Главная страницаОбратная связьКарта сайта

Модификации: охлаждение ПК

Модификации:  охлаждение

Охлаждение

В компьютерах с быстродействующими процессорами могут возникать серьезные проблемы, связанные с перегревом микросхем. Более быстродействующие процессоры потребляют большую мощность и, соответственно, выделяют больше тепла. Для отвода тепла необходимо принимать дополнительные меры, поскольку встроенного вентилятора может оказаться недостаточно.

Теплоотводы

Для охлаждения процессора нужно приобрести дополнительный теплоотвод. В некоторых случаях может потребоваться нестандартный радиатор с большей площадью поверхности (т.е. с удлиненными ребрами).

Теплоотвод напоминает радиаторную решетку в машине, необходимую для отвода от двигателя избыточного тепла. Аналогичным образом радиатор помогает процессору избавиться от тепла, которое затем выводится за пределы системного корпуса. Радиатор создан на основе теплового проводника (обычно металлического) для переноса тепла с процессора на ребра радиатора, имеющие большую охладительную поверхность. Как и в автомобиле, эффективность радиатора зависит от воздушного потока, без которого он не сможет отводить избыточное тепло. Для защиты от перегрева за радиатором автомобиля размещен вентилятор. Точно так же в корпусе ПК установлен вентилятор, обдувающий радиатор и выводящий тепло за пределы корпуса. В некоторых системах вполне достаточно вентилятора блока питания и специального радиатора; тем не менее в большинстве случаев для дополнительного охлаждения над радиатором процессора устанавливается свой вентилятор. Во многих системах за передней панелью корпуса установлен еще один вентилятор, выводящий горячий воздух из системы и засасывающий прохладный воздух извне корпуса.

Радиаторы могут быть прижатыми к микросхеме или приклеенными к ее корпусу. В первом случае для улучшения теплового контакта между радиатором и корпусом микросхемы их поверхности следует смазать специальной термопастой. Она заполнит воздушный зазор, что улучшит передачу тепла. На рис. 21.8 показаны способы соединения радиатора и процессора.


Рис. 21.8. Пассивные радиаторы прикрепляются к процессору несколькими способами

Совет

Согласно данным компании Intel зажимы радиаторов занимают второе место в списке причин выхода из строя системных плат (на первом месте находятся отвертки). При установке или снятии радиатора будьте осторожны и не поцарапайте поверхность системной платы. Как правило, зажим закрепляется на специальном пластиковом выступе гнезда процессора, поэтому установка или снятие зажима часто приводит к повреждению поверхности системной платы под этим выступом. Имеет смысл разместить под выступом тонкую пластиковую подложку, особенно если в этом месте проходят контактные дорожки системной платы.

Эффективность радиаторов определяется отношением температуры радиатора к рассеиваемой мощности. Чем меньше это отношение, тем выше эффективность рассеивания тепла.

Активные теплоотводы

Для повышения эффективности радиатора в него встраивают вентиляторы. Такие радиаторы называются активными (рис. 21.9). Разъем питания вентилятора похож на обычный разъем питания накопителя, но в последнее время выпускаются радиаторы с вентилятором, который подключается к системной плате.

Разъем Socket 478 оснащен двумя крепежными скобами. При этом обеспечивается очень надежное крепление, что позволяет переносить системный блок даже после установки тяжелых радиаторов. Кроме того, благодаря сильному нажиму обеспечивается хороший контакт между термоинтерфейсом, нанесенным на радиатор, и процессором.

На рис. 21.10 представлена схема системы охлаждения процессоров для гнезд Socket AM2, 930, 939 и 754. Здесь используется механизм крепления, подобный механизму активного радиатора разъема Socket 478, но фиксирующая защелка распложена только с одной стороны. Для предотвращения деформации системной платы с другой ее стороны напротив процессорного гнезда закреплена пластина с крепежной рамкой, в которую вставляется радиатор. Как правило, крепежная рамка и задняя пластина поставляются уже установленными на системную плату, а активный радиатор — вместе с процессором.

Совет

Подключать вентилятор к разъему на системной плате рекомендуется потому, что BIOS многих современных плат позволяет отображать данные о количестве оборотов вентилятора и температуре процессора с помощью специальных диагностических программ. Некоторые процессоры, особенно старые версии Athlon, могут перегореть буквально за несколько секунд при выходе из строя вентилятора, поэтому подобные программы помогут избежать катастрофы.


Рис. 21.10. Активный радиатор, предназначенный для охлаждения процессоров Athlon 64, Athlon 64 FX и Opteron. Подходит для процессоров, устанавливаемых в разъемы Socket 754, Socket 939 и Socket 940

В активных радиаторах используется вентилятор или какое-либо другое устройство охлаждения, для работы которого необходима электрическая энергия. Активные радиаторы обычно подключаются к специальному разъему питания, расположенному на системной плате (а в системах более ранних версий — к разъему питания дисковода). При использовании радиаторов с вентилятором не забывайте о том, что зачастую эти вентиляторы являются дешевыми устройствами весьма низкого качества. Например, в вентиляторах часто используется электрический двигатель с подшипниками, срок службы которых крайне непродолжителен. Я рекомендую приобретать только вентиляторы с электродвигателями на шарикоподшипниках, которые служат примерно в 10 раз дольше, чем подшипники скольжения (или подшипники втулочного типа). Конечно, подобные вентиляторы почти в два раза дороже, но их применение в конечном итоге приводит к ощутимой экономии.

Новые вентиляторы оснащены 4-контактным разъемом, в отличие от 3-х контактов стандартных; 4-й контакт используется для управления скоростью вращения. Они известны как вентиляторы с импульсной модуляцией, поскольку используют импульсный сигнал, подаваемый материнской платой для точного указания скорости вращения в большом диапазоне. Стандартные трехпроводные вентиляторы имели внутренние термические сопротивления (термисторы), управляющие скоростью вращения. Они, как правило, обеспечивали переключение между двумя скоростями. При использовании импульсной модуляции материнская плата может отслеживать температуру системы и процессора и соответствующим образом плавно регулировать скорость вращения вентилятора.

Теплоотводы, предназначенные для гнезд LGA775, обычно содержат пластиковые защелки, вставляемые в отверстия на материнской плате. Для установки такого теплоотвода нужно отклонить защелки в сторону, противоположную направлению стрелки, а затем нажать на верхнюю часть, пока защелки не зафиксируются в отверстиях материнской платы. Для снятия такого теплоотвода нужно открыть винты, находящиеся под стрелками, и провернуть их в направлении стрелок. По мере вращения защелка будет плавно выходить из отверстия на материнской плате. На рис. 21.11 показан активный теплоотвод, предназначенный для охлаждения процессоров для гнезд LGA775; универсальность обеспечивается за счет поставки в комплекте крепежных рамок для разных процессорных гнезд.



Рис. 21.11. Теплоотвод боксированного процессора для гнезда LGA775 с защелками и четырехпровод-ным вентилятором

В связи с большим разнообразием быстродействия и гнезд для установки современных процессоров вам придется выбирать совместимую модель теплоотвода. Производительность теплоотвода, необходимого для конкретного процессора, зависит от двух основных величин: максимально допустимой температуры корпуса и максимальной выходной мощности. В следующем разделе будут продемонстрированы вычисления необходимого максимального теплового сопротивления. Всегда можно установить теплоотвод с более низким тепловым сопро­тивлением, что только улучшит охлаждение. В то же время нельзя устанавливать теплоотвод с более высоким тепловым сопротивлением, чем того требует процессор.

Так называемые коробочные” версии процессоров Intel и AMD или процессоры, поступающие в розничную продажу, включают в себя высококачественные активные радиаторы, предназначенные для работы в максимально неблагоприятных условиях. Это одна из основных причин, по которым я склонен приобретать процессоры коробочных” версий, — наличие надежных радиаторов, предназначенных для охлаждения процессора при самых неблагоприятных внешних условиях, что обеспечивает долгую жизнь” компьютера.

При покупке OEM-версии процессора без теплоотвода будьте готовы выложить дополнительно 25-60 долларов за активный радиатор высокого класса; некоторые уникальные модели могут стоить еще дороже. Обычно пользователи, планирующие разгонять системы, приобретают высококачественные системы охлаждения в надежде, что на этот раз дополнительные затраты себя окупят.

Пассивные теплоотводы представляют собой реберные алюминиевые радиаторы, принимающие поток воздуха, который поступает из внешнего источника (рис. 21.12). Условием хорошей работы пассивного радиатора является воздушный поток, огибающий ребра или пластины радиатора. Источником воздуха чаще всего служит вентилятор, встроенный в системный блок. Для повышения его эффективности обычно применяется специальная трубка, используемая для направления воздушного потока непосредственно через ребра радиатора. Интегрирование пассивного радиатора — занятие довольно сложное, поскольку необходимо обеспечить постоянный приток воздуха, поступающего из какого-либо внешнего источника. Следует заметить, что при соответствующем исполнении пассивный радиатор может оказаться довольно эффективным и рентабельным. Поэтому во многих фирменных системах, к числу которых относятся компьютеры Dell и Gateway, часто используются пассивные радиаторы с туннельным вентилятором. Системам, собираемым отдельными пользователями или специалистами небольших компаний, не имеющими возможности разработать нестандартную схему пассивного охлаждения, приходится полагаться на активные радиаторы со встроенными вентиляторами. Активные радиаторы обеспечивают надежное принудительное охлаждение процессора независимо от схемы движения воздушных потоков, используемой в данной системе.

Уникальные теплоотводы

Существует большой рынок так называемых уникальных” теплоотводов, форму и конструкцию которых можно отнести к произведениям индустриального искусства. Эти причудливые теплоотводы очень популярны в среде любителей разгона компьютерных систем, а также среди тех, кто склонен к совершенству во всем.

Я склоняю голову перед привлекательным внешним видом таких устройств, однако, будучи инженером, в первую очередь, я обращаю внимание на технические характеристики. Сразу скажу, что большинство уникальных теплоотводов обладают превосходными термальными качествами; реальный уровень их производительности редко отражается в документации, что делает сравнение сложной задачей. По этой причине основным ориентиром для многих покупателей становится цена. Среди недостатков уникальных теплоотводов, которые мне доводилось встречать в розничной торговле, отмечу следующие.

■     Размер. Обычно они очень громоздкие, а их формы могут подойти далеко не для каждой материнской платы или корпуса.

■     Вес. Часто вес уникальных теплоотводов превосходит рекомендуемое максимальное значение, что потенциально может привести к повреждению материнской платы и/или гнезда процессора при перемещении системы.


Рис. 21.12. Пассивный теплоотвод и его крепления, используемые с процессорами Pentium II/ III-SECC

■     Подключение. Часто для установки таких теплоотводов используется сложная система креплений; обычно для этого требуется демонтировать материнскую плату.

■     Воздушные потоки. Часто они не обеспечивают всесторонний обдув, необходимый для охлаждения регуляторов напряжения и микросхемы северного моста.

■     Документация. Часто фактическая информация об измеренной термальной производительности таких теплоотводов отсутствует в документации.

■     Стоимость. Как правило, уникальные теплоотводы стоят во много раз дороже обычных.

Пожалуй, наибольшей проблемой все же является недостаток технической документации. Главной спецификацией теплоотводов является термическое сопротивление, выраженное в градусах Цельсия на ватт. Чем ниже этот показатель, тем выше производительность. К сожалению, в технических характеристиках большинства уникальных теплоотводов именно этот показатель отсутствует. Не зная тепловое сопротивление, невозможно сравнить производительность разных моделей теплоотводов.

Усилие прикрепления радиатора

В корпусе FC-PGA, используемом в современных процессорах, необработанный кристалл процессора устанавливается в перевернутом виде на верхней части микросхемы, благодаря чему этот корпус и получил свое название перевернутый кристалл” (flip-chip). Производство процессора методом перевернутого кристалла дает возможность устанавливать радиатор непосредственно на кристалл, что позволяет максимально отводить тепло от работающего процессора.

Одной из основных проблем является превышение или неравномерное распределение усилия, прилагаемого при установке радиатора. В соответствии со спецификациями Intel средняя допустимая нагрузка, возникающая при установке радиатора на кристалл процессора, не должна превышать 20 фунтов (около 8 кг). В то же время пружинные зажимы, используемые в системах AMD (Athlon, Duron и Athlon XP) для фиксации радиатора, имеют более высокое усилие прижима, равное 30 фунтам (примерно 12 кг). Очень часто это приводит к повреждению процессора непосредственно при установке радиатора. Причиной более высокой статической нагрузки на микросхемы AMD является стремление обеспечить более высокую теплопередачу, поскольку процессоры AMD нагреваются во время работы до более высокой температуры, чем микросхемы Intel. Кристалл процессора выступает над поверхностью микросхемы, поэтому установленный радиатор контактирует непосредственно только с кристаллом; при этом его края выходят далеко за границы кристалла. Слишком высокая или неравномерно распределенная нагрузка при установке радиатора может привести к физическому повреждению кристалла. В результате процессор выходит из строя, причем изготовитель микросхемы не несет никаких гарантийных обязательств, так как причиной повреждения является не заводской брак, а неправильная эксплуатация процессора. Проблема физического повреждения кристалла актуальна для процессоров компаний AMD и Intel, но особенно она касается микросхем AMD, что связано с необходимостью применять большое усилие для фиксации радиатора. Многие поставщики предоставляют гарантию только в том случае, если процессор продается вместе с системной платой и предварительно установленным радиатором.

В компаниях AMD и Intel были разработаны определенные методы решения подобных проблем. Например, в процессорах AMD по углам микросхемы начали устанавливаться специальные резиновые прокладки, предназначенные для поддержки корпуса радиатора и компенсации неравномерно распределяемых усилий фиксации, приводящих к повреждению кристалла. К сожалению, использование демпфирующих прокладок не позволяет полностью избежать повреждения кристалла при установке радиатора в наклонном или перекошенном положении.

Кроме того, компании Intel и AMD пришли к другому решению, и в более современных процессорах над кристаллом устанавливается металлическая крышка, называемая интегрированным теплоотводом (IHS). Эта крышка защищает кристалл от чрезмерного давления и увеличивает поверхность термического контакта между процессором и радиатором. Допустимое усилие прижима для многих микросхем Intel, снабженных модулем IHS, достигает 100 фунтов (около 40 кг), что практически избавляет пользователей от опасности повреждения кристалла при установке радиатора. Интегрированный распределитель тепла включен во все процессоры, начиная с Pentium III/Celeron Tualatin, созданные по 0,13-микронной технологии, а также в семейство процессоров Athlon 64. Вообще говоря, корпус FC-PGA с интегрированным теплорассеивателем называется FC-PGA2 (рис. 21.13).




Рис. 21.13. Вид процессора в корпусе FC-PGA2 сбоку; обратите внимание на наличие теплорассеива-теля над ядром

При использовании процессоров AMD или Intel, не содержащих металлической пластины интегрированного распределителя тепла, особое внимание обращайте на ровное расположение контактных поверхностей кристалла и радиатора во время закрепления или снятия фиксатора радиатора.

Эффективность теплоотвода

При охлаждении процессора радиатор отводит тепло за пределы устройства (поэтому иногда используется термин теплоотвод). Эта возможность характеризуется такой величиной, как тепловое сопротивление, которое измеряется в градусах Цельсия на ватт (°C/Вт). Чем ниже тепловое сопротивление радиатора, тем эффективнее он может отводить тепло от процессора.

Вычислить характеристики необходимого радиатора можно по формуле R     = (T    – T    )/P     .

total             case          inlet         power

Здесь Tcase — максимально допустимая температура процессора; Tinlet — максимально допустимая температура радиатора; Ppower — максимальная мощность, рассеиваемая процессором. Например, для процессора Pentium 4 3.4E (ядро Prescott) максимальная рабочая температура составляет 73°C, а температура радиатора — 38°C; при этом максимальная рассеиваемая мощность составляет 103 Вт. Это означает, что необходимый радиатор должен характеризоваться тепловым сопротивлением 0,34°C/Вт ((73°C – 38°C) / 103 Вт = 0,34°C/Вт). В данном случае учитывается сопротивление материала термоинтерфейса (термопасты) и собственно радиатора, поэтому, если вы используете термопасту с известным тепловым сопротивлением 0,01°C/Вт, радиатор должен характеризоваться тепловым сопротивлением 0,33°C/Вт или меньше.

В качестве более экстремального примера приведем четырехъядерный процессор Core 2 Extreme QX6800, для которого максимально допустимая температура и мощность рассеивания составляют 54,8°C и 130 Вт. Как несложно подсчитать, радиатор для этого процессора должен характеризоваться тепловым сопротивлением 0,13°C/Вт. Такого низкого показателя позволяет добиться водяное охлаждение.

Кроме того, можно воспользоваться формулой

Ppower = C × V2 × F.

Здесь Ppower — максимальная мощность, рассеиваемая процессором; C — емкость; V — напряжение; F — частота. Таким образом, увеличение частоты в два раза приводит к двукратному увеличению рассеиваемой мощности, в то время как увеличение напряжения в два раза приводит к четырехкратному увеличению мощности. Следовательно, если уменьшить напря­жение в два раза, выделяемая мощность уменьшится в четыре раза. Данные взаимосвязи очень важны при разгоне процессора, поскольку при увеличении напряжения рассеиваемая процессором мощность возрастает заметно быстрее, чем его частота.

В общем случае увеличение частоты процессора на 5% приводит к увеличению мощности на ту же величину. Применительно к приведенному выше примеру это означает, что выделяемая процессором мощность увеличивается со 103 до 108,15 Вт, при этом тепловое сопротивление радиатора уменьшается с 0,34 до 0,32°C/Вт. В большинстве случаев, если вы не за­нимаетесь экстремальным разгоном, возможностей существующего радиатора должно быть вполне достаточно. Кроме того, можно попытаться немного уменьшить напряжение, тем самым уменьшив рассеиваемую энергию. Конечно, снижение напряжения может привести к нестабильной работе процессора, поэтому данная процедура требует проверки. Как видите, при разгоне системы необходимо проводить ее всестороннее тестирование. Следовательно, вам самим придется принимать решение о том, стоит ли увеличение быстродействия затраченных на проверку работоспособности системы времени и сил.

Обратите внимание, что все серьезные производители радиаторов указывают их тепловое сопротивление, а малоизвестные компании — не указывают. Кроме того, не следует забывать, что некоторые производители делают ставку не на фактическую производительность радиатора, а на его внешний вид.

Установка радиатора

Чтобы обеспечить наилучший отвод тепла от процессора, большинство производителей радиаторов используют определенное термическое вещество, которое размещается между процессором и поверхностью радиатора. Как правило, этот материал представляет собой белую пасту, созданную на основе оксида алюминия, а также на керамической или серебряной основе. Ряд материалов называют фазовыми, поскольку они могут, например, менять вязкость (становиться тоньше) при определенных температурах, позволяя тем самым лучше заполнить пространство между поверхностью процессора и радиатора. Термопасты лучше проводят тепло, чем фазовые материалы, однако обладают меньшей вязкостью и большей текучестью, их сложно наносить, а в некоторых случаях паста может даже вытечь и попасть на гнездо процессора и системную плату.

Тепловой проводник любого типа, будь то паста или фазовый материал, значительно расширяет возможности радиатора. Тепловые материалы характеризуются теплопроводностью (чем больше ее коэффициент, тем лучше) и термическим сопротивлением (здесь наоборот: чем меньше, тем лучше). Чаще всего приводят тепловое сопротивление для слоя толщиной 0,001 дюйма и площадью 1 дюйм2. В любом материале, чем больше площадь или чем меньше толщина, тем больше тепловое сопротивление. Наличие дополнительных факторов, таких как шероховатость и давление, часто делает невозможным прямое сравнение характеристик разных материалов, даже если они участвуют в одном рейтинге.

Рассмотрим в качестве примера влияние различных термоинтерфейсов на температуру процессора, в частности Pentium 4 3.4E, который характеризуется рассеиванием 103 Вт с радиатора площадью 1,5 дюйма2 (около 9,6 см2). Сведения о зависимости температуры от теплового сопротивления представлены в табл. 21.1.

Таблица 21.1. Сравнение термоинтерфейса и повышения температуры процессора Pentium 4,




Наилучшие термоинтерфейсы характеризуются тепловым сопротивлением от 0,005 до 0,02°C/Вт, что соответствует увеличению температуры от 0,34 до 1,37°C. Даже если бы существовал идеальный” термоинтерфейс, это позволило бы уменьшить температуру процессора максимум на 2°C по сравнению с большинством термоинтерфейсов, в настоящее время доступных на рынке. Я внимательно изучал результаты тестирования термоинтерфейсов от нескольких ведущих компаний и пришел к выводу, что разница в эффективности разных решений совсем незначительна. Поэтому я не беспокоюсь по поводу того, кому из ведущих производителей термоинтерфейсов отдать предпочтение.

Термопасту можно приобрести в специальных одно- или многоразовых тюбиках. Желательно использовать термопасты на основе оксида алюминия или на серебряной основе, обладающие наименьшим тепловым сопротивлением. Самые дорогие термопасты созданы на серебряной основе. Компания Arctic Silver производит настолько популярную термопасту, что она стала мишенью для многочисленных подделок, эксплуатирующих торговую марку изделия и название компании. Проведенные тесты демонстрируют, что термопасты разных производителей различаются уровнем охлаждения процессора, работающего при полной загрузке, который может быть выше или ниже лишь на несколько градусов. Для достижения оптимальных результатов приобретите термопасту на серебряной основе. Далее по рейтингу следует оксид алюминия, а наиболее дешевая (и наименее эффективная) термопаста имеет керамическую основу.

На рис. 21.14 показан теплопроводящий материал, размещенный между процессором и радиатором.



Рис. 21.14. Термоинтерфейс упрощает передачу тепла от ядра процессора радиатору

В системах с материнской платой и корпусом ATX или BTX улучшено охлаждение процессора по сравнению с Baby-AT: он установлен близко от источника питания и попадает под прямой поток воздуха от вентилятора. Во многих системных блоках установлены дополнительные вентиляторы, обеспечивающие вспомогательное охлаждение компонентов компьютера. Большие процессоры, монтируемые на специальной подставке непосредственно над процессором и имеющие форму трубы, отличаются более высокой эффективностью, чем небольшие вентиляторы, вмонтированные в активные радиаторы. Удачно разработанный корпус с надежно установленными вентиляторами обеспечивает достаточный обдув процессора и в некоторых случаях даже позволяет использовать дешевый пассивный (без вентилятора) радиатор, имеющий высокую надежность.



Обсудить статью на форуме


Если прочитаная статья из нашей обширной энциклопедия компьютера - "Модификации: охлаждение ПК", оказалась полезной или интересной, Вы можете поставить закладку в социальной сети или в своём блоге на данную страницу:

Так же Вы можете задать вопрос по статье через форму обратной связи, в сообщение обязательно указывайте название или ссылку на статью!
   


Copyright © 2008 - 2024 Дискета.info