Как рассчитать радиатор для процессора
Обновлено: 04.07.2024
Эта работа была прислана на наш "бессрочный" конкурс статей.
Как же хорош был мой старичок P2-350, столько лет надрывавшийся без кулера, но и он захотел на покой. Ставить домой огнедышащего и турбореактивного монстра, чьи звуки меня приветствуют каждый день на работе, как-то не хотелось. Но лучший выбор среди воздушек, легендарный 7000й Zalman, всё равно мерзко жужжит и мешает думать о судьбе Вселенной. Пришлось заняться изучением вопроса на предмет хорошего и бесшумного охлаждения. Ну, вы поняли, о чём я :)
реклама
Ничего нового из практики я не расскажу, так как пока нет реально сделанной водяной системы. А поделюсь я теоретической выжимкой из найденного в интернете и учебниках физики.
Да, сразу поясняю – не принимайте написанное близко к сердцу, если балуетесь старенькими ториками, позапрошлогодними пентюхами и видеокартами дешевле 100$. Любая собранная неважно из чего водянка охладит это старьё с двукратным запасом. Думать головой надо при рассеиваемой мощности от 100Вт.
Эти загадочные сёстры – теплопроводность и теплоёмкость
99.9% юзверов уверены: чем больше – тем лучше, и с пеной у рта обсуждают, чего бы им сегодня залить внутрь. Часто встаёт вопрос о стратегических жидкостях – разных спиртах, так что полагаться на общественное мнение не будем :) Смотрим сюда . У воды вроде как оба теплопараметра на высоте, так что и нечего и думать. Так?
Ставим задачу: ядро 3х3 см выделяет 75 Ватт тепла. Надо найти способ отвода энергии жидкостным агентом. Без водоблока никуда не деться, совершать омовения прохладной водичкой современным процессорам пока строго запрещается. Медный водоблок (теплопроводность
400 Вт/м*К) быстро прогревается и готов к водным процедурам. Воду – в студию!
MSI RTX 3070 сливают дешевле любой другой, это за копейки Дешевая 3070 Gigabyte Gaming - успей пока не началосьМИФ: Чем больше водоблок, тем лучше он охлаждает.
Медь, конечно, хороший теплопроводник, но водоблок прогреется полностью только при отсутствии воды. Он станет хреновеньким радиатором, а потом услышит предсмертные стоны пышущего недетским жаром процессора. В нормальном состоянии 3-5мм медного основания прогреются довольно быстро, но максимально тепловое пятно будет 3 на 3 сантиметра. Края водоблока в грамотной работающей системе остаются при комнатной температуре.
МИФ: У воды большая теплоёмкость и теплопроводность, значит это круто.
Теплоёмкость воды 4200 Дж/кг*К, теплопроводность 0,44 Вт/м*К . Теплопроводность меди, к слову, больше 400 тех же попугаев (уже тревожный звоночек). Известная со школы формула Q = C M dT не даёт покоя водяным кулибиным. Вкачаем в один кубик воды 75 джоулей тепла при разности температур 50 градусов – его температура повысится на полтора десятка градусов. Вода даже не вскипела! Значит, прокачивая кубик в секунду (3.6 литра в час), можно спокойно охлаждать топовые камни, а те кто гонится за тысячелитровыми насосами – просто идиоты?
НЕ-А! Школьная формула верна для стационарного процесса. Вкачаем в кубик меди 75 джоулей тепла, и бросим его в один кубик воды в вакууме (мысленно :). Через бесконечное время сожительства они придут в тепловой баланс и школьная формула заработает. Но это, сынок, фантастика. Объективная реальность больно бьёт по голове талмудом "Термодинамика жидкостей" вкупе с "Методами математической физики".
реклама
ОК, берём другую задачу. Кубик жидкости "стоит" в силовом поле над медным кубиком-лампочкой. Включаем лампочку на 75 ватт. Какое будет распределение температуры через секунду? Томик ММФ наводит нас на уравнение теплопроводности dT/dt = a 2 d 2 T/dx 2 с некими граничными условиями. Пропуская математику, получаем оценку для верхней грани водяного кубика – плюс 0.2 градуса. То есть за секунду сантиметровый слой воды не провёл почти никакого тепла! Замечу, что даже такая грубая оценка указывает на хорошее прогревание лишь ничтожного слоя воды, порядка пары миллиметров. Почему? Потому что у воды ничтожная теплопроводность по сравнению с твёрдыми телами, и довольно высокая теплоёмкость.
На пальцах: разбиваем весь кубик воды на тонкие слои (кстати, хорошее приближение ламинарного потока, о вреде которого ниже!). Первый слой получил ударную дозу в 75 ватт при разности температур 50 градусов. Второй слой через некоторое время получил 70 ватт при разности 45 градусов (между ним и первым слоем). Десятый слой ждал-ждал, но не получил ничего, и тихонько плачет от обиды. Остальные, громко матерясь, идут бить морду Чубайсу. А виновата вода, которая плохо проводит тепло, да ещё и зажимает его в своей бездонной теплоёмкости. И если второе в принципе не так и плохо (мы же отводим тепло от водоблока), то первое удручает.
Выход прост в своей гениальности: надо помочь воде! Вспоминаем школьную физику – теплоперенос бывает трёх видов: теплопередача, конвекция и излучение. По третьему пункту сразу – вам здесь не Фолаут! Первый мы уже попробовали, спасибо, больше не хотим. Конвекция в подогревающейся воде под действием броуновского движения, силы Архимеда и воли Космического Разума конечно есть, но. Но хватит ныть, надо работать. Или искать, кого бы запрячь. О! Насос обыкновенный, одна штука. Заливаем, подключаем – и о чудо, скорость теплопереноса на уровне лучших сортов меди!
МЫСЛЯ: Насос – не игрушка, а жестокая необходимость компенсировать мизерную теплопроводность воды механическим переносом рабочего теплоносителя. Мощно задвинул :)
Причём нам подойдёт не любой насос, а только сравнительно мощный, дающий намного больше кубика в секунду при сечении трубки 1 см 2 . Потому что, вспоминая сказку про слои, первый-то получил 75 ватт, съел 5, а вот куда он отдал ещё 70 – это вопрос тёмный. Какую-то часть он мог и отразить обратно на водоблок, потому что резко насытился до температуры процессора, и, согласно сакраментальному правилу dT, теплообмен прекратился. Правда, правила уже не банального Q=CMdT, а закона Фурье для теплообмена, но смысл тот же, от dT не убежать. Надо крайне оперативненько этот буржуйский первый слой вытеснить холодным с помощью насоса.
МЫСЛЯ: Для любого данного конкретного водоблока теплоотвод прямо пропорционален скорости жидкости.
Для желающих проверить это всё не на школьном уровне, даю наводку – нестационарное однородное уравнение теплопроводности для гидродинамики, случай постоянной скорости, граничное условие на производную со стороны потока тепла. Если руки дойдут поставить Maple, то попробую поделиться выкладками. В принципе, в любом учебнике по ММФ есть решение этой задачи в общем виде. Оценки получаются примерно теми же, что и в простейшем случае статичного кубика – от силы миллиметр теплового слоя.
Какие у нас альтернативы? Смотрим сюда – почти никаких. Вода плоха, но остальное ещё хуже. Ртуть? Жизнь дороже высокотехнологичного куска кремния. Жидкий натрий . Покажите мне насос для 0.01 атмосферы, качающий жидкий натрий по титаново-платиновым трубам и водоблокам. Остальные дадут пару процентов улучшения ценой невероятного гемора с химикатами и давлением. Так что берём дистиллированную воду и не мучаемся. Почему дистиллированную – не знаю, никаких научных, а не высосанных из пальца, доказательств нет. Разве что отложений солей, да живчиков в трубах не будет :)
МИФ: Любой радиатор со свалки будет служить нашим кремниевым друзьям верой и правдой
Популярное мнение, основанное на школьной задаче про обратные процессы. Там водоблок отдаёт, вода принимает. Здесь вода отдаёт, радиатор принимает. Главное, чтоб размера хватило, тогда насосик помощнее – и вперёд к новым гигагерцам. Ведь чем больше скорость – тем лучше теплообмен . Если места не жалко, и ржавый медный антикварный монстр поселился рядом с компом, то не и парьтесь. Но для маленьких радиаторов наступают тяжёлые времена. Увеличив поток в системе, мы отобрали 75 ватт у камня . и вернули ему же. Радиатор рассеял только половину. Снизили поток – радиатор заработал, но процессор задохнулся и мамка его вырубила. Как же так, ведь физика не врёт! И там и там тот же процесс теплообмена. НЕТ!
- Процессор выдаёт 75 ватт водоблоку через теплопередачу
- Водоблок попробовал выдать поверхности воды 75 ватт через теплопередачу
- Вода попробовала 75 ватт принять, аккумулировать и донести до радиатора через конвекцию, теплопередача в самой воде пренебрежимо мала
- Радиатор отобрал у воды немного тепла через теплопередачу
- Радиатор разогнал тепло по своим листам – теплопередача
- Воздух, гонимый кулером, изъял у радиатора тепло с помощью конвекции
Как 3 не равно 4, так и теплопередача – не то же самое, что и конвекция. Вот где собака порылась – существенно разные физические процессы, да и ещё при существенно разных условиях. Камень и водоблок – горячие парни, активные элементы, выдающие 75 джоулей энергии каждую секунду, и норовящих дойти до точки кипения и сделать компьютеру бобо. Радиатор – большой и пассивный, приводимый кулером к комнатной температуре. Фактически, при нормальной работе водянки, радиатор – это термостат с постоянной комнатной температурой. Процессор – активный элемент, да к тому же именно его температуру мы понижаем (если ещё не забыли это в потоке моего сознания :). По-научному: имеем разные граничные условия, "сильное" условие на производную (поток тепла) на маленькой площади теплового пятна в случае процессора, и "слабое" условие на термостатичность радиатора по большой длине трубок внутри него. Хотя уравнение несомненно одно и тоже – физика не врёт, но вот решения прямо противоположные.
Опять же, на пальцах – учитываем dT. Между водоблоком и поверхностным слоем воды разница большая, порядка 30 градусов в непрогретой системе. При работе нормальной системы водичка теплее комнатной ну максимум на градус, т.е. dT возле радиатора на порядок меньше, чем у процессора. Ещё замечание – в пункте 2 мы радовались высокой теплоёмкости воды. Теперь настало трудное время расплаты – вода неохотно делится добычей (вот здесь с хорошей точностью работает Q=CMdT, а точнее чуть более громоздкое уравнение теплового баланса), в отличие от меди.
Нельзя недооценивать вентилятор на радиаторе. Он не охлаждает радиатор! Нормальный радиатор и без вентилятора будет тёпленьким, не более. Вентилятор приводит радиатор к минимальной температуре, тем самым повышая КПД всей системы охлаждения, а именно – делая максимальной разницу температур в системе, между процессором и забортным воздухом. Ведь чем сильнее охлаждается процессор, тем хуже работает водянка – баланс, батенька, баланс. Эстетствующим дебилам предлагаю улучшать охлаждение процессора повышая его температуру, ну а мы пойдём другим путём :)
реклама
ВЫВОД: Качать надо больше, качать надо сильнее. И дуть надо больше, дуть надо сильнее. А будет ли толк – читаем дальше :)
Ещё замечание – данный конкретный водоблок абсолютно одинаково ведёт себя при разной нагрузке, от 10 до 150 Вт. Так что никакого бонуса в охлаждении от перехода к менее мощным процессорам не будет. Смотрим сюда .
Качаем дальше
4 литра в час нам маловата будет! Хотим побольше, побольше – целую тыщу! И прям как на заказ – любая рыбья помпа, если не тысячу, то пару сотен уж точно прокачает. Вот только ехидный вопросец – куда? Ответ простой – вниз. А вверх – уже не тыщу. И даже не девятьсот. А если шланг прицепить, да и его поднять на пару метров, то германоподданный Eheim поднапряжётся и выдаст за час литров 50, а изделие дядюшки Ляо может быть выдавит аж целых 5 литров.
МИФ: Цифрам можно верить
реклама
Можно. Но не тем, что написаны на заборе. И не тем, что добрый китаец забавными иероглифами намалевал на коробочке от помпы. Любой нормальный производитель даёт в datashit насоса кривую P/Q – падение производительности при разном гидросопротивлении. А потом народ удивляется, почему же их крутой Eheim 1250 не лучше народного 1048. Таким образом, утверждение предыдущей главы о бонусе в скорости потока остаётся абсолютно верным. Но вот сможет ли насос его обеспечить – вопрос непростой, и требующий расчётов. Либо перестраховаться и купить мощный шумный дачный монстр. За что мы тогда боролись?
МЫСЛЯ: Баланс во всём – вот девиз грамотного оверклокера и к водянке он применим на все 100%.
Гидросопротивление системы – чистое зло, его надо снижать всеми доступными методами. Из простейших – гладкие соединения штуцеров и фиттингов, хорошие трубки минимально возможной длины (лучшие – медицинские, минимум трения плюс гарантированная механическая и тепловая стойкость), плавный канал радиатора, грамотные Y-коннекторы в системе, отсутствие переходов с 10мм на 5мм каналы и наоборот. Если водоблоков несколько, то надо учитывать обратное давление в Y-соединениях – именно поэтому лучше подключать CPU к одной ветке, а чипсет вместе с GPU к другой, чтоб было примерно одинаковое сопротивление (обычно у чипсета небольшой "проходной" водоблок). Сложнее с сопротивлением водоблоков, но это вопрос отдельный. Насчёт труб хочу заметить, что дешёвый материал даёт до 10% потерь потока, что не так и мало. А учитывая, что эти 10% мощности уходят в тепло и греют воду – однозначно бороться и искать, найти и переделать.
МЫСЛЯ: Простой поток водички над тепловой поверхностью недостаточно эффективен
Вполне логично, что гидросопротивление повышается из-за хитрого пути воды в водоблоке. А без хитрого пути в этой жизни никуда. Помните выводы первой части – что нагревается только приграничный слой воды. Очевидное решение – вода должна перемешиваться. Естественный метод – турбулентность. В физике она характеризуется числом Рейнольдса. Для сантиметрового сечения при 30 градусах и потоке 50 л/час оценка R даёт 1737 единиц. Считается, что турбулентность начинается с двух тысяч. Получается, что естественного перемешивания воды недостаточно. Даже для лабиринтного водоблока поток будет низкотурбулентным, особенно в интересующей нас приграничной части. Методов решения масса – травление внутренней поверхности кислотой, создание механических неровностей, впрыск воды вертикально над тепловым пятном. Но самый эффективный конечно же создание водоблока сложной формы, с хорошим перемешиванием придонных слоёв (скоро лето . пора на рыбалку :). Судя по обзорам чужих водоблоков, недостаточно всего лишь делать ребристое дно, а точечные дефекты вообще почти бесполезны. Лучшее решение – монолитная конструкция с небольшими выступающими "турбуляторами". Главное, что надо помнить – сложность и высокое гидросопротивление совсем не гарантируют высокую эффективность. И второе замечание – не стоит надеяться на "эффект радиатора" и делать высоченные штыри или листья. Здесь другая физика, и прибавка в эффективности от этой лишней поверхности будет мизерной.
реклама
Что в танке главное?
Отличнейший обзор радиаторов лежит здесь, так что я не буду растекаться мыслью по древу, а скупо прокомментирую. Из первой части статьи стало понятно, что от радиатора требуется высокая площадь контакта с водой, низкая скорость теплоносителя и низкое гидросопротивление тоже неплохо. Смотрим на победителя указанной статьи – с большим отрывом рулит блок от какой-то медицинской хрени фирмы Serck (к огромному сожалению, они не торгуют в розницу вообще, а только поставляют радиаторы сборщикам оборудования). Плоскотрубный – больше площадь контакта, чем у небольшой круглой трубы, но главное многоканальный: это резко снижает сопротивление – параллельное соединение трубок, также как и в школьном законе Ома для резисторов, и скорость потока – тоже почти очевидно, переход от
1cm 2 к гораздо большему суммарному сечению, меньше поток и соответственно меньше скорость. Качества воздушных элементов радиаторов я не касался, но у данного радиатора и этот пунктик сделан на отлично – плотно набит рёбрами, высокий воздушный объём и низкое воздушное сопротивление. Наш выбор!
Нужно ли чернить радиатор? По разным данным, в пассивном режиме это улучшит теплообмен на 5-15%, так что, думаю, ответ очевиден. Для справки смотрим сюда.
МЫСЛЯ: Очевидно, что систему из нескольких радиаторов надо делать параллельной.
Заканчивая с основными узлами, немного коснусь активного охлаждения радиатора. Без активного охлаждения потребуется реально объёмный и тяжёлый радиатор. Для маленьких и компактных к сожалению нужны вентиляторы, ну, или более изощрённые методы :) Здесь применимы все многолетние технологии обычного воздушного охлаждения. Учитываем сопротивление воздуху, делаем короб-воздуховод (до 40% прироста потока!), берём 120-мм тихий брэндовый кулер – короче, всё как обычно. Если хочется напрягать мозг, то ищем/измеряем сопротивление радиатора, потом ищем в datasheet производителя вентиля кривую давления от потока и считаем, наберётся ли необходимое количество CFH (по-нашенски кубиков в минуту). Немного теории читаем здесь , в частности про последовательное и параллельное включение вентилей.
реклама
Из более сложных систем – двухконтурное охлаждение, т.е. радиатор отдаёт тепло не окружающему воздуху, а второму контуру. Например, фонтанирующее охлаждение – фонтанчик во втором контуре вполне эффективно охлаждает радиатор и увлажняет воздух в комнате. Пример эффективной самодельной системы – здесь . Ещё вариант – большой аквариум, только рыбок покупайте теплолюбивых тропических :) И на закуску – криогеника во вторичном контуре, вполне себе разумный вариант для спортсмена-оверклокера.
С радостью буду экспериментировать с холодильниками Пельтье, как только увижу нормальный расчёт с обоснованием такого метода, в сравнении с обычной грамотной водянкой.
Сухой остаток
Водоблок любит быстрый турбулентный поток воды. Радиатор любит медленный и с малым давлением. Гидросопротивление системы в любом случае зло. Активное охлаждение компактного радиатора – хороший способ повысить эффективность всей системы.
Нужен баланс, баланс во всём. Долго думать, аккуратно считать и не скупиться на хорошие компоненты. Ну и раз пошла такая пьянка, то надо делать водяное охлаждение винтов, БП, памяти и мышки :) Надеюсь, в следующей статье это всё уже будет "в железе".
Выбор кулера для процессора за последние годы стал непростой задачей даже для опытного пользователя. Энергопотребление и количество ядер у процессоров растут, а параметр требований по теплоотводу, TDP, перестал быть главным ориентиром для выбора оптимального кулера. Давайте разберемся в нюансах выбора наиболее подходящей системы охлаждения для процессора, которая позволит ему работать без перегрева, а вам — не переплатить лишнего.
Какая температура считается комфортной для современных процессоров?
Однозначный ответ на этот вопрос дать сложно: комфортная температура будет зависеть от марки процессора, частоты и типа нагрузки на него. В последние годы активно развивались технологии автоматического повышения частоты процессоров — Intel Turbo Boost и AMD Precision Boost, одним из ограничителей которых является температура. То есть, чем ниже температура процессора, тем на более высокой частоте и с более высокой производительностью ему позволит работать автоматика.
Характеристики процессора AMD Ryzen 7 5800X
Если посмотреть на максимально допустимые температуры современных процессоров, заявленные производителями, то они составят, к примеру, 100 °C для Intel Core i7-11700K и 90 °C для AMD Ryzen 7 5800X. Но допускать длительную работу на температурах, близких к предельным, не следует. На это есть две причины. Во-первых, это ограничивает производительность процессора. А во-вторых, происходит постоянный процесс деградации кремниевого кристалла, электромиграция. Этот процесс усиливается от воздействия высоких температур.
Постоянное уменьшение техпроцесса производства процессоров делает его элементы в кристалле все меньше, они становятся более уязвимыми для процесса электромиграции. Уменьшается площадь кристалла, что затрудняет теплоотвод от него. Поэтому к охлаждению современных производительных процессоров надо подходить особо тщательно.
Кристалл AMD Ryzen 3 2200G
Опытные пользователи давно считают оптимальным диапазоном комфортных температур процессора 65-75 градусов в играх и рабочих задачах, ведь такие температуры позволяют активно работать технологиям турбобуста. При этом у процессора остается приличный запас до максимально допустимых температур. Он может потребоваться в летнюю жару, при запылении кулера или при слишком высокой и продолжительной нагрузке.
Что такое TDP процессора?
Параметр TDP, расшифровываемый как Thermal Design Power, обозначает требования по теплоотводу для системы охлаждения процессора. Измеряют этот параметр в ваттах, из-за чего его часто путают с другим параметром процессора — энергопотреблением. На практике производитель закладывает в этот параметр не только энергопотребление, но и температуру процессора, при этом не уточняя степень нагрузки на него. В результате TDP может различаться с реальным энергопотреблением процессора почти в два раза, что может повлечь серьезную ошибку при выборе кулера. Поэтому нельзя ориентироваться только на TDP при выборе системы охлаждения.
Равна ли электрическая потребляемая мощность процессора тепловой?
Дополнительную путаницу в понятия TDP и энергопотребления вносит то, что, как мы знаем из курса физики, потраченная энергия никуда не исчезает. Поэтому процессор с реальным энергопотреблением в 100 ватт выделяет в виде тепла те же самые 100 ватт, за вычетом небольших долей процента энергии, потраченной на электромагнитное излучение диапазонов, отличных от инфракрасного (теплового). Это поможет нам подобрать кулер для процессора именно по реальной потребляемой мощности процессора, которую кулер должен отвести в виде тепла и которая указана в его параметрах как «рассеиваемая мощность».
Какие параметры нужно смотреть в обзорах процессоров?
При выборе кулера нас в первую очередь будет интересовать реальное энергопотребление процессора, которое сейчас измеряется в каждом серьезном обзоре. Например, если посмотреть энергопотребление современных восьмиядерных процессоров Intel Core i7-11700K и AMD Ryzen 7 5800X, то мы увидим насколько сильно оно разнится с параметром TDP.
Графики из обзора процессоров Jordan_OC
Core i7-11700K в тесте Prime95 без AVX-инструкций потребляет 199 ватт при TDP, равном 125 ватт. Аппетиты Ryzen 7 5800X несколько скромнее и ограничиваются 142 ваттами при TDP, равном 105 ватт. А включение AVX-инструкций в Prime95 увеличивает энергопотребление Core i7-11700K до пугающих 250 ватт, которые сложно ожидать от процессора с параметром TDP, равным 125 ватт.
Второй параметр, на который стоит обратить внимание в тестах процессоров, это температура и используемый для охлаждения кулер. В обзоре выше использовался суперкулер Noctua NH-D15 chromax.black, позволивший удержать в Prime95 без AVX-инструкций температуру в 76 градусов для Core i7-11700K и 80 градусов для Ryzen 7 5800X. Глядя на эти параметры, уже можно предположить какая мощность отвода тепла потребуется и в каком ценовом диапазоне находится кулер для охлаждения вашего процессора.
Внимательный читатель наверняка заметил, что несмотря на то, что Core i7-11700K потребляет на 57 ватт больше, чем Ryzen 7 5800X, температура у него ниже на 4 градуса. Это неудивительно, ведь площадь кристалла процессора составляет 276 мм2 у Core i7-11700K и всего 80,7 мм2 — у Ryzen 7 5800X. Быстро отвести тепло со столь небольшой площади гораздо сложнее, в результате процессоры Zen 2 и Zen 3 греются заметно сильнее конкурентов от Intel или своих предшественников.
На какой параметр смотреть у кулера, чтобы узнать о совместимости с вашим ПК
Чтобы понять, подойдет ли кулер для вашего ПК, нужно сопоставить сразу несколько важных параметров, которые указывают в характеристиках кулера. Самый главный из них — размеры кулера. Если будет кулер слишком высоким, он не даст закрыть крышку корпуса. Также важно расстояние до слотов оперативной памяти. Довольно распространенной является ситуация, когда кулер не дает установить модули ОЗУ с высокими радиаторами.
Важны и размеры креплений кулера, если они есть. Бывают случаи, когда они не подходят к материнской плате, упираясь в элементы на ней. Чтобы не попасть в подобную ситуацию, стоит почитать обзоры интересующего вас кулера и посмотреть фотографии, где видно кулер, установленный на материнскую плату. Стоит проверить и совместимость креплений с вашей материнской платой: до сих пор можно встретить популярные кулеры, не имеющие креплений для сокета AM4, например, Zalman CNPS10X Optima.
Вторым по важности параметром кулера является рассеиваемая им мощность. Параметр TDP процессора даст только примерные цифры выделяемого им тепла. Ориентироваться стоит на обзоры с замерами реального энергопотребления. Опытные пользователи советуют брать кулер с запасом по рассеиваемой мощности, это даст вам гарантию, что процессор не будет перегреваться, уровень шума будет низким, а турбобуст будет работать с максимальной эффективностью.
Кулер Zalman CNPS10X Optima
При построении тихой системы важны уровень шума и размеры вентилятора кулера. Чем больше его размеры, тем больше воздушный поток будет при неизменном уровне шума: вентилятор диаметром 140 мм прокачает сквозь ребра радиатора определенный объем воздуха на гораздо более низких оборотах, чем вентилятор диаметром 92 мм.
Условная граница тихой работы для вентиляторов диаметром 120-140 мм составляет около 900-1100 оборотов в минуту и сильно зависит от модели вентилятора и шумоизоляции вашего корпуса. В моделях кулеров с возможность крепления дополнительного вентилятора уровень шума вырастает не сильно, а несколько градусов температуры, иногда критичных, позволит скинуть еще один вентилятор.
Вентиляторы Corsair разных размеров
Помимо количества теплотрубок важен их диаметр: более толстые теплотрубки способны отвести больше тепла. Стоит обратить внимание на способ их контакта с процессором. Прямой контакт, когда теплотрубка контактирует с теплораспределительной крышкой процессора напрямую, будет эффективен для процессоров с большой площадью кристалла. Также он подойдет для бюджетных моделей кулеров с одной или двумя теплотрубками, расположенными по центру теплосъемника.
В бюджетных кулерах прямой контакт дает хорошие результаты
Минусы прямого контакта — хуже обработка основания кулера, стыки между теплотрубками и основанием, ухудшающие отвод тепла, плохая работа крайних теплотрубок, которые могут не попадать на теплораспределительную крышку над кристаллом процессора. Этих минусов лишены кулеры с традиционным основанием, которое равномерно распределяет тепло на все теплотрубки.
Стоит обратить внимание и на наличие подсветки вентиляторов, если она для вас важна. Подсветка может одноцветной, с фиксированным цветом, фиксированной многоцветной, где будет несколько цветов, но менять их яркость и цвет нельзя. И, наконец, самый продвинутый вариант — RGB или A-RGB, где вы можете менять цвета и их яркость с помощью контроллера в корпусе ПК или на материнской плате.
Выбор кулера для разгона процессора
При разгоне растет энергопотребление процессора, особенно сильно — при разгоне с повышением напряжения. В результате процессор с энергопотреблением в 65 ватт может начать «кушать» в два раза больше, достигая уровня топовых моделей. Еще одним важным фактором при разгоне является температура: чем она ниже, тем выше частоты процессора, которых может добиться оверклокер. В результате выбор кулера для разгона становится сложной задачей, в которой надо добиться низких температур у процессора с высоким энергопотреблением.
С другой стороны, покупать топовый кулер или СВО по цене, соизмеримой со стоимостью самого процессора, не имеет смысла, ведь добавив эту сумму при покупке процессора, вы можете взять более быструю модель с большим количеством ядер, получив такой прирост производительности, которую не даст обычный разгон.
Поэтому разумный выбор кулера для разгона процессора, как и сам разгон, всегда будут компромиссом между ценой и производительностью. В поиске ответа на этот вопрос помогут практика, гайды и советы опытных пользователей.
Обзоры кулеров
В блогах DNS есть огромное количество обзоров кулеров. Мы выберем наиболее актуальные обзоры моделей, присутствующих в продаже, а заодно разобьем их на категории, отсортировав по цене и рассеиваемой мощности. Энергопотребление процессоров, которые они смогут эффективно охладить, будет указано приблизительно, ведь для кого-то приемлемым будет кулер с вентилятором, вращающимся на 2000 об/мин, и 85 градусах на процессоре, а кому-то требуется тишина и низкая температура.
Начнем с большого обзора бюджетных кулеров, который поможет понять, на что способны недорогие кулеры и как вырастает их эффективность с использованием теплотрубок. А вот популярный бюджетный кулер DEEPCOOL Ice Edge Mini FS V2.0 удостоился отдельного обзора.
Его конкурент по цене и возможностям — AeroCool Air Frost 2.
И более продвинутая модель — AeroCool Air Frost 4. Эти модели отлично подойдут к процессорам с энергопотреблением до 80 ватт.
Универсальными кулерами, способными охладить практически любой процессор с энергопотреблением до 120 ватт, являются бюджетные башенные модели с тремя-четырьмя теплотрубками, например, Deepcool Gammaxx 400 v2, Thermaltake Contac Silent 12, ID-Cooling SE-224-XT Basic, Crown CM-4, AeroCool Verkho 4 Dark.
Топовые кулеры позволят отвести тепло от процессора с энергопотреблением около 200 ватт и более. Они станут отличным выбором для оверклокера, например, be quiet! DARK ROCK 4, be quiet! DARK ROCK PRO 4, be quiet! DARK ROCK TF (обзор 2), Corsair A500 Dual Fan, Noctua NH-U12A, GamerStorm Assassin II.
Отдельно стоит упомянуть компактные кулеры, способные охладить процессоры в небольших HTPC и mini-ITX корпусах, например, Noctua NH-L12S или Noctua NH-L9X65. При выборе кулеров в такие корпуса нужно особенно тщательно проверять совместимость размеров.
Если вы не нашли свой процессор в обзорах — не беда. Для бюджетных процессоров можно подобрать кулер, учитывая TDP, который не будет сильно отличаться от реального энергопотребления. А вот для топовых процессоров все же стоит найти в обзорах аналог по энергопотреблению и не экономить на кулере, а взять его «с запасом». Тем более, что хороший кулер прослужит много лет и переживет несколько апгрейдов ПК.
Когда стоит обратить внимание на СВО?
Если открыть каталог DNS с системами жидкостного охлаждения, можно увидеть, что цены на модели начального уровня сопоставимы с ценами на кулеры среднего уровня. Но выбор СВО — более сложная задача, чем выбор кулера. Ведь для нее нужен особый корпус, в котором придется правильно разместить радиатор, настроить его обдув и закрепить теплосъемник с трубками. А вот выигрыш от использования СВО по сравнению с топовыми кулерами может быть незаметным при использовании процессоров среднего уровня.
Но если вы разгоняете топовые модели процессоров или хотите использовать многоядерные процессоры с низкими температурами, то здесь СВО вне конкуренции: они могут отвести до 300-400 ватт тепла. Например, Corsair iCUE H150i Elite Capellix.
От грамотно выбранной СВО особенно выиграют многоядерные процессоры Zen 2 и Zen 3, где быстрый отвод тепла позволяет удержать низкие температуры на небольшом по площади кристалле. Чтобы сделать правильный выбор, стоит прочитать несколько гайдов и обзоров, и тщательно взвесить все плюсы и минусы СВО.
Выводы
Выбор кулера — задача непростая. Если у вас нет опыта в этом деле, прочитайте хотя бы несколько обзоров — и вы начнете разбираться в вопросе. Не стоит смотреть обзоры кулеров в отрыве от обзоров процессоров. Вам потребуется совокупная информация, чтобы правильно представлять, какого охлаждения требуют определенные модели: сколько выделяют тепла, какие максимальные температуры для них приемлемы и как меняются эти параметры при разгоне. Большую помощь окажут и советы опытных пользователей из коммуникатора DNS, они также помогут избежать многих ошибок.
Часто необходимо, использовать мощные транзисторы или другие сильноточные устройства, такие, как микросхемы преобразователей напряжения, стабилизаторы, симисторы или силовые выпрямители, рассеивающие мощности во много ватт. Все мощные устройства выпускаются в корпусах, обеспечивающих тепловой контакт между их металлической поверхностью и внешним радиатором. Во многих случаях металлическая поверхность устройства связана электрически с одним из выводов (например, у мощного транзистора она всегда связана с коллектором).
В принципе задача теплоотвода – удержать переходы транзисторов или других устройств. При этом температура, не должна превышать указанную для них максимальную рабочую температуру. Для кремниевых транзисторов в металлических корпусах максимальная температура переходов обычно равна 200 °C, а для транзисторов в пластмассовых корпусах равна 150 °C.
Зная температурные параметры, проектировать теплоотвод просто. Зная мощность, которую прибор будет рассеивать в данной схеме, подсчитываем температуру переходов с учетом теплопроводности транзистора, радиатора и максимальной рабочей температуры окружающей транзистор среды. Затем выбираем такой радиатор, чтобы температура переходов была намного ниже указанной изготовителем максимальной. Здесь разумно перестраховаться, так как при температурах, близких к максимальной, транзистор быстро выходит из строя.
Тепловое сопротивление
При расчете радиатора используют тепловое сопротивление Q , которое равняется отношению величины перепада температур в градусах к передаваемой мощности.
где Q – тепловое сопротивление на участке тепловой цепи, К/Вт
T2 – температура начала участка, К;
Т1 – температура конца участка, К;
Р – тепловой поток, протекающий через участок цепи, Вт
Если теплопередача происходит только путем теплопроводности, то тепловое сопротивление величина постоянная, не зависящая от температуры, а зависящая только от устройства теплового контакта. Для последовательного ряда тепловых контактов общее температурное сопротивление равно сумме тепловых сопротивлений отдельных соединений.
Для транзистора, смонтированного на радиаторе, общее тепловое сопротивление передаче тепла от кристалла на внешнюю среду равно сумме тепловых сопротивлений кристалл‑корпус Q пк , соединения корпус‑радиатор Q кр и перехода радиатор‑среда Q рс . Таким образом, температура кристалла будет равна:
Τкр = Τс + (Q пк + Q кр + Q рс) P
где Ρ – рассеиваемая мощность, Вт;
Τс — температура окружающей среды.
Рассмотрим пример. Допустим, у нас есть схема источника питания с внешним проходным транзистором. На транзисторе максимум рассеиваемой мощности 20 Вт при нестабилизированном входном напряжении +15 В (10 В падения напряжения, 2 А). Предположим, что эта схема должна работать при окружающей температуре 50 °C. Это не так уж невероятно для компактно расположенного электронного оборудования. Постараемся удержать температуру кристаллов ниже 150 °C, т. е. намного ниже, чем указанные изготовителем 200 °C.
Тепловое сопротивление от кристалла к корпусу указывается в технической литературе на транзистор как «Junction−to−Case» (R θ JC). Предположим, что оно равно 1,5 °C/Вт. Специальная прокладка между корпусом транзистора, обеспечивающая электрическую изоляцию и тепловой контакт, имеет тепловое сопротивление от корпуса к радиатору порядка 0,3 °C/Вт. И наконец, радиатор.
Предположим, у нас имеется радиатор с тепловым сопротивлением на границе с внешней средой порядка 2,3 °C/Вт.
Таким образом общее тепловое сопротивление между кристаллом и внешней средой будет равно 1,5+0,3+2,3 = 4,1 °C/Вт. При рассеиваемой мощности 20 Вт температура перехода будет на 4,1х20 = 84 °C выше температуры окружающей среды, т. е. будет равна 84°C+50°C = 134°C. 50 °C — максимальная внешняя температура для данного случая.
Итак, такой выбранный радиатор будет пригоден, а если необходимо сэкономить пространство, то можно выбрать и несколько меньший.
Варианты подбора радиатора
Поскольку тепловое сопротивление радиатора далеко не всегда указывается, придется определять его самостоятельно. Тепловое сопротивление перехода радиатор среда Qрс можно посчитать по приблизительной формуле:
где Qрс – тепловое сопротивление радиатора в °C/Вт,
S – площадь радиатора (в данном случае — площадь детали) в см2,
k – коэффициент, учитывающий тип вентиляции (для естественной вентиляции принимают k = 33, для принудительной вентиляции k = 11).
Площадь радиатора вычисляется как сумма площадей всех его ребер, площади основания между ребрами и двойной площади сечения.
При сборке компьютера выбору охлаждения для центрального процессора зачастую уделяют мало внимания.
Потратив выделенный бюджет на основные комплектующие – процессор, видеокарту, память и материнскую плату, охлаждение для процессора выбирают по остаточному принципу. Зачастую это - ошибочный подход, который может привести к различным проблемам.
Давайте рассмотрим основные моменты, на которые стоит обратить внимание при выборе системы охлаждения ЦП. А также обозначим мелкие нюансы, которые при этом упускают из вида.
Виды охлаждения
Прежде всего, нужно определиться с тем, какой вид охлаждения вам нужен. На данный выборпрежде всеговлияет бюджет, выделенный на приобретение системы охлаждения.Воздушное охлаждение
BOX-версии процессоров часто комплектуются простенькими кулерами, которых достаточно для охлаждения процессора. Но возможно будет выгоднее приобрести ОЕМ-версию процессора и отдельный кулер.
Если вы приобретаете бюджетный или среднебюджетный процессор с небольшим TDP значением, то покупать к нему СО равной ему стоимости смысла нет, и здесь подойдет обычный простой кулер, похожий на боксовый вариант. Чаще всего это призматический или цилиндрический алюминиевый радиатор с вентилятором на 80 или 90 мм. В более продвинутых моделях может быть вставлен медный сердечникили полностью медное основание с одной или двумя тепловыми трубками – такие варианты предпочтительнее.
Более эффективными для охлаждения центрального процессора являются кулеры башенной конструкции.
Из основания, прижимающегося к теплораспределительной крышке процессора, выходят тепловые трубки. На них нанизаны ребра, значительно увеличивающие площадь поверхности теплообмена. Саму башню обдувает вентилятор.
Башенные модели могут быть небольшого размера и по доступной цене, а также флагманские модели огромного размера с несколькими вентиляторами. Эффективность последних уже будет достаточна для охлаждения любых процессоров с высоким TDP, в том числе и с разгоном.
Для компактных корпусов предусмотрены особые модели эффективных кулеров топ-конструкции. Данная конструкция похожа на рассмотренные выше башни, но вся система трубок, радиаторов и вентилятора расположена горизонтально. Такой кулер занимает мало места по высоте, вентилятор дополнительно обдувает околосокетное пространство.
Системы жидкостного охлаждения
В последние годы СЖО получили большое распространение. Многие компании выпускают разнообразные модели. Цены на них сравнимы с эффективными башенными кулерами.
В применении СЖО можно отметить ряд преимуществ. Меньшая нагрузка на текстолит материнской платы, в отличие от тяжелого башенного радиатора. Больше свободного места в корпусе, что улучшает циркуляцию воздуха. Вентиляторы не только охлаждают радиатор, но и выдувают теплый воздух из корпуса. Также можно отметить и эстетическую сторонус распространением корпусов с огромными прозрачными окнами и моды на RGB-подсветку, СЖО смотрится предпочтительнее башенного кулера.
Конструкции необслуживаемых СЖО не сильно отличаются. Обычно это водоблок, совмещенный с помпой. Гибкими шлангами он соединён с радиатором, на который установлены вентиляторы.
Радиатор может быть типоразмера 120, 240, 360, 480. Чем больше его размер, тем эффективнее охлаждение, но и тембольше места под него требуется в корпусе, и выбор будет зависеть от конкретного корпуса.
Особняком стоят кастомные системы жидкостного охлаждения. Используются в основном в компьютерах энтузиастов или эстетов с модинговыми корпусами.
Такие системы собираются непосредственно пользователем, их цена сопоставима со стоимостью самого процессора.
Основные критерии выбора
Сокет
Прежде всего, крепления системы охлаждения должны подходить под сокет материнской платы.
AMD использует одинаковые крепление для всех поколений сокетов АМ и FM, кроме AM4. Но и к АМ4 подойдет любой кулер для AMD процессора, если он крепится на прижимные скобы. Для крепления моделей с бэкплейтом потребуются другие крепежные элементы для АМ4. Практически все производители оснастили таким набором свои новые и старые модели, в крайнем случае, продают их отдельно. Особняком стоит сокет TR4, для него нужно свое охлаждение, особенного размера и варианта крепления.
Проще всего с сокетами intel, платформы с LGA 11хх используют полностью одинаковое крепление, и все системы охлаждения будут совместимы. Сокеты LGA 2066 и LGA 2011-3 имеют одинаковое крепление и они также совместимы.
Чаще всего современные башенные кулеры и необслуживаемые СЖО оснащаются универсальными монтажными наборами подходящих для большинства популярных систем креплений.
Размеры
Следующий важный момент при выборе – это габариты и размеры систем охлаждения. Башенный кулер должен без проблем входить в ваш корпус. Обычно в характеристиках корпусов указана поддерживаемая максимальная высота кулера.
Также в характеристиках корпусов указывается поддержка размеров радиаторов жидкостных систем охлаждения. Стоит учесть, что не во всякий корпус можно вообще установить радиатор СЖО.
Немаловажный нюанс для башенного кулера – совместимость с радиаторами оперативной памяти.
Если радиатор высокий, то он может перекрываться или ребрами кулера, или установленным вентилятором. Данный показатель в характеристиках кулеров не указывается, и его можно посмотреть в обзорах.
Существуют башни со скошенной конструкцией радиатора, при этом они вообще не перекрывают слоты оперативной памяти.
Характеристика TDP
В характеристиках процессоров и систем охлаждения указывается значение TDP (Thermal Design Power). Это показатель максимального количества тепла, с отводом которого должна справляться система охлаждения для эффективного охлаждения крышки процессора.
Данное значение у СО должно, как минимум, совпадать со значением процессора, а желательно превосходить его.
Здесь важно учесть, что процессоры с возможностью разгона будут при этом самом разгоне выделять значительно больше тепла. Для таких процессоров потребуется и система охлаждения с большим значением TDP.
Второстепенные критерии выбора
Уровень шума
Многим пользователям важно не только то, что СО справляется с охлаждением, но и важен ее уровень шума.
В большей степени на уровень шума влияют характеристики используемых вентиляторов. Вот здесь и пригодится запас по эффективности, о котором мы говорили выше. Для наглядности приведем пример: процессор с TDP 90 Вти кулер с TDP 90 Вт, для охлаждения процессора под нагрузкой вентилятор будет работать на 100% оборотов, создавая при этом большой шум. Если же использовать более эффективный кулер на 180-200 TDP, то он будет работать до 50% оборотов, и вы его при этом не услышите.
Что касается регулировки оборотов вентиляторов, то все современные материнские платы умеют управлять этим показателем в зависимости от нагрузки. И не важно, подключается вентилятор 4-пин контактом с PWMили 3-пин контактом с регулировкой за счет изменения напряжения. В последнее время обычно все производители выпускают вентиляторы с PWM.
На уровень шума будет влиять и количество вентиляторов. Во многих моделях башенных кулеров используется два вентилятора. А в СЖО может быть и три, и четыре вентилятора. С одной стороны, чем больше вентиляторов, тем выше уровень шума; но с другой, чем больше вентиляторов, тем эффективней они смогут отводить тепло от радиатора, и тем на меньших оборотах они будут работать.
Размеры вентиляторов также могут повлиять на эффективность и уровень шума. Если говорить проще – чем больше размер вентилятора, тем он эффективней может охлаждать при меньших оборотах. Естественно, поставить вентилятор 140 ммна маленький радиатор не получиться, поэтому его размеры зависят от размеров самого кулера.
Зачастую производители в характеристиках систем охлаждения указывают уровень шума в дБ. Но этому показателю не стоит доверять, лучше посмотреть обзоры на независимых ресурсах, там авторы указывают реальные шумовые характеристики, которые добавляют в плюсы или минусы той или иной модели.
Тепловые трубки
Наиболее оптимальные по цене/эффективности башенные кулеры имеют три-четыре тепловых трубки. Здесь на эффективность влияет не столько количество трубок, сколько размер радиатора и вентилятора. Чем они больше, при прочих равных условиях, тем кулер будет эффективней.
Более пяти трубок – это уже массивный суперкулер, рассчитанный на охлаждение разогнанного процессора. Может быть двухсекционным, с двумя или тремя вентиляторами.
Можно еще обратить внимание и на подошву башенного кулера. Распространены два варианта крепления тепловых трубок: с непосредственным их контактом с теплораспределительной крышкой процессораи трубки, впрессованные в пластину основания, без непосредственного контакта. Здесь более важным будет качество самой поверхности. Она должна быть идеально ровной и отшлифованной. В бюджетных вариантах с прямым контактом трубок этого условия добиться сложнее.
Подсветка
Напрямую на эффективность данный параметр не влияет. Но с эстетической точки зрениядля общего оформления интерьера корпуса данный параметр важен.
Подсветка может быть одноцветной, например, в башенных кулерах. Многоцветная RGB-подсветка может подключаться к контроллеру материнской платы, иметь собственный контроллер с пультом ДУ. Здесь выбор зависит только от ваших предпочтений.
Варианты выбора
Подведем итоги наших рекомендаций.
Для бюджетного процессора с небольшим значением TDP будет достаточно боксового кулера. Аналогичный по конструкции кулер, приобретенный отдельно может быть и тише, и эффективнее. Эффективность модели с медным основанием будет выше. Заострять внимание на наличие PWM в данном случае не нужно.
Для среднепроизводительных процессорови не самых горячих процессоров с возможностью разгона лучше всего подойдут недорогие башенные кулеры с тремя-четырьмя тепловыми трубками. Если бюджет позволяет, и важна эстетика сборки, то можно присмотреться к СЖО с радиатором на 120 мм.
При сборке системы в компактном корпусе нужно выбирать среди специальных решений с топ-конструкцией. Небольшая высота такого кулера хорошо сочетается с его эффективностью.
Для охлаждения флагманских процессоров с возможностью разгона и высоким тепловыделением нужны башенные суперкулеры или СЖО. Они обеспечат эффективное охлаждение и низкий уровень шума.
Читайте также: