В настоящее время многие компании имеют разные линейки кулеров для платформ Intel и AMD. В этой статье мы попытаемся сравнить кулеры для этих платформ независимо от типа процессора, для которого они предназначены. То есть они тестируются в абсолютно равных условиях, и появляется возможность непосредственно, на одной и той же тепловыделяющей платформе, сравнить их тепловые, аэродинамические и шумовые характеристики по ранее изложенным методикам. Кулеры Foxconn
Первый кулер Foxconn NBT-CMI775-4B (далее в статье Foxconn-1) предназначен для платформы Intel c процессорами Pentium 4 (Prescot) LGA775 2.8-4.0 GHz и Celeron D LGA 775. Он имеет круглый алюминиевый радиатор с медным сердечником. Номинальная скорость вращения вентилятора 2500 об/мин, диаметр крыльчатки 90 мм.
Любопытна конструкция радиатора. Его ребра загнуты против направления вращения вентилятора и имеют форму вилки. В центре — единое ребро, которое затем раздваивается. Этот изгиб, видимо, объясняется тем, что конструкторы хотят раскрутить и сделать максимально осевым поток воздуха, выходящий с крыльчатки довольно мощного вентилятора. То есть создается некоторое подобие соплового аппарата, широко применяемого в лопаточных машинах. Таким приемом должно обеспечиваться осевое движение потока воздуха, то есть он проходит вдоль всей высоты ребра, а не выходит в верхней части радиатора. Это и подтверждается аэродинамическими измерениями. По боковой поверхности воздух начинает выходить из радиатора только с середины его высоты. Внизу боковой поверхности скорость составляет 0,7-0,9 м/с. Основной поток воздуха выходит с нижнего торца радиатора, здесь скорость 0,9–1,1 м/с. То есть, можно утверждать, что большая часть воздуха охлаждает всю поверхность ребер радиатора. Но при такой конструкции есть и отрицательные явления. Это и повышение гидравлического сопротивления тракта, и увеличение шума кулера. Видно, что скорости воздуха в радиаторе относительно невелики, несмотря на более-менее мощный вентилятор. Поэтому коэффициент теплообмена в таком радиаторе невысок. О шуме поговорим несколько ниже.
Второй кулер Foxconn NBT-CMA-R8-2S (далее в статье Foxconn-2) предназначен для платформы AMD и для процессоров Opteron и Athlon 64/Fx. Он имеет классический прямоугольный радиатор с медным сердечником. Скорость вращения вентилятора 2000 об/мин. Диаметр крыльчатки вентилятора 77 мм.
Видно, что по своим параметрам кулер Foxconn NBT-CMA-R8-2S несколько послабее предыдущего. Из радиатора воздух выходит только с двух коротких сторон. Его скорость в верхней части ребер составляет 0,6–0,8 м/с. В среднем и нижнем сечении 1,2–1,4 м/с. В целом это несколько выше, чем у предыдущей модели.Кулер Gigabyte
Рассмотрим еще один кулер GH-ED721-MF (Neon Cooler 7Pro) от компании Gigabyte, так же предназначенный для платформы AMD и процессоров Athlon 64 и всех моделей Sempron. Скорость вращения вентилятора здесь переменная. В комплект поставки входит модуль управления скоростью вращения вентилятора для PCI слота, которая изменяется от 1700 до 3400 об/мин. Конструкция радиатора аналогична модели Foxconn NBT-CMA-R8-2S.
На самом деле некоторое отличие в форме радиатора все-таки существует. Его поперечное сечение представляет собой трапецию с длинной стороной наверху, а не прямоугольник, как у Foxconn. То есть, ближе к основанию воздушный поток несколько разгоняется. Кулер оснащен четырьмя светодиодами, поэтому светится как фонарик.
Скорость воздуха на выходе из ребер радиатора здесь несколько выше, чем у Foxconn-2. В верхнем сечении на максимальных оборотах 0,6-0,8 м/с, в среднем 1,6-1,8 м/с, в нижнем 1,4-1,8 м/с. То есть, можно ожидать, что данный кулер будет работать эффективней, чем Foxconn-2.
На минимальных оборотах вентилятора, будем иметь соответственно 0,4-0,6 м/с, 1,2-1,4 м/с и 1,0-1,2 м/с. Это практически то же самое, что и у Foxconn-2.
Создатели этого кулера утверждают, что он имеет «высокую степень продува и шумоподавляющий дизайн радиатора», то есть имеет «оптимальную конструкцию для баланса и производительности и звукоизоляции». Как было показано, по аэродинамике некоторые улучшения есть, посмотрим как по тепловым характеристикам.
Тепловые испытания были проведены по методике,описанной ранее. Напомним, что измерялась температура платформы без кулера, с кулером без включения вентилятора и с полностью работающем кулером. На максимальном режиме к платформе подводилась мощность 100Вт. Но, конечно, некоторое рассеивание тепла присутствовало, хотя, быть может, и меньшее, чем в реальном компьютере.
Результаты измерений приведены на следующем графике.
При отключенном вентиляторе заметно хуже работает радиатор у Foxconn-2. Радиаторы же у Foxconn-1 и Gigabyte ведут себя примерно одинаково. Но у них и поверхность теплообмена побольше. При включенном вентиляторе эти кулеры тоже имеют неоспоримое преимущество. Что, в общем-то, и следует из их аэродинамических характеристик. Для кулера Gigabyte представлены данные при максимальных оборотах вентилятора. При минимальных температура платформы увеличивается на 5-7 градусов.
На следующем графике представлены аналогичные измерения для умеренного режима.
Тенденция осталось той же. Радиатор и сам кулер Foxconn-2 в целом работает хуже, чем два других, они практически одинаковы. Можно сказать, что кулер фирмы Foxconn для платформы Intel по тепловым показателям работает лучше, чем для AMD. Хотя Gigabyte для AMD на максимальных оборотах не хуже Foxconn для Intel.
Но это, конечно, еще не всё. Очень важны и шумовые характеристики. Сейчас не принято затыкать уши берушами и не обращать внимания на шум компьютера. Конечно, сидеть по несколько часов с ватой в ушах – удовольствие не из приятных. Есть люди с устойчивой психикой или дефектами слуха, которым совершенно не мешает шум даже в 40 дБА, но таких немного, поэтому фирмы совершенно справедливо идут на понижение шума даже за счет ухудшения тепловых характеристик кулера.
Измерение шумовых характеристик проводилось с использованием оборудования и по методике, которая была описана ранее.
Относительный уровень шума, излучаемый кулерами Foxconn составляет 31,7 дБА для первого и 23 дБА для второго. Хотя у первого в паспорте заявлен максимальный относительный шум 28 дБА, а у второго 21 дБА. На самом деле шумят они посильнее, чем хотелось бы конструкторам.
Спектр шума представлен на рисунке.
У первого кулера уровень определяется частотной полосой, шум в которой вызывается лопаточной спектральной компонентой, то есть вращением вентилятора. Однако, это ослабляется тем, что ухо имеет спад чувствительности на нижних частотах. Для второго кулера шум определяется воздушным потоком в радиаторе.
Относительный уровень шума, излучаемого кулером Gigabyte при минимальных оборотах составляет 16,5 дБА. То есть, ухом практически не различим. Но при максимальной скорости вращения вентилятора уровень шума составляет уже 35,3 дБА. Посмотрим на спектр измеренного шума.
На высокой скорости вращения основной вклад в уровень шума вносит воздушный поток, проходящий через радиатор. Вклад частотной составляющей, определяемой скоростью вращения вентилятора, мал.
В целом, опять подтверждается правило, что чем больше кулер шумит, тем лучше он охлаждает. Хотя благодаря модулю управления скоростью вращения, кулер Gigabyte имеет определенные преимущества. Здесь можно подобрать разумный компромисс между шумом и тепловой эффективностью.Кулеры AVC
Рассмотрим два кулера производства AVC. Первый Z9M700Z1 под платформу Intel для процессоров Pentium 4 (Prescott) и Celeron D под LGA 775 до 3,2 ГГц. Имеет круглый алюминиевый радиатор с медной вставкой. Скорость вращения вентилятора 3600 об/мин. Его диаметр – 90мм. Ребра радиатора изогнуты в виде лопаток, направленных против вращения вентилятора, как и у аналогичной модели от Foxconn. Но здесь они имеют постоянную толщину.
Скорость воздуха на боковой поверхности составляет 0,4-0,6 м/с. По окружности радиатора поле скоростей практически равномерно. На торце скорость потока составляет 1,2-1,4 м/с. Это косвенно указывает, что все-таки большая часть воздуха охлаждает всю поверхность ребер.
Второй кулер AVC Z7UB003003 – для платформы AMD - процессоров Athlon 64, Sempron 3100+, Opteron под Socket 754/939. Размер вентилятора 70х70х25мм. Скорость его вращения по паспорту 5400 об/мин. Эта цифра сразу показалась подозрительной. И частота вращения была измерена на компьютере и проверена сопоставлением с частотой сигнала от фотодиода, регистрирующего свет от лопастей вентилятора. Фотодиод был подключен к микрофонному входу звуковой карты компьютера. Увы, она составила 3000 об/ мин. Может быть нам попался такой экземпляр, но что есть, то есть.
Радиатор изготовлен из алюминия с медной вставкой. Его конструкция имеет существенное отличие от других, того же типа. А именно, охлаждающий воздух выходит не только через боковые поверхности, но и через торцевую. То есть его подошва не сплошная, и воздух имеет возможность напрямую проходить через радиатор.
При поперечном обтекании пластины коэффициент теплоотдачи, при прочих равных условиях, выше, чем при ее продольном обтекании. Это минус данной конструкции. Но здесь одновременно происходит и увеличение теплообменной поверхности, а также и уменьшение гидравлического сопротивления кулера. Что, естественно, плюс. В дальнейшем посмотрим, что же пересилит.
Аэродинамические измерения выявили сильную неравномерность поля скоростей, как на торце, так и на боковых поверхностях радиатора. На последних скорость воздуха максимально составляла 1,2-1,4 м/с. То есть, в целом, надо надеется, что кулер должен работать неплохо и такая конструкция радиатора, назовем ее прямоточной, себя оправдает.
Проведем тепловые испытания и проверим наши предположения.
Условия эксперимента остались прежними. Далее приведены результаты измерения температуры платформы для максимального режима.
Из графика ясно, что сам радиатор второго кулера ничего особенного не обнаружил. Напротив, его температура на 40 с лишним градусов выше, чем у AVC-Z9M. Но вот при включение вентилятора эта разница составляет уже только 20 градусов.
Теперь посмотрим умеренный режим.
Тенденция сохраняется, хотя и относительная разность несколько меньше. Обращает на себя внимание низкий уровень температур платформ полностью работающего кулера не только на умеренном, но и на максимальном режиме. Температура платформы AVC-Z9M даже в максимальном режиме меньше 60-ти градусов. С ним вряд ли будут проблемы с перегревом процессора. Да и AVC-Z7U тоже, по большому счету весьма неплох.
Но, как обычно, остается проблема шумности этих вентиляторов.
Измерение уровня звукового давления в октавных полосах представлены на следующем рисунке.
Уровень шума определяется, в основном, продувом воздуха через радиаторы кулеров. Относительный уровень шума составляет для AVC-Z9M 41,5 дБА, что конечно, очень много. Часочек можно потерпеть, но, если постоянно его слушать, то можно и на стенку полезть. Ну, тут кто как привык. Кстати, заявленный производителем уровень шума был даже выше — 45,5 дБА.
Для кулера AVC-Z7U уровень шума составляет 30 дБА. Существенно ниже, чем у предыдущего, но тоже не сахар. Здесь, в принципе, уже возможен компромисс между эффективностью охлаждения и уровнем шума кулера. То есть, проблемы в этих моделях остаются прежними. И пока, кроме применения блока частоты вращения вентилятора, реальных выходов не видно.Сравнение кулеров для платформ Intel и AMD
Посмотрим теперь на эффективность работы кулеров для одинаковых плотформ, но разных фирм-производителей.
Для платформ Intel это кулер NBT-CMI775-4B от Foxconn (Foxc-1) и кулер AVC-Z9M700Z1 (AVC-Z9M). Оба они имеют круглые профилированные радиаторы, которые были описаны ранее. Вспомним также и исследованный нами кулер с круглым радиатором и медным сердечником ICE HAMMER.
Ниже представлены тепловые характеристики этих кулеров в максимальном режиме.
Из диаграммы следует, что лучше всего работает радиатор кулера AVC, несколько хуже — у фирмы Foxconn, несмотря на то, что ребра последнего имеют более сложную и технологически более трудоемкую вилкообразную конфигурацию. Радиатор же ICE HAMMER занимает последнее место, хотя разница и не столь велика. При работающем вентиляторе эта тенденция сохраняется. Но заметно, что у кулера ICE HAMMER включение вентилятора уменьшает температуру платформы на 53 градуса, а у двух других побольше, на 60 градусов. То есть, вентиляторы у них работают поэффективней.
Для умеренного режима тенденция сохраняется.
Для кулера ICE HAMMER исследования в этом режиме не проводились.
Таким образом, по тепловым характеристикам кулеры AVC и Foxconn весьма близки, хотя чуть лучше все же работает первый. Оба обеспечивают уровень температуры платформы ниже 70 градусов, даже на максимальном режиме. Но по шуму разница существенная. 41,5 дБА — у AVC, против 31,5 у Foxconn. То есть, если все время работать на максимальной мощности процессора, применение кулера с температурой платформы на несколько градусов ниже, может спасти вас от перегрева процессора. Но и в этих экстремальных условиях шумовые характеристики, все же играют не последнюю роль. Необходимо отметить, что чем больше мощность процессора, а в наших опытах, чем выше температура платформы без кулера, тем больше и отличие в эффективности охлаждении рассматриваемых кулеров. То есть, при максимальной мощности, температура у кулера AVC на 9 градусов ниже, чем у Foxconn, а при умеренном режиме только на 6.
Проведем такое же сравнение для кулеров под платформу AMD.
Дополним наши кулеры AVC-7ZUB003003 (AVC-Z7U), Foxconn CMA K8-2S (FOXC-2) и Gigabyte GH-ED721-MF кулером Titan Siberia, неплохо зарекомендовавшем себя в наших предыдущих исследованиях.
Все они имеют прямоугольные радиаторы, хотя, как говорилось выше, несколько разной формы.
Ниже представлена диаграмма для максимального режима.
На этом режиме лучше всех работает радиатор кулера Gigabyte. Немного похуже радиатор Titan Siberia. И заметно выше температура у кулеров AVC и Foxconn. При работающем вентиляторе эти тенденции сохраняются. Хотя заметно улучшились показатели кулера AVC. То есть, прямоточная конструкция радиатора улучшает эффективность охлаждения кулера, о чем уже говорилось выше. Она заметно выше, чем у кулера Foxconn.
Та же картина наблюдается и на умеренном режиме.
Опять только кулер Foxconn заметно отстает.
Надо подчеркнуть, что кулеры Gigabyte и Titan Siberia снабжены модулем управления скоростью вращения вентилятора, который позволяет менять ее практически вдвое. Приведенные выше данные соответствуют для этих кулеров максимальной частоте вращения. При минимальной частоте температура платформы повышается на 6-8 градусов и практически сравнивается с показателями кулера AVC. Но при этом, что очень важно, шумовые характеристики снижаются практически вдвое и достигают, например для кулера Gigabyte, 16,5 дБА, а не 35,3 дБА, как это было при максимальной частоте вращения. И такой относительный уровень шума ухом практически неразличим. Такой модуль действительно уникальная возможность варьировать эффективностью кулера при различной рабочей мощностью процессора. Понижение температуры платформы, даже на несколько градусов, может предотвратить его перегрев на максимальной мощности процессора. А выигрыш в шуме более, чем очевиден. Кстати, думается, что регулировку частоты вращения в зависимости от температуры ядра процессора легко и дешево можно сделать автоматической.
Следует отметить, что весьма существенным является малейший перекос при установке кулера на платформу. Он, по нашим данным, может привести к существенному снижению тепловой эффективности.
Что бы разобраться в этом немного подробней, представим механические, тепловые и шумовые характеристики, полученные нами, в виде таблицы. Здесь тепловые характеристики представлены для максимального режима.
| Температура платформы | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Кулеры | Обороты | Без вент. | С вент. | Разница | Шум | Средняя цена |
| об/мин | C° | C° | C° | дБА | у.е. | |
| FOXC-1 | 2500 | 125 | 65 | 60 | 31,7 | 13 |
| AVC-Z9M | 3600 | 116 | 54 | 62 | 41,5 | 18 |
| ICE HAM | 3000 | 140 | 87 | 53 | 32 | 19 |
| FOXC-2 | 2000 | 168 | 104 | 64 | 23 | 8 |
| AVC-Z7U | 3000 | 162 | 75 | 87 | 30 | 15 |
| Gigabyte | 3400 | 132 | 64 | 68 | 35,3 | 13 |
| 1700 | 132 | 71 | 61 | 16,5 | ||
| Titan Siberia | 2900 | 141 | 65 | 76 | 39 | 16 |
| 1400 | 141 | 73 | 68 | 20,5 | ||
Как видно из таблицы, конструкция радиатора имеет заметное влияние на эффективность охлаждения кулера. Без работающего вентилятора всё, в основном, определяется площадью теплообменной поверхности радиатора. Поэтому в нашем случае выигрывают круглые кулеры AVC и Foxconn. Неплохо смотрится и радиатор кулера Gigabyte. Но при проектировании радиаторов для систем с принудительным течением охлаждающего воздуха, к коим относятся и наши кулеры, часто забывают об одном немаловажном нюансе. А именно, гидравлическом сопротивлении воздушного тракта, то есть о потерях давления в системе. Стараясь как можно больше увеличить поверхность теплообмена, создаются очень узкие щели и тонкие длинные ребра в радиаторах. И это не есть хорошо, с точки зрения работы вентилятора. Он, грубо выражаясь, уже не может пропихнуть большого количества охлаждающего воздуха через систему. Кстати, расходных характеристики вентиляторов в паспортах кулеров часто, если не всегда, приводятся для режима холостого хода, то есть, без учета сопротивления радиатора. Все эти вопросы требуют, естественно, более глубокого рассмотрения, но это уже на совести проектировщиков. Отсюда и получается, что скорость охлаждающего воздуха в щелях всех наших радиаторов не превышает 2 м/с. Причем, как раз у кулеров с развитой поверхностью теплообмена в целом она имеет значение 1—1,2 м/с. Это и не позволяет иметь высокие коэффициенты теплообмена в системе, о чем говорилось ранее. Хотя, на данном этапе развития систем охлаждения, этого, может быть, и хватает.
Из таблицы и видно, что лучше всего работают вентиляторы у тех кулеров, где радиаторы попроще. Особенно это касается кулера AVC-Z7U, где вентилятор оказывает самое существенное влияние на температуру платформы.
Опять же налицо существенное преимущество кулеров Gigabyte и Titan Siberia, имеющих модуль управления скоростью вращения вентилятором.
Относительный уровень шума кулера не прямо пропорционален скорости вращения вентилятора. Это и понятно. Он зависит не столько от механического шума в подшипнике, сколько от аэродинамического, связанного с отрывными течениями потока воздуха в лопаточном аппарате вентилятора, а так же в радиаторе. Изогнутые против вращения вентилятора ребра в кулерах платформы Intel могут служить дополнительным источником возникновения шумов в зазоре между вентилятором и радиатором.
Что касается розничной цены на эти кулера, то она, в принципе, одного уровня. Немного пониже у кулеров Foxconn, повыше у AVC. Хотя и без каких-либо видимых причин. Самым дешевым является кулер Foxconn NBT-CMA-K8-2S, но хуже всех и работает. Но, что интересно, цена кулеров с модулем управления скоростью вращения практически такая же.
В целом же картина в данных, достаточно разных кулерах, ясна. Чем выше тепловая эффективность, тем выше и относительный уровень шума кулера. Можно ввести, конечно, некоторый универсальный критерий, связывающий эти величины, как, например в статье. Но насколько корректно соотносить чисто технические аспекты, напрямую связанные с работой компьютера, с шумовыми восприятиями, трудно сказать. Последние все-таки воспринимаются людьми по-разному и не ведут к безвозвратной потере техники. Хотя дороже здоровья ничего нет.
По-видимому, кулер надо выбирать, исходя не из общих, а из конкретных, стоящих перед пользователем, задач. Весьма привлекательным, в свете сказанного, становится применение модуля управления скоростью вращения вентилятора кулера.
