Эскимо для компьютера. Системы охлаждения

Теория Эскимо для компьютера. Системы охлаждения 030.07.2009 10:00  |  Первый признак хорошего корпуса, который может увидеть невооруженным глазом даже непосвященный, — это воздуховод на левой стенке, предназначенный для прямого отвода нагретого воздуха от процессорного кулера. Более дорогие корпуса имеют специаль Теория

Лето. Смог над городом, открытые веранды кафе, дeвyшки в коротких юбках. Сорок градусов в тени. Причем жарко не только людям: в домах и офисах жалобно пищат компьютеры, не справляющиеся с охлаждением собственных комплектующих. Причем в лучшем случае перегрев техники приводит только к замедлению работы систем — куда чаще процессоры, видеокарты и блоки питания просто сгорают.

Особенно актуальна проблема для обладателей мощных компьютеров: ведь тепловыделение и быстродействие напрямую связаны. А совсем тяжко летом любителям оверклокинга, нуждающимся в усиленном охлаждении и при нормальной температуре воздуха. Возникает вопрос — как же эффективно защитить компьютер от жары? Вариантов масса: от радиаторов пассивного охлаждения до сложных водяных систем. Но стоят ли системы охлаждения своих денег и как выбрать ту, которая подойдет именно вам? Чтобы разобраться в этом, мы провели тест корпусов с активным охлаждением от производителей-лидеров в этой области. Но прежде чем перейти к результатам тестирования, давайте разберемся в теории.

Первые шаги

Вентилятор ЭВМ Johnniac 1953 года рождения охлаждал компьютеры не хуже, чем современные серверные системы.

Миф о том, что раньше трава была зеленее, а компьютеры совсем не грелись и на одном мазке термопасты годами жили, конечно, крайне далек от реальности. Даже на заре «компьютерной цивилизации» железо грелось — да так, что современным машинкам и не снилось! Самые первые компьютеры (даже не компьютеры в современном понимании этого слова, а электронно-вычислительные машины) работали на вакуумных электронных лампах, потрeблявших безумное количество электричества (десятки и сотни кВт). При этом каждая лампа отдавала в окружающее прострaнcтво почти всю энергию — представляете, как душно было в тогдашних серверных? Правда, охлаждать ЭВМ было не очень сложно — отдельные комнаты, большая площадь поверхности, все внутренности наружу. Так что для нормального охлаждения достаточно было поставить в комнате пару больших вентиляторов, обдувающих лампы, да открыть окошко, чтобы шел свежий воздух.

В следующих поколениях ЭВМ вместо ламп начали использовать транзисторы, выделявшие гораздо меньше тепла. Но поведение первых транзисторов было непредсказуемым, к постоянству температуры они оказались даже более требовательны, чем лампы: на корпуса древних компьютеров начали ставить первые маленькие вентиляторы. Кроме того, элементы питания, наконец, начали физически отделять от всяких других компьютерных внутренностей вроде лентовых и дисковых накопителей, чтобы выделяемое тепло ничего не повреждало.

К концу прошлого столетия, когда компьютер приобрел привычный нам вид и размеры, а от транзисторов не осталось и следа, для охлаждения микросхем применялась только циркуляция воздуха по системному блоку — то есть, проще говоря, встроенный в блок питания вентилятор. В то же время компания Intel задумалась о прицельном охлаждении процессоров, и уже модели, сделанные по архитектуре x86 (такие как Intel i386 и i486, например), поставлялись с цельнометаллическими радиаторами, отводящими тепло от чипов.

Для охлаждения Pentium I хватало радиатора высотой около сантиметра, а на Pentium II, отличающийся куда большим тепловыделением, пришлось ставить помимо радиатора еще и вентилятор, который бы его охлаждал. Причем уже через пару месяцев после выхода первой модели на рынке появились и кулеры сторонних производителей, справляющиеся с охлаждением куда лучше штатных. Например, созданная в 1999 году тайваньская компания Thermaltake выпустила легендарный кулер Golden Orb оригинальной круглой формы, долгое время державшийся в первых строчках всех кулерных рейтингов. Конкурировали с «Орбами» в основном кулеры Titan, уже тогда имевшие схемы логики, которые регулировали частоту вращения вентилятора в зависимости от окружающей температуры.

Однако стратегия развития Thermaltake (увеличение размеров радиатора и ускорение вентилятора) оказалась тупиковой — требовался принципиально новый подход, позволивший бы увеличить производительность, не меняя размеров компьютерного корпуса. Его нашла компания Zalman, впервые на рынке применив вместо цельнометаллического радиатора веер из множества тонких пластин, позволяющий существенно повысить площадь рассеивания тепла и, следовательно, эффективность охлаждения. А с 2003 года пpaктически во всех кулерах вместо цельнометаллических радиаторов начали использоваться тепловые трубки, имеющие прямой контакт с охлаждаемой поверхностью — их эффективность почти вдвое больше, чем у лепестковых радиаторов.

Thermaltake Blue Orb — далекий потомок легендарного Golden Orb. Никаких тепловых трубок, но гoлyбая подсветка должна понравиться любителям моддинга.	Радиатор кулера-бабочки ZEROtherm целиком сделан из меди, поэтому охлаждает отлично. Но весит такая «бабочка» почти полкило.

Хладное тело

Оригинальный корпус Antec Skeleton: открыт для воздуха и для пыли.

Каждый, кто хоть немного знаком с физикой, понимает, что для нормального охлаждения компьютера нагретый воздух из корпуса необходимо выводить наружу. Тем не менее до конца девяностых годов большая часть компьютерных корпусов была полностью закрытой и вентиляторы бодро гоняли воздух по корпусу туда-сюда. Потом появились первые дырчатые корпуса — правда, радиаторная решетка в них была всего одна и ни о каком сквозняке внутри речи не шло. В двухтысячных исправили и эту проблему: большинство современных корпусов спроектировано уже так, чтобы охлаждаться сквозным воздушным потоком, идущим от передней и левой стенок к задней. Обычно такой системы вполне достаточно для охлаждения домашнего компьютера — однако и тут есть свои нюансы, о которых мало кто задумывается.

Во-первых, объем компонентов компьютера должен соответствовать объему корпуса. Если железа в компьютере столько, что оно занимает почти все прострaнcтво, вентилятор просто не будет ничего охлаждать — дуть-то некуда. Во-вторых, воздушный поток необходимо сделать направленным, то есть в системе должно быть как минимум два вентилятора, вдувающий и выдувающий. А как вы думаете, сколько вентиляторов стоит в среднестатистическом «домашнем» корпусе? Правильно, всего один… сами корпуса обычно формата mATX и меньше (потому что маленький компьютер удобнее большого), комплектующие в них располагаются слишком тесно — ну просто идеальные условия для перегрева железа.

Исправить ситуацию не так уж сложно. Если не хочется тратить много денег и заморачиваться покупкой нового корпуса, можно просто поставить в имеющийся дополнительные кулеры на выдув и вдув: тогда поток воздуха, проходя через весь корпус, будет отводить тепло не только от процессора, как обычно, но и от остальных комплектующих — как бы тесно они друг к другу ни прижимались. Правда, нельзя сказать, что такое решение — это панацея, ведь платы PCI и жесткие диски все равно будут греться, пусть и не так сильно, как раньше. Поэтому если вы хотите не только пасьянсы на компьютере раскладывать и кино смотреть, но и в требовательные игры играть, то придется задуматься о серьезном охлаждении. И для начала — выбрать правильный корпус.

Первый признак хорошего корпуса, который может увидеть невооруженным глазом даже непосвященный, — это воздуховод на левой стенке, предназначенный для прямого отвода нагретого воздуха от процессорного кулера. Более дорогие корпуса имеют специально рассчитанное внутреннее строение, при котором воздушный поток почти не встречает сопротивления и в то же время равномерно отводит тепло ото всех компонентов — выглядит это как система изогнутых перегородок внутри. На отсеках иногда стоят вентиляторы, для жестких дисков предусмотрены специальные корзины с отдельным охлаждением. На самых крутых корпусах есть отдельные панели управления вентиляторами (иногда — со своими ЖК-дисплеями) или даже пульты дистанционного управления к ним.

Корпус iCute, помимо хороших аэродинамических качеств, отличается еще и привлекательным дизайном.	Четыре видеокарты на одной материнской плате, и каждая с кулером — вся конструкция занимает два слота PCI. Для такой системы нужен просторный корпус Big Tower.

Держи голову в холоде

Coolermaster Mars воплощает в себе сразу два оригинальных решения: шарообразный радиатор и вентилятор, находящийся внутри радиатора. Охлаждает хорошо, но на максимальных оборотах очень сильно шумит.

Мощность процессоров продолжает расти, а вместе с ней растет и тепловыделение. Поэтому отвод тепла от «главного мозга» до сих пор остается самой главной задачей — порой даже более важной, чем охлаждение видеокарты. Четырехъядерные процессоры отдают в окружающее прострaнcтво до 130 Вт. И если с неразогнанным процессором боксовые кулеры еще как-то справляются, то разгон, столь привлекательный при такой мощности, просто не получится без более серьезной «заморозки».

Основа любого кулера — радиатор. Лучшим материалом для радиаторов признана медь, обладающая высокой теплопроводностью. Но медь очень тяжела, дорого стоит и обpaбатывать ее непросто, поэтому в более простых моделях используется алюминий. Часто производители идут на компромисс: основание радиатора, непосредственно контактирующее с процессором, делается из меди, а остальные части — из алюминия. Форма устройства варьируется от классической квадратной (и очень массивной) до чашеобразной с множеством тонких лепестков (это увеличивает площадь рассеивания тепла). Некоторые радиаторы похожи на бабочку или веер, некоторые — на башню из тонких пластин, нанизанных на тепловые трубки. Вентилятор на таких башнях перпендикулярен материнской плате.

Тепловые трубки — одна из самых популярных технологий, применяющихся при создании кулеров. Это самые настоящие металлические трубы (часто медные) с очень низким тепловым сопротивлением на разных концах, заполненные теплоносителем (обычно жидким). В радиаторах кулеров они отводят тепло от основания, иногда контактируя напрямую с процессором. Нагреваясь снизу, теплоноситель испаряется и поступает в верхнюю, холодную часть. Там он конденсируется и уже охлажденным возвращается к стенке процессора. Для того чтобы систему можно было использовать в любом положении, теплотрубки делаются из пористого материала, а движение теплоносителя происходит за счет капиллярного эффекта.

Вентиляторы процессоров различаются мало. В основном — строением лопастей и типом подвеса крыльчатки: в современных моделях он чаще всего основан на подшипниках скольжения, или на подшипниках качения (очень шумных, кстати). В последнее время стали появляться вентиляторы, работающие на бесконтактной магнитной тяге: они пpaктически бесшумны, но стоят пока безумных денег (по $700-800 за штуку).

Типичная система охлаждения жесткого диска: контейнер с вентиляторами. Неуклюже, но эффективно.	Модуль памяти Kingston, продающийся с уже установленным радиатором. Еще недавно такие можно было встретить только в серверах или у оверклокеров.

Мороз по коже

Вторая, а для кого-то и первая по значимости задача — охлаждение видеокарты. Во-первых, потому, что греются они куда сильнее; во-вторых, потому, что графические процессоры гонят чаще центральных; в-третьих, в последнее время все больше людей отдают предпочтение SLI-системам и селят в одном корпусе несколько видеокарт сразу.

Этот корпус — сам по себе один большой радиатор.

В принципе, видеокарты охлаждаются почти так же, как процессоры: все тот же радиатор, иногда пассивный, все те же вентиляторы. Но есть и некоторые особенности. Не во всех корпусах есть место для большого кулера видеокарты — самые крупные из них занимают место нескольких слотов PCI. Их, конечно, стараются сделать низкопрофильными: вытягивают радиатор вдоль всей видеокарты, а вентилятор засовывают в кожух специального воздухоотвода, направляющего воздух в той же плоскости. На мощные карты часто ставят несколько радиаторов и вентиляторов, а некоторые компьютерные маньяки снабжают собственными радиаторами все чипы видеокарты — ведь и память, и все силовые элементы цепей питания тоже нуждаются в охлаждении.

Материнские платы обычно охлаждаются пассивно, то есть только при помощи радиаторов. При этом радиатор чипсета стараются выносить чуть дальше, чем все остальные, чтобы его обдувал поток воздуха от блока питания. Обычно этого хватает (тем более что чипсет обдувается обычно еще и кулером процессора), но в особо жарких серверных системах все равно лучше использовать дополнительное активное охлаждение. Для этого чаще всего применяют кулеры башенного типа (если это позволяет формфактор корпуса) и кулеры на платах формата PCI с воздуховодами, выводящими нагретый воздух через заднюю стенку.

Оперативная память при разгоне (да и просто при сильной нагрузке) тоже нуждается в отводе тепла, но, как правило, для этого хватает радиаторов. Некоторые производители (OCZ, Corsair, Kingston) выпускают модули оперативки, ориентированные на нестандартные нагрузки, с уже установленными радиаторами. Собственно, кулеры для памяти встречаются гораздо реже — они могут понадобиться только особо злостным оверклокерам.

Жесткие диски — это, конечно, далеко не самый горячий компонент компьютера. Но есть две причины, по которым к их охлаждению приходится относиться серьезно. Выход из строя жесткого диска приводит к потере информации, нередко представляющей гораздо большую ценность, чем само железо. Да и диапазон допустимых рабочих температур хардов гораздо ниже, чем у всех остальных компонентов (не выше 35-40°). Чем больше температура, тем больше вероятность отказа — так, при перегреве до 50 градусов надежность уже понижается в два раза, а ведь это вовсе не предел возможного перегрева. Тем не менее систем охлаждения жестких дисков не так уж много — и большая часть из них рассчитана на большие корпуса. Собственно, типов таких систем всего три: с верхним обдувом, с фронтальным обдувом и комбинированные (то есть те, в которых вентиляторы работают сразу по обоим направлениям). Причем последние два подразумевают установку HDD в специальную охлаждающую корзину, помещающуюся только в отсек 5,25”. Такие системы позволяют держать температуру диска в районе 25-30°, заметно ниже критического порога.

Не стоит забывать и о ноутбуках. Несмотря на общую сбалансированность конструкции, вопрос дополнительного охлаждения актуален и для этих устройств. Но поскольку внутренние прострaнcтва ноутбука плотно забиты, остается только внешнее охлаждение, с помощью специальных подставок с вентиляторами: больше всего греется, как правило, нижняя часть ноутбука, да и вентиляционные отверстия расположены снизу. Некоторые производители, правда, задумываются о дополнительном охлаждении самостоятельно — скажем, один из ноутбуков Acer (Aspire 2920) имел дополнительные радиаторы, расположенные прямо под клавиатурой. Правда, система получилась не очень эффективной, — но приятно грела руки зимой.

Самодельный корпус для пассивного охлаждения. Весит такая штука, по нашим подсчетам, килограмм сорок.	Для охлаждения ноутбуков чаще всего используют подставки с вентиляторами. Не сказать чтобы дешево, но сердито.

Тише, мыши, кот на крыше

Кулер Scythe Orochi наглядно демонстрирует преимущество тепловых трубок.

Проблема охлаждения всегда влечет за собой еще одну — проблему шума. Конечно, проще всего остудить железные внутренности, поставив огромные мощные вентиляторы, но только сможете ли вы работать под постоянный гул? Вряд ли. Поэтому при сборке домашнего компьютера придется учитывать и фактор шума. Производители корпусов и кулеров о нем уже, конечно, задумывались, но сделать по-настоящему бесшумный компьютер им пока не удалось. Поэтому все, что можно сделать для «утихомиривания» системы, — сократить количество вентиляторов, а те, что есть, заменить малошумными, на подшипниках скольжения (в идеале гидродинамических). Кроме того, стоит обратить внимание на аэродинамику лопастей и диаметр вентилятора: чем он больше, тем медленнее ему придется вращаться, чтобы охлаждать корпус до нужной температуры, и тем меньше он будет шуметь.

Если компьютер у вас не игровой, жесткие диски стоят «холодные», а видеокарта охлаждается какой-нибудь особо продвинутой бесшумной системой, можно обойтись и пассивным охлаждением. Для этого существуют специальные корпуса из алюминия или стали, работающие как один большой радиатор: от внутренних радиаторов к его стенкам ведут тепловые трубки (такие же, как в процессорных кулерах), а снаружи корпус покрыт лабиринтом тонких пластин, быстро охлаждающихся при комнатной температуре.

Некоторые топовые корпуса имеют встроенное водяное охлаждение — оно считается самым тихим из всех активных. На самом деле это не совсем так — порой вода шумит даже сильнее, чем воздух: даже в самой маленькой водяной системе вы все равно будете слышать помпу, качающую жидкость по трубкам. Правда, этот звук не так страшно действует на нервную систему человека — голова от него болит куда реже, чем от равномерного гула вентиляторов.

Компонент Без охлаждения или с пассивным охлаждением С охлаждением Критическая температура   Без нагрузки С нагрузкой Без нагрузки С нагрузкой   Процессор 40-50° 70-80° 30-40° 40-55° 95° Видеокарта 40-50° 60-70° 35-40° 40-60° 90° Оперативная память 30-40° 60-70° 25-35° 40-50° 90° Материнская плата 35-45° 50-70° 30-40° 40-50° 90° Жесткий диск 30-35° 45-55° 25-30° 30-40° 65°

Экстремальный холод

Наиболее эффективны (и эффектны), конечно, оверклокерские системы охлаждения для экстремального разгона комплектующих. Большинство из них, правда, одноразовые — они рассчитаны на единичный рекордный результат, а не на многолетнюю работу. Самый распространенный вариант разгонных охлаждалок — «стакан» для охладителя. Он ставится над радиатором, обматывается слоем теплоизолирующего материала и заполняется жидким азотом (-196 °С) или более дешевым и доступным сухим льдом (-78 °С). Следующими по популярности идут системы-чиллеры, отличающиеся от водяного охлаждения только наличием охлаждающего элемента на радиаторе — он поддерживает внутри корпуса температуру ниже окружающей среды. Direct-die-системы, или фреонки (другое название, объясняющее принцип работы, — системы фазового перехода), могут поддерживать даже совсем низкие, отрицательные температуры, потому как работают по принципу холодильника. Собственно, испаритель холодильника — основной элемент фреонки, он устанавливается прямо на охлаждаемом объекте и морозит его, как пельмени. Кроме испарителя, в такой системе есть еще компрессор, прокачивающий фреон, и конденсатор, в котором нагретый фреон охлаждается и превращается в жидкость. Самый редкий (и самый дорогой) тип экстремального охлаждения — термоэлектрический модуль, или модуль Пельтье. Работает он по одноименному принципу: тепло поглощается или выделяется при прохождении электрического тока через контакт двух разнородных проводников. Чем больше заряд, тем больше получается разница температур. В охлаждающем элементе Пельтье объединено большое количество пар разных проводников, которые при пропускании тока в определенном направлении активно поглощают тепло. Выглядит эта конструкция как плоский радиатор, одна сторона которого под действием тока охлаждается, а другая нагревается — от нагреваемой тепло отводится обычными кулерами. Главная прелесть модулей Пельтье в огромной разнице температур и тонком механизме их регулирования — если охлаждать горячую сторону до комнатной температуры, другая сторона охладится до минуса.