1. Коли тепло вбиває ...
2. Боротьба за тишу
3. термоінтерфейсом
4. класичний підхід
5. Водяне охолодження
6. Прагнення до оригінальності
7. Не від світу цього
8. Дальше більше?
9. * * *

Сучасні процесори і відеокарти давно переступили ту межу, коли для їх охолодження вистачало простого вентилятора або примітивного радіатора. Сьогодні вони перетворилися на справжніх монстрів, які споживають величезну кількість енергії і виділяють ударні дози тепла. Не відстають від них і інші комплектуючі ПК в особі оперативної пам'яті, вінчестерів, блоків живлення і материнських плат. Однак, як і багато років тому, надмірна спека, як і раніше вкрай небезпечна для роботи компонентів системного блоку, і саме тому створення систем охолодження перетворилося в мистецтво. Погоня за прохолодою набирає обертів ...

Коли тепло вбиває ...

Солодка парочка - відеокарта від PowerColor і ефективний радіатор від Arctic Cooling.

Охолодження - це всього лише перерозподіл тепла в просторі. Енергія не приходить із нізвідки і не йде в нікуди: якщо в холодильнику низька температура, то його радіатор буде гарячим. Аналогічно, чіп неможливо остудити, які не відвівши виділене їм тепло в інше місце.

Також слід пам'ятати, що будь-яка система прагне до рівноваги. Якщо в неопалюваному приміщенні поставити чашку гарячої кави, то з часом у неї буде та ж температура, що і у повітря, при цьому температура оточення також злегка зросте.

Чим більше різниця температур між гарячим об'єктом і навколишнім середовищем, тим інтенсивніше буде остигати об'єкт. І, нарешті, чим більше площа поверхні нагрітого об'єкта, тим швидше в цій системі настає рівновага.

Виробників систем охолодження умовно можна розділити на два табори. До першого належать розробники штатного охолодження. Зазвичай це спеціальні підрозділи тих же компаній, які і виробляють ці самі комплектуючі. Метою подібних підрозділів зазвичай є створення недорогих систем охолодження, які будуть в змозі забезпечити надійну роботу пристроїв в звичайних умовах.

До другого табору відносяться сторонні розробники, для яких на перше місце виходить якість і ефективність продукції. Цільовий ринок - просунуті користувачі, які хочуть тиші і високого потенціалу розгону. До речі, деякі компанії (наприклад, PowerColor) у багатьох продуктах використовують кулери Accelero від Arctic Cooling.

Боротьба за тишу

Zalman VNF100 відмінно впорається з охолодженням навіть таких монстрів, як GeForce 7950 GT і Radeon 1800.

Проблема надмірного шуму вирішується за допомогою пасивних систем охолодження - в них відсутні рухомі елементи (вентилятори). Отже, виключається вібрація і будь-які шуми під час експлуатації. Використовуються вони при охолодженні відеокарт, чіпсетів, оперативної пам'яті і навіть процесорів.

Пасивні системи охолодження складаються з одного лише радіатора, іноді додаються теплові трубки. У випадку з ОЗУ і чіпсетами вони, як правило, дуже примітивні, а ось на відеокарти встановлюють дійсно складні конструкції. Мета радіатора одна - збільшити площу поверхні, що грівся елемента, тому він зазвичай складається з безлічі тонких ребер, що знаходяться на мінімальній відстані один від одного. Нагрівшись ребра віддають тепло навколишньому середовищу.

Для того щоб тепло переносилося швидше за поверхні радіатора, використовуються мідні теплові трубки: вони контактують з основою радіатора і переносять тепло в розташовані на них ребра. Завдяки цьому пасивні системи охолодження можна зробити досить ефективними. Традиційно радіатори виготовляють з міді або алюмінію. Мідь швидше відводить тепло, але дорожче і важче алюмінію, тому часто в одному пристрої комбінують їх.

Вкрай цікаво йдуть справи, пов'язані з кріпленням радіатора до поверхні чіпа. В ідеалі підставу радіатора і теплорозподільника чіпа повинні контактувати настільки щільно, щоб їх температура не відрізнялася взагалі. На практиці таке неможливо, адже навіть на відполірованою до дзеркального блиску поверхні є безліч мікротріщин, заповнених повітрям, а повітря має дуже низьку теплопровідність. Щоб поліпшити контакт між поверхнями, застосовують термоінтерфейсом.

термоінтерфейсом

Термопаста - запорука ефективного охолодження. Arctic Silver 5 стане хорошим вибором.

Приклад найпростішого термоінтерфейсу - термоклей (не варто плутати з суперклеєм). Він володіє відносно непоганий теплопровідністю, витримує високі температури і добре склеює будь-які поверхні. Застосовується для установки невеликих радіаторів в тому випадку, якщо на них немає будь-яких кріплень. Небезпека полягає в тому, що зняти приклеєний радіатор практично неможливо, так що термоклей використовується рідко.

Для установки радіаторів на чіпи відеопам'яті часто застосовують клейкі термопрокладки - вони не в змозі витримати велику вагу, їх можна безболісно видалити. Поширені і звичайні термопрокладки, але для їх використання радіатор повинен мати власну систему кріплення.

Самим же ефективним і практичним термоінтерфейсом є термопаста - вона забезпечує найкращий контакт між чіпом і теплорозподільника. Термопаста має високу теплопровідність, заповнює мікротріщини на з'єднуються поверхнях. Клейкими властивостями вона не володіє. Важливий момент: термопасту потрібно наносити дуже тонким шаром на максимально чисту поверхню, навіть відбиток пальця може знизити ефективність охолодження. Термопаста, як правило, добре розчиняється спиртом, так що проблем з видаленням цього термоінтерфейсу не виникає.

Серед безлічі термопаст найбільшою повагою серед оверклокерів користуються вітчизняна КПТ-8 і іноземна Arctic Silver 5. Обидві вони дуже ефективні, але КПТ-8 прославилася ще й низькою ціною: 17-грамовий тюбик коштує близько 20 рублів.

Найкращі результати показують термопасти на основі вугільних нанотрубок, але знайти їх у продажу нереально: матеріал, необхідний для їх виготовлення, дуже дорогий, тому такі термоінтерфейсом використовуються переважно у військовій промисловості.

Корисна сажа

Який консистенцією повинна володіти термопаста, щоб заповнити всі нерівності на чіпі і забезпечити максимальну теплопровідність? З одного боку, пластичний складу з дрібних частинок краще справляється з мікронерівностями, в той же час відомо, що тверді тіла мають більшу теплопровідність, ніж рідина, і, як наслідок, більш густа термопаста краще передає теплову енергію до радіаторів. Таким чином, виходить, що ідеального варіанту немає, проте існують розробки, що дозволяють уникнути подібної дилеми. Найбільш перспективною з них є використання в складах термоінтерфейсом вугільної сажі з промислового вугілля.

Ефективність подібних термопаст вкрай висока, навіть використання вугільних нанотрубок не може забезпечити таких результатів. Справа в тому, що сажа, крім високої теплопровідності, володіє такими властивостями, як пористість і стисливість, в результаті чого ефективність значно зростає при збільшенні тиску. Вугільні нанотрубки, на жаль, позбавлені цієї властивості. Головним же недоліком новинки є її токсичність.

класичний підхід

Системи повітряного охолодження - це конструкції, в яких присутній вентилятор. Сам по собі вентилятор не дуже ефективний і в чистому вигляді застосовується лише при охолодженні блоків живлення і вінчестерів. У випадку з графічними чіпами і процесорами вентилятор комбінують з радіатором, в результаті виходить кулер. Так охолоджують процесори, відеокарти і системні чіпи. Плюс - висока ефективність охолодження, мінус - шум, іноді сильний, іноді ледь помітний.

OCZ XTC Cooler - пристрій нового покоління для охолодження пам'яті.

Найбільшою непереносимістю до високих температур відрізняється центральний процесор. Простір навколо нього зазвичай нічим не зайнято, так що кулери, що встановлюються на ЦП, бувають дуже великі як в висоту, так і в ширину. Наприклад, висота Zalman CNPS9700 перевищує 140 мм. Якщо збираєтеся зайнятися розгоном процесора, то економити на кулері тим більше не варто. Заслуженою популярністю користуються такі моделі, як Thermaltake BigTyphoon, Scythe Infinity і недорогий CoolerMaster Hyper TX.

З відеокартами трохи складніше: місця для установки кулера мало, а тепловиділення найчастіше багато вище, ніж у процесорів. Тому двоповерхові системи охолодження - це скоріше норма, ніж виняток. Штатний охолодження на потужних відкритих звичайно в такий спосіб - повітряний потік, створюваний вентилятором, проходить через ребра радіатора і викидається за межі корпусу. Кулери сторонніх виробників в більшості випадків розсіюють тепло в самому корпусі. Причина в тому, що компанії намагаються робити системи охолодження універсальними, а положення графічного процесора на різних картах різниться.

Важливим фактором стабільності системи є температура всередині системного блоку. Так що завжди корисно поставити вентилятори на вдув і на видув всередину корпусу. Економити на них не варто, звертайте увагу на швидкість їх роботи, оптимально використовувати моделі зі швидкістю 1200 об / хв. Цікаві моделі випускають компанії Cooler Master, Sunbeam і інші.

Набагато рідше в комп'ютерній природі зустрічаються кулери для пам'яті, хоча вони дуже допоможуть вам вичавити такі необхідні додаткові мегагерци. Приємне враження залишила активна система OCZ XTC Cooler, Thermaltake відзначилася випуском Spirit RS - радіатора з тепловою трубкою. Для розгону подібні пристрої можуть виявитися дуже корисними.

Scythe Infinity з тихим вентилятором на 1200 об / хв відмінно впорається з гарячим Athlon 64 FX або Core 2 серії Extreme.

Водяне охолодження

Масивна водяна система охолодження Reserator TX від Zalman впорається з охолодженням і процесора, і пам'яті, і відеокарти!

Ті користувачі, для яких однаково важлива і ефективність, і безшумність охолодження, зазвичай зупиняють свій вибір на системах водяного охолодження. У них тепло від чіпів відводиться за межі корпусу за допомогою рідини (як правило, це спеціальний розчин на основі води).

Традиційна «водянка» - замкнутий контур, що складається з чотирьох елементів: резервуару, помпи, радіатора і водоблоку. Водоблок контактує з процесором, радіатор призначений для розсіювання тепла, помпа забезпечує циркуляцію рідини по системі, а в резервуарі зберігається рідина. У готових наборах всі ці елементи поставляються разом.

Після запуску системи рідина починає безперервно циркулювати, проходячи через водоблок і забираючи тепло. Нагрілася вода надходить в резервуар-радіатор, де тепло за допомогою радіатора розсіюється.

Часом до однієї і тієї ж системи можна підключити декілька водоблоков, в результаті чого стане можливим охолоджувати водою одночасно центральний процесор, відеокарту і чіпсет системної плати, правда, загальна ефективність системи впаде.

Існують дуже мініатюрні системи водяного охолодження, призначені виключно для відеокарт. Їх ефективність у порівнянні з повноцінними аналогами нижче, але в деяких випадках воно того варто.

Оперативну пам'ять деякі компанії (наприклад, OCZ) також пропонують охолоджувати водою, але подібні модулі призначені виключно для любителів екстремального розгону.

Прагнення до оригінальності

Titan Amanda з використанням елемента Пельтьє дуже тиха і ефективна, але вимагає додаткового живлення.

Втім, крім водяного, повітряного і пасивного щодо поширене ще й термоелектричне охолодження. Крім вентилятора і радіатора, в такі системи входить модуль Пельтьє - пластина, яка переносить тепло з одного її боку на іншу (для цього потрібно струм). Це дозволяє ефективно відводити теплову енергію від поверхні процесора, в той же час радіатор починає грітися ще сильніше, адже сам модуль лише перерозподіляє тепло, але не відводить його. Тому на подібні кулери встановлюють вентилятори, крім того, модуль Пельтьє споживає досить багато енергії. Такі кулери відмінно охолоджують, при цьому коштують не дуже дорого. Прикладом подібної системи охолодження може служити кулер для процесорів Titan Amanda або Elena для відеокарт. Остання досить громіздка і шумна, однак зі своїм завданням справляється на ура. Фірма Sparkle навіть використовувала Elena для охолодження GeForce 8800.

Але що ж робити, якщо душа вимагає установки чогось оригінального, ефективного і тихого одночасно? Перш за все, готувати гроші. У категорії «для ентузіастів» можна зустріти дуже цікаві екземпляри. Чого тільки варта блок живлення PSU-1200ATX-12S від Koolance. Головною його особливістю є навіть не висока потужність (1200 Вт), а те, як організовано охолодження. Справа в тому, що всі його нутрощі занурені в непровідну рідина, якою заповнений корпус блоку живлення! Нагрілася рідина охолоджується в зовнішньому теплообміннику з 120-мм вентилятором. Така система не потребує будь-якого обслуговування або підключення до сторонньої системі водяного охолодження. В Америці ця радість коштує $ 500, до Росії ще не добралася.

Не менший інтерес представляє ще не надійшов у продаж процесорний кулер OCZ HydroJet. Ключова особливість - підстава, виконане з вугільних нанотрубок (так-так, тих самих, про які ми говорили вище). Це головна причина, по якій кулер не буде дешевим. Від заснування тепло передається до мідних радіаторів за посередництва рідини, яка циркулює всередині кулера. При цьому циркуляція відбувається за рахунок конвекції, а вбудований в основу кулера насос досить слабкий. Нагрівшись радіатори віддають тепло в атмосферу через спеціальні прорізи у верхній частині кожуха кулера, чому сприяє убудований вентилятор. За заявами виробника, кулер здатний охолоджувати процесори з рівнем тепловиділення до 400 Вт.

Блок живлення від Koolance з занурювальним охолодженням.

Не від світу цього

Всі способи охолодження, описані вище, розраховані на використання в домашніх умовах, але, щоб досягти видатних результатів в розгоні, їх недостатньо. Наблизитися до рекордного розгону, використовуючи те, що доступно багатьом, не представляється можливим - потрібно використовувати щось таке, що забезпечує максимально низьку температуру, навіть на шкоду комфорту і практичності. Ідеальний вибір - системи охолодження на основі рідкого азоту.

Типова машина оверклокера-екстремала видає неймовірні результати, але пограти на ній не вдасться.

Використовуються вони при охолодженні центральних і графічних процесорів. Інші елементи охолоджувати до таких низьких температур (вони можуть досягати 200 градусів Цельсія нижче нуля) немає сенсу. Для азотної системи охолодження необхідно два компоненти: ємність, яка буде контактувати з поверхнею чіпа, і сам рідкий азот. В якості ємності традиційно використовується так званий «стакан», що має висоту 300-500 мм і підстава, незначно перевищує розміри процесора (зазвичай круглої форми). Товщина стінок - 2-3 мм. Для виготовлення використовується улюблений метал - мідь. Велика висота «склянки» обумовлена ​​тим фактом, що рідкий азот досить бурхливо кипить, внаслідок чого сильно розбризкується. Проблем зі «стаканом» зазвичай не виникає, з'єднувати дно посудини з мідною трубою краще електронно-променевої зварюванням, інакше є шанс, що шов не витримає низьких температур і ємність протече, що дуже небезпечно.

Добути рідкий азот - завдання нетривіальне, в магазинах він не продається. Втім, судячи з кількості оверклокерів, які застосовують рідкий азот, це цілком здійсненно - було б бажання. Рідина заливається в «стакан», який встановлюється на чіп, при цьому на «стакан» обов'язково повинна діяти додаткова притискна сила (ваги самої ємності недостатньо). Термопасту не використовують, так як вона швидко замерзає і набуває властивостей клею: поки не відтане, відірвати «стакан» неможливо.

Процес охолодження зводиться до постійного додаванню рідкого азоту в «стакан» і молитві про те, щоб процесор успішно пройшов необхідний бенчмарк або тест на визначення частоти - грати в таких умовах неможливо. Необхідність частого оновлення вмісту «склянки» - ще не головна біда, справжні проблеми починаються, коли на ньому утворюється конденсат. Замерзлі пластівці зриваються зі «стакана» і, потрапивши на материнську плату, тануть, перетворюючись в воду. Зазвичай материнські плати покривають спеціальним захисним лаком, що перешкоджає попаданню вологи на струмопровідні елементи, проте шанси, що плата згорить, великі.

Способів Боротьба з конденсатом придумано кілька. Найпростішій - Постійно обдуваті стакан с помощью вентилятора. В результате «сніг» буде утворюватіся швидше, ВІН буде більш щільнім и пластівці НЕ будут обсіпатіся. Такоже можна зафарбуваті Материнська плату непровіднім матеріалом або облиті ее рідкім азотом, щоб ее температура теж стала нижчих нуля - в такому випадка пластівці конденсату НЕ будут тануті. Однак при цьому краще не замислюватися, як буде виглядати плата після закінчення експериментів ...

Ну і наостанок ще один недолік: деякі процесори починають вести себе неадекватно при надмірному охолодженні (cold bug).

Ту ж саму конструкцію можна використовувати і без рідкого азоту, замінивши його сухим льодом, змішаним з теплоносієм (та хоча б спиртом). Температура сухого льоду становить -78 градусів, до того ж він цілком доступний для рядового обивателя. Подібна система може врятувати в разі непереносимості чіпа до критичного холоду.

Вся правда про рідкому азоті

Те, що рідкий азот має вкрай низьку температуру, знає кожен, однак мало хто уявляє собі реальні властивості речовини. Багато, замислюючись про рідкому азоті, згадують розсипався на дрібні шматочки Т-1000 з фільму «Термінатор 2: Судний день». Багато в чому саме ця сцена з кіно сформувала в народі думка, що рідкий азот вкрай небезпечний у використанні, а його контакти з шкірою мають фатальні наслідки. На ділі все йде трохи інакше.

Азот - безбарвний, не має запаху газ, в повітрі його 78%. Саме з атмосферного повітря і отримують рідкий азот шляхом сильного охолодження. Щільність рідкого азоту становить близько 800 грам на літр, що лише небагато чим нижче щільності води. Температура кипіння - мінус 196 градусів Цельсія. Це породжує велику проблему: на відкритому повітрі через велику різницю температур азот випаровується вкрай швидко, тому для транспортування і зберігання рідкого азоту використовуються судини Дьюара, пристрій яких нагадує термос. Їх стінки роблять з алюмінію, а в просторі між внутрішньою і зовнішньою стінками створюється вакуум і додається теплоізоляція. Однак навіть в цих судинах рідкий азот не зберігається більше двох тижнів. У природних умовах азот знаходиться в стані безперервного кипіння. При випаровуванні азот абсолютно не токсичний.

Опіки від азоту - велика рідкість. При попаданні на відкриті ділянки тіла рідина швидко стікає, не залишаючи при цьому слідів. Таким чином отримати травму можна лише опустивши руку в посудину з азотом на кілька секунд ...

Застосовується він переважно в дослідних установах при вивченні надпровідності, в хімії при синтезі аміаку і ... в косметологічних салонах. Рідким азотом не тільки видаляють шрами і вугри, але і омолоджують шкіру.

Дальше більше?

Прогрес невблаганний, і вже сьогодні існує ряд принципово нових систем охолодження, ще не адаптованих для масового виробництва, але вже зарекомендували себе з найкращого боку.

Радіатор з мікроканальной структурою лише трохи більше охолоджується їм чіпа, а ефективність дуже висока.

Один з таких прикладів - система іонного охолодження. У ній немає рухомих деталей (на кшталт вентилятора), замість них охолодження поверхні забезпечують мікроскопічні іонні насоси, які складаються з двох елементів: емітера і колектора. Перший являє собою голку з радіусом на кінці всього в 1 мікрометр, а другий - це пластина, розміщена поруч. Між ними створюється висока напруга, при цьому сильне електричне поле на кінці голки іонізує повітря і іони під дією того ж поля з високою швидкістю спрямовуються до колектора. Таким чином, іони гарячого повітря безпосередньо відводяться від чіпа, а що утворюється повітряний потік забезпечує додаткове охолодження.

Головна перевага новинки - розміри. Пристрій досить мало, щоб уміститися на поверхні мікросхеми. У нинішніх умовах це вкрай актуально, так як сучасні радіатори досить масивні і з кожним роком все збільшуються в розмірах. Іонну охолодження дозволить відмовитися від радіаторів зовсім.

Ще одна цікава розробка - система прямого омивання чіпів, створена IBM. Ідея полягає в тому, щоб потік води забирав тепло безпосередньо біля поверхні чіпа, а не в Водоблок, як у випадку з класичним водяним охолодженням. Зрозуміло, що це пов'язано з великим ризиком, адже при цьому електронні компоненти будуть контактувати з струмопровідної середовищем, а це чревате наслідками. Якщо станеться протечка, то біди не уникнути. Але, схоже, IBM вирішила проблему.

Система з 50 000 микроканалов пронизує мініатюрний радіатор, який монтується безпосередньо на ядро. Між підошвою радіатора і поверхнею ядра створюється невеликий зазор, який в робочому стані заповнюється водою, а від протікання систему захищає спеціальне ущільнення. За системою мікроканалів вода подається в робочу порожнину імпровізованого водоблоку, по цій же системі (але іншим каналам) нагріта вода відсмоктується. Розміри дозволяють інтегрувати мікроканальную систему прямо на теплорозподільника процесора. За словами розробників, така система охолодження зможе відводити до 370 Вт з одного квадратного сантиметра площі процесора.

* * *

Розробка і виробництво систем охолодження для ПК - величезна індустрія, яка знаходиться в безперервному розвитку. Постійна конкуренція серед виробників змушує їх знову і знову створювати чергові шедеври інженерної думки, щоб привернути до себе увагу покупців. І незважаючи на інтенсивність розвитку ПК, ця індустрія йде в крок з часом, адже якими б гарячими не виявлялися комплектуючі, вихід знаходиться завжди.