители могут отличаться: кто-то использует спирты, кто-то дистилиррованую воду, кто-то специальные теплоносители.
Испарительная же система охлаждения (с фреоном) технически не будет отличаться от обычного холодильника: с тем же успехом можно купить небольшой холодильный шкаф и собирать компьютер прямо в нём. Расходы электроэнергии, правда, не порадуют. Заводских, готовых к установке систем такого уровня для обычных ПК в продаже в Росссии я не встречал, но в дикой природе за рубежом такие штуки встречаются, хоть и редко. Впрочем, имея прямые руки и старый ненужный холодильник вполне возможно «наколхозить» подобную штуку самостоятельно.
Беда в том, что полезность фреонки для домашнего компьютера в целом сомнительна.
Жидкий азот
Охлаждение жидким азотом относится к испарительным системам, и совершенно не имеет никакой пользы в домашнем компьютере, так как система не замкнутая и выкипевшие пары просто улетают, требуя постоянной дозаправки охладительного стакана. Кроме того, снежная шуба из конденсирующейся на стакане влаги из окружающего воздуха требует соответствующей изоляции материнской платы. Единственное назначение азотного охлаждения — достижение кратковременных рекордных показателей разгона в соревновательных целях, обеспечить стабильную работу процессора на высокой частоте в течение суток / недели / месяца подобная система охлаждения не сможет.
Прочая экзотика
Сюда, собственно, можно отнести погружные системы охлаждения на основе масла (о них уже рассказывали на GT и не только) и применение элементов Пельтье. С первым всё более-менее понятно, все компоненты помещаются в «аквариум» с большим объёмом жидкости, не проводящей электрический ток, и на этом всё. Большой объём теплоносителя и его высокая теплоёмкость позволяет получить совершенно бесшумный системный блок.
Элементы Пельтье — хитрые устройства, которые могут либо генерировать ЭДС (а следовательно — ток) при разнице температур на двух сторонах, либо наоборот: тратить электричество и «переносить» тепло с одной стороны на другую, причём чем сильнее охлаждать «горячую» сторону, тем эффективнее будет перенос и тем сильнее будет «морозить» сторону, которая забирает тепло у процессора / теплотрубок. На моей памяти встречался только один монстро-кулер с такой фичей — Cooler Master V10.
И он у меня был. Места занимает много, энергии жрёт много, цена — неприличная, польза — сомнительная. За те же деньги можно было взять отличный «башенный» кулер от Noctua и получить примерно те же результаты.
Вентиляторы
Гонять воздух по системному блоку и обдувать радиаторы — с одной стороны, задача простая. Поставил плоскостей под углом, вращаешь их, они отбрасывают воздушный поток. На деле же в вентиляторостроении миллион хитростей. Правильные моторы, лучшие подшипники, ручная балансировка, хитрая форма лопастей и «насечка» на передней кромке — все эти параметры вляют как на эффективность вентилятора, так и на показатели шума.
Если делить очень грубо, то все-все-все вентиляторы делятся по диаметру крыльчатки (стандартные 80, 92, 120, 140 мм, реже встречаются другие значения), «толщине» корпуса и крыльчатки, способу регулировки частоты вращения (PWM — широтно-импульсная модуляция, если по-русски, резистивная система, регулирующая непосредственно напряжение на обмотке двигателя или вообще фиксированные обороты) и разъёму питания. Кроме того, за бесшумность и долговечность вентилятора отвечают подшипники. Самые простые, дешёвые и «шумные» — подшипники качения. В них шарики катаются по двум кольцам, преобразуя трение скольжения в трение качения. Плюсы — дешевизна, простота изготовления. Минусы — так себе балансировка, чувствительность к загрязнениям. В более дорогих моделях используются разные варианты подшипников скольжения: гидростатические, гидродинамические, магнитные. Они требуют особой точности изготовления и достаточно дорогих материалов, поэтому применяются только в моделях средней и высшей ценовых категорий.
Одними из лучших, на мой взгляд, производителями «бесшумных» и малошумящих каролсонов являются компании Scythe (читается «Сайс», и не смотря на то что многие считают, что «Сайс уже не торт», есть модели вполне достойные) и Noctua. Разумеется, у других вендоров также имеются прекрасные экземпляры, но именно эти две компании активно продвигают идею «и тихо, и холодно».
К слову, Noctua обычно используют сложные гидродинамические подшипники с магнитной стабилизацией, а Scythe, как правило, самые простые – гидростатические.
Термопаста
О термоинтерфейсе, или термопасте – буквально пару слов. Я не хочу открывать очередные врата в ад, сравнивая КПТ-8 и АлСил/Arctic Silver, на эту тему уже достаточно копий сломано в рунете, выбирайте сами (а лучше используйте то, что производитель приложил к кулеру в комплект, пока вы не занимаетесь разгоном — возможностей стандартных термоинтерфейсов с головой хватит). Суть и назначение термопасты — закрыть микротрещины и неровности в полированных поверхностях термораспределителя и контактной площадки радиатора. Отсутствие дефектов поверхностей позволит исключить попадание между процессором и радиатором воздуха, который будет играть роль теплоизолятора.
Правильный метод нанесения термопасты помещается в одной картинке.
Практика
Самый интересный раздел. Допустим, вы определились, что хотите тихий и мощный компьютер. С чего начать? С выбора охлаждения и процессора под него, или наоборот?
На самом деле, зависит от того, что вам нужнее: тихий или мощный компьютер. В первом случае вы берёте какую-нибудь шепчущую систему охлаждения, типа такой:
За картинку спасибо ресурсу overclockers.ru
Выбираете процессор по карману, желательно с теплопакетом 65 или 45 ватт, чтобы вентилятор даже не думал разгоняться под нагрузкой, ставите низкопрофильную оперативную память с радиаторами и наслаждаетесь тишиной.
С вариантом «от производительности» всё несколько сложнее. Если вы решили, что вам необходим серъёзный процессор, скажем, Core i7 или топовый AMD FX-8300, и при этом работать ночью рядом со спящими младенцами, злой тёщей или нервной бабушкой, которой «излучение» компьютера сигналы с марса забивает — то к охлаждению придётся подойти со всей тщательностью. Правда, и денег это будет стоить соответствующих.
Теплопакет топовых «потребительских» процессоров, например, Core i7-4970K, не смотря на все достижения прогресса, нанометры и прочее энергосбережение вплотную подбирается к отметке в 90-100 Ватт. С подобной нагрузкой достаточно легко справится любой башенный кулер за 3 тысячи рублей, но для тихой работы потребуется что-то действительно крутое.
Одним из фаворитов, в данном случае, можно считать килограммового монстра Thermalright HR-22. Цена вопроса — совершенно негуманных ~ 8 тысяч рублей. Размеры — впечатляющие.
При этом вы покупаете пассивный радиатор, без вентиляторов, способный обходиться естественной конвекцией и тем потоком воздуха, который обеспечиавют корпусные вентиляторы. К сожалению, сборка компьютера с таким монстром требует отличного знания возможностей вашего железа и грамотной организации «протяжки» самого корпуса.
Куда менее «замороченным» вариантом является установка Noctua NH-D14 или старшей модели D15. Стоит она чуть меньше, около 7 200 рублей, в комплекте — два вентилятора, диаметром 120 и 140 миллиметров (в некоторых случаях 2х140), полный набор переходников, длинная отвёртка и подробнейшая инструкция по установке.
NH-D14 много лет подряд был одним из самых крутых воздушных кулеров, с лёгкостью справляется с разогнанными процессорами, обеспечивая отвод до 200 Вт тепла, так что с «обычным» i7 ночью он точно совладает.
В случае же, если вы собираете недорогой компьютер, но всё так же желаете оставаться в тишине, стоит обратить внимание на процессоры семейства Core i3 (они достаточно холодные при неплохой производительности, особенно в условиях домашнего использования) с тепловыделением до 45 Ватт. Охладить пыл такого пламенного сердца не составит труда даже сравнительно недорогим кулерам:
Scythe Grand Kama Cross 2 готов работать за ~2 800 рублей. Отличный тихий вентилятор, достаточно простая установка, простота в обслуживании — отцепил скобу, снял вентилятор, пропылесосил, нацепил обратно.
За картинку спасибо overclockers.ua
В качестве ещё более недорогой альтернативы можно рассматривать Cooler Master S400. Стоит он меньше двух тысяч рублей, не шумит, но вот чистить спустя пол года — год уже не так просто. Впрочем, установка тканевых фильтров на вентиляцию корпуса решает большую часть проблемы: «валенок» скапливает на легкодоступной крышке корпуса, а не в щелях радиатора.
Разумеется, не стоит забывать и о заводских СВО от Corsair или Thermaltake. К сожалению, цена на них никогда не была гуманной, а с учётом курса доллара так и вообще озвучивать эти цифры не хочется.
Итоги
Как бы странно это не звучало, но охлаждение процессора — не самый большой генератор проблем и шума. Громче всех гудят турбины, прогоняющие воздух через дискретные видеокарты. К сожалению, здесь остаётся только читать обзоры и отзывы: вендоры изо всех сил стараются, создают нестандартный дизайн печатных плат, разные многовентиляторные системы охлаждения, но законы физики не обманешь: либо мощная видеокарта, либо гробовая тишина. Оставайтесь на связи, следующая статья о блоках питания уже на подходе.
Ну а пока можно почитать одну из наших предыдущих публикаций:
» PC buyer's guide 2015: Материнские платы, чипсеты и сокеты
» Кручу-верчу, запутать хочу. Разбираемся в линейках HDD
Автор: Shirixae
