2.1.3 Фреоновые установки

Холодильная установка, испаритель которой установлен непосредственно на охлаждаемый компонент. Такие системы позволяют получить отрицательные температуры на охлаждаемом компоненте при непрерывной работе, что необходимо для экстремального разгона процессоров.

Недостатки:

Необходимость теплоизоляции холодной части системы и борьбы с конденсатом

Трудности охлаждения нескольких компонентов

Повышенное электропотребление

Сложность и дороговизна

2.1.4 Ватерчиллеры

Системы, совмещающие системы жидкостного охлаждения и фреоновые установки. В таких системах антифриз, циркулирующий в системе жидкостного охлаждения, охлаждается с помощью фреоновой установки в теплообменнике. Данные системы позволяют использовать отрицательные температуры, достижимые с помощью фреоновых установок для охлаждения нескольких компонентов (в обычных фреонках охлаждение нескольких компонентов затруднено). К недостаткам таких систем относится большая их сложность и стоимость, а также необходимость теплоизоляции всей системы жидкостного охлаждения.

2.1.5 Системы открытого испарения

Установки, в которых в качестве хладагента используется сухой лёд, жидкий азот или гелий, испаряющийся в специальной открытой ёмкости, установленной непосредственно на охлаждаемом элементе. Используются в основном компьютерными энтузиастами для экстремального разгона аппаратуры («оверклокинга»). Позволяют получать наиболее низкие температуры, но имеют ограниченное время работы (требуют постоянного пополнения стакана хладагентом).

2.1.6 Системы каскадного охлаждения

Две и более последовательно включенных фреоновых установок. Для получения более низких температур требуется использовать фреон с более низкой температурой кипения. В однокаскадной холодильной машине в этом случае требуется повышать рабочее давление за счет применения более мощных компрессоров. Альтернативный путь - охлаждение радиатора установки другой фреонкой (т. е. их последовательное включение), за счет чего снижается рабочее давление в системе и становится возможным применение обычных компрессоров. Каскадные системы позволяют получать гораздо более низкие температуры, чем однокаскадные и, в отличие от систем открытого испарения, могут работать непрерывно. Однако, они являются и наиболее сложными в изготовлении и наладке.

2.1.7 Системы с элементами Пельтье

Элемент Пельтье для охлаждения компьютерных компонентов никогда не применяется самостоятельно из-за необходимости охлаждения его горячей поверхности. Как правило, элемент Пельтье устанавливается на охлаждаемый компонент, а другую его поверхность охлаждают с помощью другой системы охлаждения (обычно воздушной или жидкостной). Так как компонент может охлаждаться до температур ниже температуры окружающего воздуха, необходимо применять меры по борьбе с конденсатом. По сравнению с фреоновыми установками элементы Пельтье компактнее и не создают шум и вибрацию, но заметно менее эффективны.

2.2 Проблемы охлаждения видеокарт

Уже долгое время наиболее «прожорливым» элементом ПК являются не центральные процессоры, а видеокарты топовых моделей. Их энергопотребление достигает сотен ватт! Рассеять такое количество тепловой энергии относительно компактной системой охлаждения очень сложно. Именно поэтому при запуске ресурсоемкого 3D приложения мощные графические ускорители заявляют о своем присутствии в системном блоке пронзительным воем, издаваемым кулерами.

Разумеется, многие производители видеокарт стараются оснастить свои продукты эффективными системами охлаждения с невысоким уровнем шума. Такие решения, как правило, заметно сказываются на конечной стоимости продукта - видеокулеры верхнего ценового диапазона уже давно догнали по стоимости своих «центрально-процессорных» собратьев.

В случае оснащения платы стандартным кулером очень часто возникает желание сменить его на что-то более тихое и эффективное. Но если его процессорный кулер охлаждает лишь CPU, то система охлаждения (СО) видеокарты должна отводить тепло еще и от микросхем памяти, а также силовых элементов системы питания. Ситуацию усугубляет сильное ограничение массо-габаритных показателей для видеокулеров.

Кроме того, стоит отметить разное расположение крепежных отверстий и изобилие сильно отличающихся друг от друга систем питания не только для разных моделей карт, но и для одних и тех же. Многие производители выпускают видеокарты нестандартного дизайна печатной платы. В совокупности все это приводит к невозможности создать универсальную систему охлаждения. Именно поэтому такие модели видеокулеров, как Zalman VF3000, отличаются списком совместимости (в зависимости от него в конце наименования продукта ставится соответствующий буквенный индекс) и сравнительно высокой ценой.

Аналогичная ситуация наблюдается и у других производителей или моделей. Другими словами, замена штатной системы охлаждения видеокарты на другую, выпускаемую серийно, может оказаться не только затратной, но и невозможной для некоторых случаев (преимущественно для видеокарт с двумя GPU).

На данный момент ассортимент видеокулеров очень сильно уступает процессорным. Ситуацию усугубляет узкая совместимость мощных систем охлаждения с видеокартами по крепежу. В комплекте с СО видеокарт, как правило, прилагаются крепежные элементы для относительно небольшого количества моделей. В результате выбор покупателя сводится буквально к одной-двум моделям, доступным в продаже.

При разработке новых систем охлаждения графических ускорителей инженеры наступают на грабли, которые сами себе и подложили под ноги при проектировании видеокарт: слишком большое количество разных типоразмеров между крепежными отверстиями возле GPU и отсутствие каких-либо стандартов на охлаждение микросхем памяти и системы питания сильно усложняет процесс создания универсальной СО.

В результате некий гипотетически существующий видеокулер, который можно установить на разные модели, должен оснащаться излишне большим количеством не только крепежных элементов, но и радиаторов для силовых элементов питания. Вызывает недоумение столь долгое отсутствие стандарта расположения крепежных отверстий на месте системы питания карты. Без них очень сложно закрепить радиатор с требуемой площадью поверхности. Нехватка последней компенсируется либо повышенным обдувом, что сильно увеличивает шумность, либо вынуждает делать радиатор цельным по принципу «full-cover», что еще сильнее ограничивает универсальность системы охлаждения и вызывает необходимость применения толстых термопрокладок, значительно снижающих эффективность теплоотдачи.

Опытные оверклокеры, не желающие тратиться на довольно дорогую серийную систему охлаждения видеокарты, которую еще нужно найти в комплекте с необходимым крепежом, устанавливают на ядро карты относительно недорогой кулер от центрального процессора (может подойти и кулер из BOX-комплекта или оставшийся не у дел после апгрейда). На микросхемы памяти и элементы питания подойдут небольшие радиаторы, продающиеся в наборах.

К сожалению, этот вариант сегодня не является легко доступным из-за размеров и конструкции современных кулеров. К преимуществам такого подхода следует отнести достаточно высокую эффективность и низкую стоимость. К недостаткам - громоздкость процессорных кулеров, сложность выполнения крепежа, проблематичность охлаждения силовых элементов системы питания карты.

3. Тестирование температуры графического процессора

3.1 Тестируемые устройства

Решено попробовать установить три модели процессорных кулеров на несколько разных видеокарт.

Системы охлаждения:

· Zalman CPNS-7000AlCu;

· Боксовый кулер от процессора Intel Q6600;

· Scythe Samurai ZZ;

· Arctic Cooling Accelero XTREME Plus.

Видеокарты:

· Gainward GeForce GTX 550 TiGS@ 1000/4400 МГц;

· Inno3D GeForce GTX 460@ 850/4400 МГц;

· Inno3D GeForce GTX 480 iChiLL@ 805/4400 МГц.

По типу крепежа процессорные кулеры можно разделить на две категории: использующие backplate (устанавливается с тыловой стороны материнской платы) с болтами или разного рода защелки, крепящиеся к пластиковой рамке материнской платы или посредством отверстий в последней.

Кулеры болтового типа оснащаются разными крепежными элементами для каждого поддерживаемого процессорного разъема - это может упростить задачу монтажа такой системы охлаждения на видеокарту.

Кулеры на защелках проще всего поставить на карту, предварительно просверлив в их днище в нужных местах отверстия или применив длинные шпильки с резьбой. Далее с помощью саморезов выполняется резьба, а непосредственно при монтаже под шляпки винтов (или тех же саморезов) устанавливаются упругие прокладки и шайбы. При этом конструкция радиатора таких СО может сильно различаться - в некоторых случаях проще всего вкрутить четыре шурупа требуемой длины в межреберное пространство. Выделить какую-либо конструкцию, установка которой на видеокарту была бы проще других невозможно - все зависит от конкретного случая.

3.2 Методика тестирования температуры процессора

Перед тестированием для каждого из процессорных кулеров изготавливался и испытывался на надежность крепеж подо все видеокарты, на которые можно было установить данную СО. Далее выполнялась примерка видеокарты с модернизированной системой охлаждения сперва на открытом стенде, а затем, если проблем выявлено не было, в собранном ПК.

Во всех случаях (включая тестирование «стоковых» систем охлаждения) применялась термопаста КПТ-8 производства ОАО «Химтек». С обратной стороны платы устанавливались две термопары от цифровых мультиметров DT-838: ТП1 возле центра ядра и ТП2 в районе системы питания карты.

Рисунок 1 - Цифровые мультиметры DT-838

Монтаж термопары выполнялся следующим образом: в нужном месте наклеивался кусочек двустороннего термоскотча, на него наносилась капля термопасты, в нее погружался сам датчик и закреплялся сверху полоской обычного канцелярского скотча. Для обеспечения неподвижности термопар в момент снятия или установки СО провода закреплялись на видеокартах через угловые отверстия в плате с помощью изолированной проволочной скрутки. Установленные термопары оставались неподвижными до тех пор, пока карта не была полностью протестирована с каждой системой охлаждения.

Рисунок 2 - Места установки термодатчиков на видеокарты GTX 550, GTX 460 и GTX 480

Возле ядер видеокарт всегда устанавливалась одна и та же термопара, подключенная к одному и тому же мультиметру. Другими словами, связки «место установки - термопара - мультиметр» оставались неизменными для всех вариантов.

Тестирование выполнялось на стенде, собранном в корпусе Chieftec BH-01B-B-B с открытой боковой стенкой при температуре воздуха в помещении 28 °С. Видеокарты прогревались программой MSI Kombustor, основанной на программной коде Furmark, при полноэкранном режиме с разрешением 1920х1200 и сглаживании 16x MSAA. Значения температур фиксировались после того, как в течение десяти минут не происходило никаких изменений показаний.

Контроль температур осуществлялся программами MSI Kombustor и MSI Afterburner, а также цифровыми мультиметрами DT-838. С учетом погрешности мультиметров и не высокого качества термопар, к температурным показателям ТП1 и ТП2 следует относиться как к ориентировочным. Больший интерес будет представлять относительная разница между вариантами систем охлаждения.

По окончании тестирования каждой системы охлаждения она демонтировалась и производился контроль формы отпечатка термопасты - это важный показатель хорошего теплового контакта между поверхностью GPU и низом радиатора.

Уровень шума замерялся шумомером AR814. С учетом его погрешности в 1.5 дБ (в диапазоне от 30 дБ) полученные данные являются ориентировочными, как и в случае с температурными данными. Замер шумности системы охлаждения видеокарт производился с предварительной остановкой вентилятора процессорного кулера. Дополнительные два вентилятора типоразмерами 120х120х25 и 92х92х25 мм работали от напряжения +5 В и хоть сколько-нибудь значительного влияния не оказывали.

GeForce GTX 480 при тестировании со штатной системой охлаждения («full-cover» ватерблок) охлаждалась с помощью помпы-фонтана ViaAqua электрической мощностью 33 Вт (1800 л/ч) и радиатора-печи от ГАЗ 3110, продуваемого двумя вентиляторами типоразмера 120х120х25 мм, работающими при напряжении +7 В.

Воздушные системы охлаждения тестировались в двух режимах:

· Для «стоковых» кулеров скорость вращения вентилятора «авто»; для процессорных с помощью Zalman Fan Mate выставлялся комфортный уровень шума (чтобы СО видеокарты своим шумом не выделялась на фоне всей системы в целом).

· Для «стоковых» кулеров с помощью программы MSI AfterBurner скорость вращения вентилятора устанавливалась на уровне 100%, для процессорных тоже самое выполнялось с помощью Zalman Fan Mate.

3.3 Установка процессорных кулеров на видеокарты

Для установки процессорного кулера на видеокарту обычно применяют болты или шурупы - все зависит от конструкции радиатора. Из инструментов и материалов могут понадобиться: плоскогубцы, отвертка, кусачки, медная проволока диаметром около 1 мм, упругие прокладки (например, сантехнические для бытовых водосмесителей, то есть для обычных кранов), «болгарка» с диском по металлу. Могут пригодиться даже сварочный аппарат и токарный станок - настоящий оверклокер не остановится ни перед чем.

Рисунок 3 - Zalman CPNS 7000AlCu

Ранее этот кулер долгое время эксплуатировался в нештатных режимах, в результате чего его основная крепежная планка пришла в негодность - пришлось изготавливать новую.

Проще всего использовать медную проволоку диаметром 0,8 или 1 мм, четыре болта диаметром 2,5 или 3 мм (длина не менее 15-25 мм), соответствующие гайки, шайбы и несколько резиновых упругих прокладок.

С помощью плоскогубец и кусачек изготавливаем вот такую деталь:

Рисунок 4 - Детали для крепления видеокарт

Для большей надежности в месте скрутки проволоку можно зачистить и после изготовления детали запаять. Но в процессе тестирования недостаточной прочности такого исполнения выявлено не было.

Далее примеряем кулер к видеокарте и выполняем вторую петельку со второй стороны проволоки так, чтобы продетые впоследствии сквозь петельки болтики попали в нужные отверстия вокруг GPU. Не забываем о шайбах, которые нужно установить под шляпки болтов. С обратной стороны карты устанавливаем резиновые прокладки, поверх них снова шайбы, затем гайки и аккуратно затягиваем. Не переусердствуйте. Болты нужно затягивать поочередно по 1-2 оборота, чтобы не допустить перекоса.

Рисунок 5 - GeForce GTX 550 с установленным кулером

Рисунок 6 - Видеокарта на открытом стенде

Радиатор Zalman 7000AlCu своими ребрами перекрывает контакты видеокарты, которыми она устанавливается в слот PCI-E. Аккуратно подгибаем:

Рисунок 7 - Видеокарта на открытом стенде

Этот же кулер аналогичным образом устанавливался на GTX 460.

Рисунок 8 - Zalman 7000AlCu на видеокарте GTX 460

Видеокарта без проблем установилась на открытом стенде (равно как и впоследствии на тестовом ПК):

Рисунок 9 - Видеокарта на открытом стенде

Рисунок 10 - Zalman 7000AlCu на видеокарте GTX 480

Видеокарта с этим кулером легко установилась в примерочный стенд:

Рисунок 11 - Видеокарта на открытом стенде

Но результатов тестирования на сводных диаграммах связки GTX 480 + Zalman 7000AlCu вы не увидите - через три минуты работы MSI Kombustor температура ядра достигала 100 °С и тестирование было прервано.

Боксовый кулер от Intel Q6600

Кулер от Intel Q6600 установить на видеокарту без доработки не получится - мешают крепежные элементы, предназначенные для установки на LGA 775.

Рисунок 12 - Боксовый кулер от Intel Q6600

Проблема легко решается «болгаркой»:

Рисунок 13 - Боксовый кулер от Intel Q6600 доработанный болгаркой

Укладываем в штрабу проволоку и затягиваем. Она нужна для того, чтобы впоследствии при закручивании шурупов ребра радиатора не разошлись в стороны слишком сильно, а сами шурупы не выскочили в стороны.

Этот кулер вначале был установлен на GTX 460:

Рисунок 14 - Intel Q6600 на видеокарта GTX 460

Рисунок 15 - Видеокарта на открытом стенде

К моменту тестирования GTX 550 Ti были куплены четыре шурупа длиной 40 мм - это как раз то, что нужно для установки такого кулера.

Рисунок 16 -Крепление кулера Intel Q6600 на видеокарте GTX 550

Рисунок 17 - Кулер Intel Q6600 на видеокарте GTX 550

Рисунок 18 - Видеокарта на открытом стенде

Боксовый кулер Intel Q6600 на GTX 480 не устанавливался - нет смысла.

Scythe Samurai ZZ

Некоторую сложность вызвала установка процессорного кулера Scythe Samurai ZZ. На GeForce GTX 550 Ti он не уместился физически (нижняя пластина с тепловыми трубками перекрывала отверстия возле GPU), а для его установки на GTX 480 и GTX 460 пришлось изготавливать сразу два проволочных крепежных элемента, причем один из них П-образный. Его удалось подогнать по размеру только с третьего раза.

Вот так этот крепеж выглядел для GTX 460:

Рисунок 19 - Крепеж кулера Scythe Samurai ZZ на видеокарте GTX 460

Рисунок 20 - Крепеж кулер Scythe Samurai ZZ на видеокарте GTX 480

Рисунок 21 - Кулер Scythe Samurai ZZ на видеокарте GTX 480

Рисунок 22 - Видеокарта на открытом стенде

Кулер громоздкий - он закрывает практически все слоты материнской платы. Даже последний слот PCI частично перекрыт.

Рисунок 23 - Кулер Scythe Samurai ZZ на видеокарте GTX 480

Рисунок 24 - Видеокарта на открытом стенде

При таком варианте особенно важно затягивать гайки постепенно, поочередно. Нельзя допустить перекос или излишнее усилие.

Во время тестирования такого варианта система охлаждения карты была доукомплектована вентилятором 80х80х25 мм, подключенным к +7 В и направленным на обдув системы питания.

Контрольным участником тестирования стал видеокулер верхнего ценового диапазона Accelero Xtreme Plus:

Рисунок 25 - Кулер Accelero Xtreme Plus

С помощью отдельно прилагаемого комплекта крепежа и радиаторов для системы питания система охлаждения GTX480 была модернизирована следующим образом:

Рисунок 26 - Кулер Accelero Xtreme Plus на видеокарте GTX 480

Установка видеокарты с серийно выпускаемым видеокулером никаких проблем вызвать не должна:

Рисунок 27 - Видеокарта на открытом стенде

Рисунок 28 - Кулер Accelero Xtreme Plus на видеокарте GTX 460

Никаких проблем при установке карты в стенд не возникло.

3.4 Результаты тестирования видеокарт

Условные обозначения температур:

1 GPU - показания встроенного в GPU термодатчика, данные приняты по отчету MSI Kombustor.

2 PCB (только для GeForce GTX 480) - показания расположенного на плате термодатчика, данные приняты по отчету MSI Kombustor.

3 ТП1 - показания мультиметра DT-838, полученные при помощи термопары, расположенной в области GPU платы.

4 ТП2 - показания мультиметра DT-838, полученные при помощи термопары, расположенной в области системы питания платы.

Рисунок 29 - Результаты тестирования видеокарты GeForce GTX 550 Ti

Рисунок 30 - Результаты тестирования видеокарты GeForce GTX 460

Бесспорным победителем тестирования становится водяное охлаждение в виде «full-cover» ватерблока. Второе место занимает Accelero Xtreme Plus - он смог обойти даже пусть не топовый, но все же современный процессорный кулер на тепловых трубках Scythe Samurai ZZ. Процессорные кулеры прошлых поколений, а именно Zalman CPNS-7000AlCu и боксовый кулер Intel Q6600, не в состоянии тягаться с воздушным фаворитом, и только лишь на фоне штатных кулеров не самых горячих видеокарт выглядят более-менее уверенно.

Рисунок 31 - Результаты тестирования видеокарты GeForce GTX 480

Уровень нагрева видеокарт со штатной системой охлаждения является высоким, что в условиях летней жары может помешать разгону и/или обусловить необходимость работы вентилятора видеокулера на высоких оборотах - в таких условиях сильный шум неизбежен. Исключением являются случаи изначального оснащения видеокарты «full-cover» водоблоком или топовыми моделями воздушных кулеров.

Результаты тестирования СО видеокарт в очередной раз ярко продемонстрировали необходимость охлаждения силовых элементов питания - во всех тестах их температура либо была близкой к температуре GPU, либо заметно превышала ее. При этом в ряде случаев производители видеокарт не устанавливают вообще никакого охлаждения на эти элементы. И, как бы это ни странно звучало, правильно делают.

В случае установки небольших радиаторов на силовые элементы питания «узким местом» может стать недостаточно хорошая теплопроводность двустороннего термоскотча. В ряде тестов установка радиаторов вызвала повышение температуры по показаниям термопары ТП2 (GTX 460). Но и оставлять элементы системы питания «голыми» - не лучший вариант. При модернизации охлаждения системы питания видеокарты необходимо применение качественного термоинтерфейса, радиаторов с достаточной площади поверхности и дополнительного обдува. В противном случае можно получить отрицательный эффект, который наглядно виден в результатах тестирования GTX 460, либо отсутствие какого-либо эффекта вообще, что продемонстрировали тесты GTX 550.

Скажу больше, конструкция топовых видеокулеров не позволяет установить крупные радиаторы - даже у воздушного фаворита в лице Accelero Xtreme Plus имеются трудности с охлаждением мощной системы питания GeForce GTX480.

В завершение тестирования рассмотрим результаты замеров шумности систем охлаждения:

Победителем теста становится водяное охлаждение «full-cover» ватерблоком. Уровень шума для такого варианта охлаждения замерялся на расстоянии 1 м от двух тихоходных вентиляторов 120х120х25 мм, продувающих радиатор системы охлаждения.

Второе место, как и в случае теста температур, занимает Accelero Xtreme Plus. А старенькие процессорные СО снова неплохо смотрятся только лишь на фоне воющих штатных систем охлаждения. Scythe Samurai ZZ уверенно держится на средних позициях.

Рисунок 32 - Результаты тестирования видеокарты на шумность систем охлаждения

Что ж, уровень шума как штатных видеокулеров, так и процессорных, при пониженных оборотах можно охарактеризовать как приемлемый. На максимуме все эти системы сильно выделяются на фоне общего шума ПК. Шумность довольно тихого Zalman CPNS-7000AlCu объясняется возрастом и состоянием данного экземпляра.

Исходя из результатов проведенных исследований решено на рабочих компьютерах маркетингового отдела заменить штатную систему охлаждения на Accelero Xtreme Plus.

Что бы убедиться в правильности выбранного решения необходимо оценить эффективность разработанного решения.