И так, в гонке за гигагерцами участвуют не только процессоры, но также память, графические процессоры и память видеокарт , винчестеры. Вся эта компания не только работает быстрее с каждым добавленным гигагерцем или оборотом в минуту но также потребляет больше энергии, приводящее к росту мощности блока питания и выделяет порядочное количество тепла, приводящее к снижению устойчивости системы. Для поддержания рабочей температуры указанных компонентов применяют системы охлаждения. Вот о них и хотелось бы порассуждать.

Вообще-то, системы охлаждения бывают пассивные (просто радиатор, прикрепленный к компоненту) и охлаждающий за счет естественной конвекции воздуха и, в значительно меньшей степени, за счет излучения, и активные, когда с целью усиления естественной конвекции радиатор дополнительно охлаждается потоком воздуха, жидкости или, наконец, жидкого азота. Под эффективностью системы охлаждения понимают возможность достижения минимально возможной рабочей температуры охлаждаемого компонента (центрального процессора, графического процессора, модулей памяти и т.д.). Повышение эффективности можно добиться несколькими способами:

  • увеличением площади рассеяния радиатора, что достигается как увеличением самого радиатора, так и увеличением количества ребер, при охлаждении воздухом, или количества каналов при жидкостном охлаждении;
  • применением для радиаторов материалов с более высоким коэффициентом теплопроводности (вместо традиционно используемого
    алюминия и его сплавов - медь).При этом применяемое цветное анодирование
    алюминия, придающие радиатору различные цвета (золотистый, синий, черный и т.д.) имеет скорее чисто эстетическое значение, поскольку роль излучения, которое в сильной степени зависит от цвета, очень мала. Медь хороша, но высокая удельная плотность ведет к возрастанию веса радиатора. В связи с этим применяют компромиссное решение - основание радиатора, непосредственно контактирующее с охлаждающим компонентом, - медь, остальная часть - алюминий;
  • устранением микрозазоров между поверхностями охлаждаемого компонента и радиатором посредством применения термопроводящей пасты. Одной из важнейших характеристик термопаст является тепловая проводимость (W/m*K) чем она выше - тем лучше. Пасты изготавливают из смеси силикона и оксида цинка (тепловая проводимость 0,7-0,9 W/m*K), более эффективные пасты создают на основе нитрида или оксида алюминия и нитрида бора, а пластичности добиваются использованием специальных синтетических масел (тепловая проводимость 2-3 W/m*K) И, наконец, недавно появившиеся пасты на основе измельченного серебра (например паста Arctic Silver 3 с тепловой проводимостью более 9
    W/m*K);
  • использованием более производительного вентилятора (при воздушном охлаждении) или компрессора (при жидкостном). Единица измерения производительности - CFM (Cubic Feet per Minute), т.е. количество кубических футов воздуха (жидкости), перекачиваемых вентилятором (компрессором) за одну минуту. Вентиляторы с типоразмером 50х10 мм (диаметр крыльчатки вентилятора х толщину вдоль оси вращения) позволяют достичь показателей ~10 CFM, 60х25 мм - ~20-30 CFM, 80x25 мм - ~30-40 CFM. Таким образом, чем больше диаметр крыльчатки вентилятора, тем выше его производительность (при одинаковой скорости вращения). Также производительность вентилятора определяется скоростью вращения крыльчатки - чем она выше, тем лучше.
  • также на эффективность системы охлаждения влияет разность температур между охлаждаемым компонентом и окружающим воздухом. 
  • и, наконец, от направления потока воздуха на охлаждаемый элемент или от него. Проделайте эксперимент.
    Направьте бытовой вентилятор сначала на себя, а затем от себя и, как говорится, почувствуйте разницу.

В закрытом корпусе компьютера, с большим количеством греющихся компонентов температура охлаждающего воздуха быстро растет и эффективность воздушного охлаждения падает. Мало грамотно установить мощные кулеры на греющиеся компоненты, надо позаботиться об их эффективной работе. Для этого необходимы дополнительные корпусные вентиляторы. Часть из них должна работать на вдув воздуха внутрь корпуса, остальные должны вытягивать нагретый воздух наружу. При этом производительность вентиляторов, работающих на вдув, должна превышать производительность вентиляторов, работающих на выдув воздуха. Проведу аналогию с конструкцией ВПК - танком. Так у него также стоят вентиляторы, нагнетающие через систему фильтров воздух внутрь корпуса. И никакая радиоактивная пыль нестрашна. Так же поступим и мы. В воздухозаборники вентиляторов, работающих на вдув, поместим лист поролона или кусок бумажных фильтров для импортных пылесосов. И все. Пыли в корпусе не будет. Воздух будет сочиться из всех щелей,
не давая пыли никаких шансов. Размещать вентиляторы, работающие на вдув надо в нижней части корпуса, а работающие на выдув - в верхней. В самом минимальном случае ставится один дополнительный (к блоку питания) вентилятор - в передней нижней части корпуса. Вентилятор блока питания будет работать на выдув. Можно конечно снять боковые кожуха с блока питания, но от пыли вы не избавитесь, и она очень быстро покроет все, ухудшив охлаждение.

Неизбежное зло хорошего воздушного охлаждения - это шум. Причем его источником является не столько шум работающих двигателей вентиляторов, сколько шум потока воздуха, проходящего через многочисленные ребра радиаторов. Выходов для снижения шума два - применять жидкостное охлаждение или использовать Smart - вентиляторы. Smart - вентилятор - это вентилятор, скорость вращения крыльчатки которого управляется электронной схемой в зависимости от показаний температурного датчика. Ведь не всегда компьютер работает с полной нагрузкой и в эти моменты скорость вращения вентиляторов можно уменьшить. А для корпусных вентиляторов, так и вообще отключить. Например, при помощи такой схемы:

Схема была опубликована в журнале "Радио" (2001 год, N 6). Самая дорогая деталь - микросхема К157УД1
(www.mitinobazar.ru - 7 рублей). Микросхема рассчитана на значительный ток нагрузки - и с одним подключенным вентилятором (12 В, 0.14 А) не греется. Работает схема так: в исходном состоянии напряжение на выводе 8 меньше напряжения на выводе 9. Напряжение на выводе 6 близко к напряжению питания, поэтому вентилятор обесточен. С ростом температуры сопротивление R1 уменьшается, напряжение на выводе 8 начинает повышаться. Как только оно превысит напряжение на выводе 9, напряжение на выходе скачком уменьшается практически до 0, и вентилятор начинает работать. При уменьшении температуры все идет в обратном порядке, и вентилятор обесточивается. Температура, при которой прекратится работа вентилятора, меньше температуры, при которой вентилятор начинает работать. Этот температурный зазор регулируется резистором R5 (с уменьшением сопротивления, температурный зазор увеличивается. Для индикации включения вентилятора, можно установить светодиод. Конденсатор С3 служит для повышения устойчивости, схема работает и без него.
Для плавного изменения частоты вращения крыльчатки вентилятора при изменении температуры используют усилитель постоянного тока. Например, такой:

Схема была опубликована в журнале Upgrade(2001 год N23). Назначение контактов разъема вентилятора приведено на рисунке. Датчик - германиевый транзистор из серии МП (любой из этой серии), имеющий значительную зависимость тока коллектора от температуры. Используйте транзисторы в окрашенном корпусе, так как база электрически соединена с корпусом. Теперь повышение температуры вызовет плавное открывание транзистора VT3. А чтобы вентилятор начинал работу сразу, не дожидаясь повышения температуры, в схеме установлен резистор R7. Его величина подбирается в зависимости от конкретного экземпляра транзистора VT3. Необходимо подобрать R7 такой величины, чтобы при включении компьютера вентилятор устойчиво запускался и набирал обороты, превышающие минимально допустимые системой контроля оборотов материнской платы. Транзистор КТ208 выдерживает ток до 60 мА, поэтому если вентилятор потребляет больше, понадобится более мощный выходной транзистор. Параллельно вентилятору можно установить светодиод, как это было сделано в предыдущей схеме. Величину последовательно включенного сопротивления подбирают так, чтобы при минимальных оборотах вентилятора свечение индикатора было минимальным. Эта схема может использоваться для управления вентиляторами, которые охлаждают отдельные компоненты. 
Применив все эти ухищрения, можно получить хорошее охлаждение и приемлемый уровень шума. Но кардинально решить проблему охлаждения можно только при использовании жидкостного охлаждения и это уже не фантастика. 

Датская фирма Chip-Con ApS (http://www.chip-con.com)
предлагает систему "Prometeia" - корпус формата BigTower со встроенной системой жидкостного охлаждения, которая занимает нижнюю часть корпуса. Сам корпус неплохой, имеет (4 X 5,25 + 3 X 3,5)

Там установлены конденсатор, компрессор и два вентилятора. Трубками все это соединено с теплообменником, устанавливаемым на процессор. По сути дела перед нами мини морозильник Процессор нагревает хладогент, циркулирующий по трубкам, и он испаряется. Компрессор закачивает газообразный хладогент в конденсатор, где хладогент превращается в жидкость. И так по кругу. Управление системой охлаждения осуществляется с помощью аппаратного контроллера, информация о работе системы выводится на LCD дисплей. Уровень шума 35 дБ. (при старте системы - 40 дБ). 

Независимые испытания http://www.tech-pc.co.uk/
показали, что P4 (Nortwood) 2,4B ГГц на материнке Abit TH7-II можно разогнать до 3176 МГц. (Частота системной шины 176,46 МГц, Vcore - 1.76 В.) . Что дает до 50 % прироста производительности.

При этом рабочая температура - 35 градусов. Единственный минус этой великолепной вещи - ее цена в 475 Евро. Это на мой взгляд пока просто неприемлемо, ну не может система охлаждения стоить 400 Евро (это если отнять стоимость хорошего корпуса). Но похоже, что как водяное охлаждение на автомобильных двигателях заменило воздушное, так и тихое водяное охлаждение заменит шумно воздушное.

Check Also

В королевстве PWN. Препарируем классику переполнения буфера в современных условиях

Сколько раз и в каких только контекстах не писали об уязвимости переполнения буфера! Однак…

Оставить мнение