Греется радиатор на материнской плате
Обновлено: 25.06.2024
Почему сильно греется чипсет?
Почему греются конденсаторы, чипсет, мультиконтроллер, разъемы на материнской плате Проблемы с вентиляцией ведут к перегреву компонентов цепи питания, конденсаторов, транзисторов, мосфетов, разъемов. Вызывает их большое количество пыли в системном блоке, недостаточная мощность или неисправность кулера.
Почему сильно греется материнка?
Первая и наиболее распространенная причина перегрева любых системных составляющих компьютера – пыль и грязь внутри корпуса. Даже если под крышкой системного блока относительно чисто, к перегревам может приводить высохшая термопаста под радиаторами системы охлаждения.
Почему сильно греется Южный мост?
Мы изложили причины того, почему греется южный мост на материнской плате. Это может быть как дефицит охлаждения, вызванный нагрузкой на устройство, или конструктивными недостатками системной платы, но также стоит учесть и возможные повреждения устройства.
Что такое Северный и южный мост на материнской плате?
North Bridge — это микросхема или, как его еще называют, контроллер. Он выступает связующим звеном при обмене данными между ЦП, GPU, а также оперативки. Южный мост (ЮМ) — тоже часть чипсета и тоже представляет собой контроллер, однако роль у него немного другая.
Что делать если сильно греется чипсет?
Что делать, если греется чипсет (мост). Замена термопасты и установка кулера
- Демонтаж материнской платы
- Замена термопасты
- Установка дополнительного охлаждения для чипсета
Что делать если греется Южный мост?
Греется южный мост
Лучший способ снизить температуру ЮМ – это уменьшить нагрузку на него, отключив дополнительные устройства, например, от шины USB. Однако, если в задачи ПК входит работа с большим количеством периферии, делать этого, естественно, нельзя. Поэтому придётся искать другое решение.
Что делать если сильно греется процессор?
- поставь дополнительное охлаждение;
- поменяй термопасту, почисти кулер;
- почисти системный блок;
- купи новый компьютер.
Какая температура должна быть на материнской плате?
Греется реже, чем другие элементы ПК. Если речь идет о нетребовательных к ресурсам задачах, температура материнки должна быть 35-45°С. Если же говорить о разогнанном ЦП, паре ГПУ и жестких, нормальный показатель может повышаться вплоть до отметки в 55 градусов.
Что происходит с компьютером при перегреве процессора?
Основные признаки перегрева компьютера
Какие же признаки должны вас заставить насторожиться? Необычно громкая работа системы охлаждения (характерное “завывание” вентиляторов). Спорадические зависания системы и внезапные перезагрузки. Самопроизвольное выключение.
Как понять что сгорел северный мост?
Признаки приближающейся поломки северного моста:
- ноутбук включается через раз;
- устройство не видит DVD/CD привод, USB;
- в диспетчере устройств не доступной является звуковая карта;
- Не осуществляет работу один слот «оперативки» на матплате.
Как проверить на работоспособность южный мост?
На рисунке ниже показана распиновка USB на материнской плате (в таком разъеме находится целых два USB порта). Черный щуп мультиметра устанавливаем на массу материнки, красным щупом поочередно касаемся контактов Data + и Data – каждого порта. Если хоть на одном имеется коротыш, то точно неисправен южный мост.
Как понять что неисправен южный мост?
Признаки выхода из строя BGA чипа южный мост:
- Touchpad не реагирует на прикосновение,
- Не работает клавиатура;
- Не работают подключенные USB-устройства;
- Ноутбук не включается, если включается то работает с ощутимыми подвисаниями;
- Ноутбук зависает на стадии появления на экране логотипа производителя
Как определить сгорел процессор или материнская плата?
Осмотрите область вокруг чипсета. Если она почерневшая, то велика вероятность сгорания процессора. Также, можно понюхать его. Если он пахнет горелым, то шансы неисправности возрастают.
Где на материнской плате северный и южный мост?
Какие два компонента обычно напрямую взаимодействуют с южным мостом чипсета на материнской плате?
Южный мост отвечает взаимодействие с внешними устройствами и остальные функции материнской платы. Он включает в себя контроллеры PCI Express, PCI, SATA, PATA, RAID, USB, Ethernet, Firewire и т. д.
Борьба за низкие температуры видеокарт ведется пользователями уже много лет. Каждый геймер, оверклокер и компьютерный энтузиаст мечтает получить видеокарту с малым нагревом, ведь низкие температуры позволят сделать обороты вентиляторов системы охлаждения комфортными для слуха. Вдобавок со снижением температуры растет разгонный потенциал видеокарты и заметно уменьшается риск отвала чипов, ведь для современной BGA пайки и бессвинцовых припоев значительные перепады температуры - это враг номер один.
реклама
К тому же прошли те времена, когда видеокарты могли годами работать с предельным нагревом, и смотря ютуб-каналы, посвященные ремонту компьютерных комплектующих, я все чаще слышу заявления о резком росте брака в современных видеокартах и снижению срока их службы. Одним из виновников чего часто становится перегрев чипов памяти, узлов системы питания видеокарты или небольших SMD резисторов и конденсаторов, выход которых из строя убивает видеочип или даже вызывает сквозной "прогар" текстолита видеокарты.
MSI RTX 3070 сливают дешевле любой другой, это за копейки Дешевая 3070 Gigabyte Gaming - успей пока не началось
В последнее время проблема еще более усугубилась с введением прожорливой и горячей видеопамяти GDDR6Х, которая работает на пределе даже на видеокартах с топовыми системами охлаждения. Добавьте к этому цены на видеокарты, которые не перестают расти, и GeForce RTX 3060, которая должна была стать "народной" видеокартой, переваливает в цене в долларовом эквиваленте за $1000, например, GeForce RTX 3060 Zotac Twin Edge OC в Регарде.
реклама
var firedYa28 = false; window.addEventListener('load', () => < if(navigator.userAgent.indexOf("Chrome-Lighthouse") < window.yaContextCb.push(()=>< Ya.Context.AdvManager.render(< renderTo: 'yandex_rtb_R-A-630193-28', blockId: 'R-A-630193-28' >) >) >, 3000); > > >);
Ну а цены на GeForce RTX 3070 вплотную приближаются к стоимости неплохого подержанного автомобиля, как, к примеру, у GeForce RTX 3070 Palit GameRock.
Неудивительно, что владельцы стараются всеми способами снизить температуры видеокарт и обеспечить им самый комфортный температурный режим, особенно, если занимаются майнингом на видеокарте, установленной в обычный игровой ПК.
В дело идут даже медные пластины, которые умельцы устанавливают на видеопамять в GeForce RTX 3090, стоимость которых уже подбирается к цене недвижимости в провинции, как у Asus GeForce RTX 3090 TURBO.
реклама
Увеличение оборотов вентиляторов
Самый простой и банальный способ борьбы с температурой, доступный даже начинающему пользователю, несущий не только снижение температуры, но и рост шума и износа вентиляторов. Но и опытному пользователю стоит сделать это даже на холодной видеокарте. Все дело в том, что часто на видеокартах упор делается в охлаждении видеочипа, а видеопамять и система питания охлаждаются по остаточному принципу.
реклама
Проблема усугубляется тем, что обороты вентиляторов привязаны к температуре видеочипа, который не греется под мощной СО, а вот видеопамять и зона VRM "запекаются", ведь их температура часто даже не мониторится. Так было у моей MSI GeForce GTX 1060 GAMING X, с отличным охлаждением видеочипа, и посредственным - всего остального. Обороты ее вентиляторов достигали всего 900 в минуту в авто режиме и без потери акустического комфорта их можно было увеличить до 1100-1200 об/мин., что я и сделал.
Отключения режима FAN STOP
С целью снижения температуры видеопамяти и системы питания видеокарты стоит отключить режим FAN STOP, когда вентиляторы останавливаются в простое. Этот режим экономит ресурс вентиляторов и снижает запыление видеокарты, но вот на видеопамяти мы получаем высокие температуры даже в бездействии.
Андервольт
Еще один из безопасных и эффективных способов снизить температуры видеокарты. Снижение питающего напряжения видеочипа творит чудеса и позволяет добиться низких температур даже на бюджетных видеокартах со слабой системой охлаждения. Минус у этого метода только один - если мы сильно снижаем напряжение на видеочипе, то о разгоне видеокарты можно забыть. Но, с другой стороны, если выбирать между прибавкой в пять-десять FPS, что дает современный разгон, и сбросом 10 градусов, большинство пользователей выберут второе.
Улучшение продувки в корпусе ПК
Обычно мы настраиваем вентиляцию в корпусе ПК по принципу - чем меньше вентиляторов, тем лучше и обходимся необходимым минимумом. Но иногда добавление парочки тихоходных вентиляторов на вдув и выдув творят чудеса, заметно улучшая температуры, и почти не повышая уровень шума. Главное, чтобы корпус имел посадочные места под вентиляторы, но такие корпусы стоят сегодня не очень дорого, как, например, DeepCool MATREXX 50 MESH 4FS Black.
Открытие боковой крышки корпуса
Этот древний лайфхак я использовал еще когда пользовался GeForce 8500 GT, установленной в глухой и тесный корпус. Минусы метода - быстрое запыление корпуса и системы охлаждения видеокарты, высокий уровень шума и открытый доступ для детей и домашних животных.
Вентилятор в боковой крышке корпуса
Даже в самых недорогих корпусах часто используется посадочное место под вентилятор в боковой крышке, как, например, в ультра дешевом Ginzzu B220 Black. Установив туда вентилятор, можно значительно улучшить температурный режим видеокарты, но результат будет зависеть от конкретного корпуса, его системы вентиляции и размеров видеокарты.
Для получения лучшего результата стоит экспериментировать и ставить вентилятор как на вдув, так и на выдув. Идеальный вариант - когда вентилятор размером 120 мм будет расположен почти впритык к видеокарте и обдувает ее холодным воздухом.
Обдув текстолита видеокарты
Еще один эффективнейший способ сбросить 10-15 градусов с температуры системы питания видеокарты и ее видеопамяти - направленный обдув текстолита. Я пробовал обдувать горячую видеокарту GeForce GTX 560 Ti, положив два вентилятора размером 80 мм на верхнюю часть текстолита, предварительно сделав для них картонную рамку-ограничитель. Текстолит в верхней части видеокарты может нагреваться до 100 и более градусов и его прямой обдув - это отличное решение.
Но есть и опасность сбить лопастью вентиляторов мелкий элемент на обратной стороне видеокарты, поэтому вентиляторы надо закрепить и сделать ограничивающую рамку. Неплохие результаты в обдуве видеокарт дает и вентилятор, дующий поперек видеокарты, например - с торца.
Замена радиатора на более массивный
Замена радиатора видеокарты, который я описывал в начале блога - самый рискованный метод, а установка процессорных кулеров на видеокарту сегодня уже не актуальна. Но вот установить на видеокарту радиатор от старшей модели при совпадении их посадочных размеров, например, при использовании референсных плат, вполне здравая идея. Тем более, что после майнинга продается огромное количество мертвых видеокарт с рабочей СО.
Установка корпусных вентиляторов на заводской радиатор видеокарты
С этим способом улучшения охлаждения познакомились многие пользователи, чьи вентиляторы на видеокартах выработали свой ресурс. Способ довольно простой и дает неплохие результаты при использовании вентиляторов в высоким статическим давлением. Реализуется легко - с помощью пластиковых стяжек вентиляторы закрепляются на радиаторе видеокарты, а управление их оборотами доверяется материнской плате. На старенькой GeForce GTX 660 этот способ помог мне сделать видеокарту как холоднее, так и заметно тише.
Замена термопасты, термопрокладок и полировка поверхности радиатора
Я не сторонник часто менять термопасту в видеокарте, особенно пока не закончился ее гарантийный срок, но сделать это стоит, как только гарантия закончится. Дело в том, что термопаста высыхает неравномерно, при манипуляциях с видеокартой в ее слое могут образоваться воздушные пузыри и это может вызывать локальный перегрев чипа даже при небольших его температурах при мониторинге.
Собравшись менять термопасту стоит обзавестись качественной, с высокой теплопроводностью, например, Arctic Cooling MX-5, а заодно подобрать качественные термопрокладки, подходящие по толщине, например, Arctic Cooling Thermal Pad, ведь с большой вероятностью они за несколько лет работы высохли и пришли в негодность.
После окончания гарантии на видеокарте можно выровнять и отполировать поверхность контакта радиатора с чипом, ведь зачастую его обработка отвратительная на бюджетных моделях, это может дать еще несколько градусов выигрыша. Главное - не переусердствовать и не сделать на месте контакта яму. Этот способ помог мне сделать холоднее Radeon HD 7770 с крохотным радиатором.
Итоги
Как видите, способов снижения температуры видеокарты предостаточно, от самых простых, до довольно сложных. Главное - не переусердствовать и не испортить видеокарту своим вмешательством, ведь изгиб текстолита, скол SMD-элементов или повреждение статическим электричеством при подобных манипуляциях - обычное дело.
Пишите в комментарии, какие способы снижения температуры видеокарты использовали вы?
Материнская плата является главной платой вашего компьютера. Она управляет всеми устройствами, подключёнными к ней, осуществляет обмен информацией между ними и организует их совместную работу. Температура материнской платы определяется на ее особо значимых частях. В большинстве случаев это южный и северный мост. Хотя в современных вариантах плат северный мост объединен с южным в один.
Проблемы с перегревом материнской платы встречаются не очень часто. В основном им подвержены старые компьютеры, в которых с течением времени высохла термопаста (термоклей) под радиаторами южного и северных мостов.
Первым делом нужно определить температуру на материнской плате. Для этого воспользуйтесь рекомендациями этой статьи (показать подсказку / открыть статью полностью) .
Примечание: Не пытайтесь на ощупь определить температуру материнской платы. Радиаторы на ней даже при рабочей (нормальной) температуре могут быть горячими.
Если по результатам измерений действительно выявлена высокая температура материнской платы, то читайте дальше.
Как снизить температуру материнской платы
- Выполнить полную чистку системного блока компьютера (показать подсказку / открыть статью полностью) ;
- После чистки еще раз проверить температуру и если она не пришла в пределы нормы, то перейти к следующему шагу;
- Установить дополнительный вентилятор на радиатор южного или северного моста. Для этих целей вы можете приобрести в любом компьютерном магазине вентилятор подходящего размера, который будет впоследствии установлен на радиатор южного или северного моста;
Примечание: Специальных вентиляторов для материнской платы в продаже нет, так что подбирайте просто по подходящему диаметру.
Установка дополнительного охлаждения на материнскую плату
Для установки вентилятора нам потребуется:
-
Снять левую крышку корпуса системного блока компьютера (показать подсказку / открыть статью полностью) ;
Экстремальный способ борьбы с высокой температурой материнской платы
Этот способ предполагает замену термопасты под радиатором южного или северного моста. Однако радиатор может крепиться на термоклей и его не аккуратное снятие может повлечь повреждение моста.
Выполняйте этот способ, если только на 100% уверены в своих способностях или не жалко материнскую плату.
Примечание: В последствие после снятие радиатора вместо термоклея можно будет использовать обычную термопасту.
Начнем!
То, что компьютерные комплектующие греются во время работы, знают все, но почему именно — это для многих покрыто тайной. А ведь процессор размером меньше пластиковой карты может разогреваться не хуже сковородки на огне. Откуда же берется столько тепла?
Строительный кирпичик микроэлектроники
В основе практически всей схемотехники лежит фундаментальное изобретение — транзистор. Что же это за элемент? Для лучшего понимания проведем аналогию с окружающим миром. Все живое и неживое состоит из атомов. Это своеобразные кирпичики, из которых природа построила окружающий мир. Атомы объединяются в сложные молекулы, они в свою очередь формируют клетки. Далее идут ткани, органы и организмы.
Аналогичную параллель можно провести и в схемотехнике, только вместо атомов здесь транзисторы. Из них были созданы логические элементы (AND, OR, NOT и другие), с помощью которых люди научились оперировать «1» и «0». На базе логических элементов появились более сложные устройства — регистры, мультиплексоры, дешифраторы, АЛУ (арифметико-логическое устройство) и так далее. Следующим усложнением стали интегральные схемы (МИС — малые, СИС — средние, БИС — большие и СБИС — сверхбольшие).
Почему мы затрагиваем именно транзисторы? Вот вам интересный факт: в процессорах Ryzen Threadripper 3960X и 3970X «упакованы» целых 3,8 миллиарда транзисторов. Согласно данным с презентации Nvidia в новой GeForce RTX 3090 кристалл включает 28 миллиардов транзисторов!
Теперь представьте, что каждый из них выделяет небольшое количество тепла. В масштабах одного элемента это мизерное значение, но когда дело доходит до миллиардов, мы получаем температуры в 100 и больше градусов.
Ранее, когда число транзисторов не превышало миллиона, тепловыделение не было проблемой. Именно поэтому старые процессоры (Intel 8008, Intel 386) и видеокарты даже не комплектовались пассивным и, тем более, активным охлаждением. Однако в современных процессорах количество транзисторов неумолимо растет каждые 18 месяцев в два раза (если считать закон Мура действительным), поэтому от выделяющегося тепла никуда не деться. И его нужно отводить.
Как устроен транзистор
Транзисторы используются в микросхемах для управления электрическим током. Условно компонент можно сравнить со смесителем. Легким движением руки мы можем управлять напором воды и ее температурой. Аналогично и здесь: у транзистора есть три основных вывода: база, эмиттер и коллектор.
Для управления используется база, на которую подают небольшое напряжение и меняют выходные параметры на коллекторе. Насколько большими величинами можно управлять — все зависит от коэффициента усиления конкретного транзистора.
Если говорить о биполярных транзисторах, то в них используется три слоя проводника: PNP positive-negative-positive) или NPN (negative-positive-negative). Условно говоря, это два диода соединенные между собой конкретными сторонами.
Принцип работы транзистора достаточно простой. При подключении источника питания между коллектором и эмиттером электроны начинают скапливаться у коллектора. Однако ток не сможет идти, поскольку замыканию цепи мешает прослойка базы (обозначена красным на рисунке ниже).
При подключении небольшого напряжения между базой и эмиттером электроны начинают «насыщать» базу, и когда места не останется, оставшиеся электроны просачиваются к эмиттеру и цепь замыкается. Транзистор считается открытым.
Итог — изменениями небольшого тока база-эммитер можно усиливать и управлять током в коллектор-эммитер.
Естественно, работа в теории — это одно. На практике происходят вещи, которые и приводят к выделению тепла. Давайте рассмотрим их подробнее.
Переключения транзисторов
При работе затвор транзисторов открывается и закрывается миллиарды раз в секунду. Процесс напоминает зарядку очень маленького аккумулятора. Чтобы открыть затвор для протекания электронов, нужно зарядить этот мини-аккумулятор до определенной величины. Закрытие затвора выполняется путем «сброса» напряжения на землю.
Как раз в ходе этого сброса электрическая энергия превращается в тепловую. Естественно, чем больше переключений за единицу времени, тем горячее будет кристалл. Именно поэтому при разгоне с увеличением частоты до 6–8 ГГц оверклокеры используют жидкий азот. Транзисторы выделяют так много тепла от переключений, что другие способы их остудить просто неэффективны.
Мощность короткого замыкания
Большинство микросхем выполнены по технологии CMOS (К-МОП; комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник). Одна из особенностей этой технологии — ток никогда не попадает прямым путем на землю. Однако появляется другая проблема.
В логических элементах используются пары транзисторов, которые переключаются синхронно. Когда первый закрыт, второй открывается и наоборот. Это напоминает работу двухцветного светофора. Оба сигнала никогда не загораются одновременно и переключаются попарно.
Однако имеется небольшой промежуток времени в момент переключения обоих транзисторов. Именно в этот момент ток попадает на землю. Каким бы быстрым не было переключение, избавиться от переходного момента невозможно физически. Как и в предыдущем случае, количество тепловой энергии зависит от скорости переключения, но в данном варианте уже логических элементов.
Именно по этим причинам увеличение частоты процессора, видеокарты или ОЗУ приводит к наиболее ощутимому тепловыделению.
Ток утечки и ненулевое сопротивление сток-исток
Многие считают, что в выключенном состоянии техника не потребляет никакой мощности. Относительно транзисторов это не так, поскольку даже в выключенном состоянии небольшое количество тока будет протекать. Уменьшение размера транзисторов приводит к тому, что пропорционально уменьшается и изолятор, который не дает электронам двигаться.
Это одна из главных проблем микроэлектроники. Уже практически полностью освоен техпроцесс 5 нм, а компания TSMC, крупнейший производитель полупроводниковых изделий, планирует к 2021 запустить техпроцесс на 3 нм. Можно ли меньше — вопрос затруднительный, поскольку тогда в транзисторах становится все труднее управлять токами, следовательно, и обеспечить работу всей схемы.
Сюда же относится ненулевое сопротивление сток-исток. Проще говоря, у включенного транзистора также имеется небольшое тепловыделение. Как уже было сказано ранее, в масштабах нескольких миллиардов штук эти эффекты и дают температуры, с которыми вынуждены бороться пользователи.
Не стоит забывать и про небольшое сопротивление проводников, которые присутствуют на кристаллах. Они также вносят свой вклад в тепловыделение.
Зачем и как бороться с высокими температурами
Если не охлаждать транзисторы, то они просто выйдут из строя, перегорят. К счастью, спалить современные комплектующие проблематично. В процессорах предусмотрена соответствующая защита Thermal throttling, которая отключит чип при достижении определенной температуры. Видеокарты комплектуются 1–3 вентиляторами, поэтому нагреть их до критических значений будет непросто даже в стресс-тестах.
Еще один важный нюанс — высокие температуры неблагоприятно сказываются на сроке эксплуатации микроэлектроники. Однако каких-либо статистических данных об этом нет. На самом деле эффект ускоренного «старения» на фоне среднего срока службы процессора и видеокарты в 3–8 лет не оказывает ощутимого воздействия. Вы быстрее смените комплектующие на новые, чем они выйдут из строя по причине постоянной работы под высокими температурами.
Узнать о том, какая температура является нормальной для ваших комплектующих вы можете из нашего материала.
Как отводить тепло
Пассивное охлаждение. На чип устанавливается радиатор из материала с высокой теплопроводностью — алюминия или меди. Деталь рассеивает выделяемое тепло в окружающую среду. Плюс — бесшумность, но такое охлаждение не подходит для самых горячих комплектующих. Обычно радиаторы можно найти на чипсете и цепях питания материнских плат, а также планках ОЗУ. Однако выпускаются и «башни» для процессоров с невысоким TPD (выделяемая тепловая мощность).
Активное воздушное охлаждение. Совместно с радиаторами используется один или несколько вентиляторов, которые ускоряют рассеивание. Кулеры устанавливаются на большинство процессоров из среднего и топового сегмента, а также на видеокартах. Системы более эффективные по сравнению с предыдущими, но шумят и создают вибрации, а также требуют питания для вентиляторов.
Водяное охлаждение. В качестве теплоносителя используется специальная жидкость или вода, которая циркулирует по замкнутой системе. Для охлаждения самой жидкости используются все те же вентиляторы. Топовое охлаждение на рынке для самых горячих систем.
Экстремальное охлаждение. В эту категорию входят специальные башни, наполняемые жидким азотом или гелием. Используются только оверклокерами в экспериментах по разгону комплектующих. Жидкий азот имеет температуру в -195.8 градусов по Цельсию, поэтому отлично подходит для охлаждения при экстремальном разгоне.
Естественно, температуры зависят от компоновки комплектующих в системном блоке и числа вентиляторов, поэтому не стоит пытаться вместить высокопроизводительное железо в маленький «душный» корпус.
То, что компьютерные комплектующие греются во время работы, знают все, но почему именно — это для многих покрыто тайной. А ведь процессор размером меньше пластиковой карты может разогреваться не хуже сковородки на огне. Откуда же берется столько тепла?
Строительный кирпичик микроэлектроники
В основе практически всей схемотехники лежит фундаментальное изобретение — транзистор. Что же это за элемент? Для лучшего понимания проведем аналогию с окружающим миром. Все живое и неживое состоит из атомов. Это своеобразные кирпичики, из которых природа построила окружающий мир. Атомы объединяются в сложные молекулы, они в свою очередь формируют клетки. Далее идут ткани, органы и организмы.
Аналогичную параллель можно провести и в схемотехнике, только вместо атомов здесь транзисторы. Из них были созданы логические элементы (AND, OR, NOT и другие), с помощью которых люди научились оперировать «1» и «0». На базе логических элементов появились более сложные устройства — регистры, мультиплексоры, дешифраторы, АЛУ (арифметико-логическое устройство) и так далее. Следующим усложнением стали интегральные схемы (МИС — малые, СИС — средние, БИС — большие и СБИС — сверхбольшие).
Почему мы затрагиваем именно транзисторы? Вот вам интересный факт: в процессорах Ryzen Threadripper 3960X и 3970X «упакованы» целых 3,8 миллиарда транзисторов. Согласно данным с презентации Nvidia в новой GeForce RTX 3090 кристалл включает 28 миллиардов транзисторов!
Теперь представьте, что каждый из них выделяет небольшое количество тепла. В масштабах одного элемента это мизерное значение, но когда дело доходит до миллиардов, мы получаем температуры в 100 и больше градусов.
Ранее, когда число транзисторов не превышало миллиона, тепловыделение не было проблемой. Именно поэтому старые процессоры (Intel 8008, Intel 386) и видеокарты даже не комплектовались пассивным и, тем более, активным охлаждением. Однако в современных процессорах количество транзисторов неумолимо растет каждые 18 месяцев в два раза (если считать закон Мура действительным), поэтому от выделяющегося тепла никуда не деться. И его нужно отводить.
Как устроен транзистор
Транзисторы используются в микросхемах для управления электрическим током. Условно компонент можно сравнить со смесителем. Легким движением руки мы можем управлять напором воды и ее температурой. Аналогично и здесь: у транзистора есть три основных вывода: база, эмиттер и коллектор.
Для управления используется база, на которую подают небольшое напряжение и меняют выходные параметры на коллекторе. Насколько большими величинами можно управлять — все зависит от коэффициента усиления конкретного транзистора.
Если говорить о биполярных транзисторах, то в них используется три слоя проводника: PNP positive-negative-positive) или NPN (negative-positive-negative). Условно говоря, это два диода соединенные между собой конкретными сторонами.
Принцип работы транзистора достаточно простой. При подключении источника питания между коллектором и эмиттером электроны начинают скапливаться у коллектора. Однако ток не сможет идти, поскольку замыканию цепи мешает прослойка базы (обозначена красным на рисунке ниже).
При подключении небольшого напряжения между базой и эмиттером электроны начинают «насыщать» базу, и когда места не останется, оставшиеся электроны просачиваются к эмиттеру и цепь замыкается. Транзистор считается открытым.
Итог — изменениями небольшого тока база-эммитер можно усиливать и управлять током в коллектор-эммитер.
Естественно, работа в теории — это одно. На практике происходят вещи, которые и приводят к выделению тепла. Давайте рассмотрим их подробнее.
Переключения транзисторов
При работе затвор транзисторов открывается и закрывается миллиарды раз в секунду. Процесс напоминает зарядку очень маленького аккумулятора. Чтобы открыть затвор для протекания электронов, нужно зарядить этот мини-аккумулятор до определенной величины. Закрытие затвора выполняется путем «сброса» напряжения на землю.
Как раз в ходе этого сброса электрическая энергия превращается в тепловую. Естественно, чем больше переключений за единицу времени, тем горячее будет кристалл. Именно поэтому при разгоне с увеличением частоты до 6–8 ГГц оверклокеры используют жидкий азот. Транзисторы выделяют так много тепла от переключений, что другие способы их остудить просто неэффективны.
Мощность короткого замыкания
Большинство микросхем выполнены по технологии CMOS (К-МОП; комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник). Одна из особенностей этой технологии — ток никогда не попадает прямым путем на землю. Однако появляется другая проблема.
В логических элементах используются пары транзисторов, которые переключаются синхронно. Когда первый закрыт, второй открывается и наоборот. Это напоминает работу двухцветного светофора. Оба сигнала никогда не загораются одновременно и переключаются попарно.
Однако имеется небольшой промежуток времени в момент переключения обоих транзисторов. Именно в этот момент ток попадает на землю. Каким бы быстрым не было переключение, избавиться от переходного момента невозможно физически. Как и в предыдущем случае, количество тепловой энергии зависит от скорости переключения, но в данном варианте уже логических элементов.
Именно по этим причинам увеличение частоты процессора, видеокарты или ОЗУ приводит к наиболее ощутимому тепловыделению.
Ток утечки и ненулевое сопротивление сток-исток
Многие считают, что в выключенном состоянии техника не потребляет никакой мощности. Относительно транзисторов это не так, поскольку даже в выключенном состоянии небольшое количество тока будет протекать. Уменьшение размера транзисторов приводит к тому, что пропорционально уменьшается и изолятор, который не дает электронам двигаться.
Это одна из главных проблем микроэлектроники. Уже практически полностью освоен техпроцесс 5 нм, а компания TSMC, крупнейший производитель полупроводниковых изделий, планирует к 2021 запустить техпроцесс на 3 нм. Можно ли меньше — вопрос затруднительный, поскольку тогда в транзисторах становится все труднее управлять токами, следовательно, и обеспечить работу всей схемы.
Сюда же относится ненулевое сопротивление сток-исток. Проще говоря, у включенного транзистора также имеется небольшое тепловыделение. Как уже было сказано ранее, в масштабах нескольких миллиардов штук эти эффекты и дают температуры, с которыми вынуждены бороться пользователи.
Не стоит забывать и про небольшое сопротивление проводников, которые присутствуют на кристаллах. Они также вносят свой вклад в тепловыделение.
Зачем и как бороться с высокими температурами
Если не охлаждать транзисторы, то они просто выйдут из строя, перегорят. К счастью, спалить современные комплектующие проблематично. В процессорах предусмотрена соответствующая защита Thermal throttling, которая отключит чип при достижении определенной температуры. Видеокарты комплектуются 1–3 вентиляторами, поэтому нагреть их до критических значений будет непросто даже в стресс-тестах.
Еще один важный нюанс — высокие температуры неблагоприятно сказываются на сроке эксплуатации микроэлектроники. Однако каких-либо статистических данных об этом нет. На самом деле эффект ускоренного «старения» на фоне среднего срока службы процессора и видеокарты в 3–8 лет не оказывает ощутимого воздействия. Вы быстрее смените комплектующие на новые, чем они выйдут из строя по причине постоянной работы под высокими температурами.
Узнать о том, какая температура является нормальной для ваших комплектующих вы можете из нашего материала.
Как отводить тепло
Пассивное охлаждение. На чип устанавливается радиатор из материала с высокой теплопроводностью — алюминия или меди. Деталь рассеивает выделяемое тепло в окружающую среду. Плюс — бесшумность, но такое охлаждение не подходит для самых горячих комплектующих. Обычно радиаторы можно найти на чипсете и цепях питания материнских плат, а также планках ОЗУ. Однако выпускаются и «башни» для процессоров с невысоким TPD (выделяемая тепловая мощность).
Активное воздушное охлаждение. Совместно с радиаторами используется один или несколько вентиляторов, которые ускоряют рассеивание. Кулеры устанавливаются на большинство процессоров из среднего и топового сегмента, а также на видеокартах. Системы более эффективные по сравнению с предыдущими, но шумят и создают вибрации, а также требуют питания для вентиляторов.
Водяное охлаждение. В качестве теплоносителя используется специальная жидкость или вода, которая циркулирует по замкнутой системе. Для охлаждения самой жидкости используются все те же вентиляторы. Топовое охлаждение на рынке для самых горячих систем.
Экстремальное охлаждение. В эту категорию входят специальные башни, наполняемые жидким азотом или гелием. Используются только оверклокерами в экспериментах по разгону комплектующих. Жидкий азот имеет температуру в -195.8 градусов по Цельсию, поэтому отлично подходит для охлаждения при экстремальном разгоне.
Естественно, температуры зависят от компоновки комплектующих в системном блоке и числа вентиляторов, поэтому не стоит пытаться вместить высокопроизводительное железо в маленький «душный» корпус.
Читайте также: