С наступлением теплого времени года проблема охлаждения компьютера встает с особой остротой. Практически все устройства — видеокарта, процессор, жесткий диск — выделяют при своей работе тепло, которое необходимо отводить. В этой статье мы остановимся на охлаждении одной из самых важных частей PC — процессора.
Все полупроводниковые приборы, к которым, в частности, относятся и современные процессоры, при своей работе выделяют энергию в виде тепла, которое необходимо отводить, так как допустимый диапазон рабочих температур любого полупроводника в лучшем случае лежит внутри интервала от -60С до 150°С. При выходе температуры за допустимые рамки, возможны, как и механические повреждения полупроводниковой структуры, так и сильное изменение электрических параметров. Поэтому, со времен 486-х процессоров их охлаждению отводится особое место — процессоры снабжаются различными охлаждающими устройствами, призванными как раз не допустить чрезмерный перегрев.
Что касается новых процессоров Intel Pentium III, кулеры для которых будут рассматриваться в этой статье, то их температурные параметры приведены в таблице:
| Intel Pentium III 450 | Intel Pentium III 500 | Intel Pentium III 550 | |
|---|---|---|---|
| Максимальное тепловыделение, Вт | 25.3 | 28 | 30.8 |
| Максимально допустимая температура ядра, °С | 90 | 90 | 80 |
| Максимально допустимая температура L2-кеша, °C | 105 | 105 | 105 |
| Максимально допустимая температура процессорной платы, °C | 75 | 75 | 75 |
Как мы видим, процессоры Intel Pentium III должны рассеивать тепла больше, чем их предшественники, Pentium II, но при этом они допускают и больший нагрев. Следует также иметь в виду, что теперь Intel ввел характеристику, касающуюся температуры L2-кеша, которая для Intel Pentium II не оговаривалась вообще, так что это, скорее всего, означает необходимость охлаждения и этих чипов. Правда, их допустимая температура несколько выше, чем температура ядра, следовательно, на этой задаче специально останавливаться не стоит. Также, для эффективного охлаждения процессора, Intel рекомендует поддерживать температуру внутри корпуса компьютера не выше 45C.
Для улучшения охлаждения собственных процессоров принимает меры и Intel. Все новые процессоры производятся в новом процессорном картридже — SECC2. Эта упаковка отличается от ставшего уже привычным SECC отсутствием передней половинки, на которую обычно навешивался кулер. Благодаря этому радиатор, обдуваемый вентилятором, соприкасается не с металлической стенкой картриджа, а непосредственно с микросхемой процессорного ядра. Таким образом, во-первых, лучше поставлен отвод тепла, а во-вторых, открыт доступ к L2-кешу, который теперь также нуждается в охлаждении. Изменилось и покрытие кристалла. Вместо старого Plastic Land Grid Array (PLGA) используется новый органический сплав на основе меди — Organic Land Grid Array (OLGA), имеющий лучшую теплопроводность. То есть Intel позаботился о возможности более эффективного охлаждения своих новых процессоров.
Подойдем теперь к вопросу с другой стороны. Эффективность работы процессорного кулера зависит, в общем случае, от трех параметров:
- Размера радиатора. Чем большую площадь поверхности имеет радиатор, тем большее количество тепла он может отвести. Однако для хорошего теплоотвода только лишь большого радиатора недостаточно. Так как количество отдаваемого тепла напрямую зависит от разницы температур у поверхности радиатора, то не следует забывать и о вентиляторе.
- Объема прокачиваемого через радиатор воздуха. Чем сильнее поток воздуха, протекающего сквозь радиатор, тем меньше он будет нагреваться, обеспечивая тем самым лучшее охлаждение.
- Качества контакта между радиатором и процессором (тепловой интерфейс). Мало того, что материал, обеспечивающий контакт между поверхностями радиатора и процессорного ядра должен иметь хорошую теплопроводность, также необходим и хороший контакт между этими поверхностями. Воздух имеет низкую теплопроводность, поэтому наличие в зоне контакта полостей, вызванных неровностями соприкасающихся поверхностей, крайне нежелательно.
В этом небольшом тесте мы сравним 3 кулера — обычный noname и два высококачественных изделия от фирм TennMax и ElanVital.
Участники тестирования
Noname
Ничем не примечательный самый обычный кулер, состоящий из черного радиатора, имеющего небольшое количество ребер и вентилятора размером 50х50х10 мм со скоростью вращения порядка 4500 об/мин. Радиатор выполнен из алюминия, как из материала имеющего низкую стоимость и сравнительно неплохую теплопроводность. Напротив чипов кеша в радиаторе имеются прорези для их охлаждения. Вентилятор, снабженный датчиком оборотов, имеет разъем, подключающийся к системной плате. Крепление кулера на процессор осуществляется П-образной пружиной-защелкой. Тепловой интерфейс, обеспечивающий контакт радиатора с ядром процессора, выполнен на основе эластомера — резиноподобной пластины, содержащей теплопроводящие присадки.
Во время работы этот вентилятор вряд ли может обеспечить эффективное охлаждение, так как тепловой интерфейс имеет невысокую теплопроводность и нерегулярную поверхность. К тому же, крепление вентилятора посредине радиатора не обеспечивает равномерный обдув поверхности, эффективно охлаждается только центральная часть радиатора. Также следует отметить, что использование подшипников скольжения в вентиляторе вызывает сравнительно высокие шумовые характеристики и сравнительно небольшой срок службы.
Плюсы:
- Низкая стоимость
Минусы:
- Сравнительно небольшая площадь поверхности радиатора
- Неэффективный обдув радиатора
- Применение эластомера в качестве теплового интерфейса
TennMax P3 TF Cooler
Этот кулер сразу запоминается благодаря наличию 2-х вентиляторов на радиаторе, обеспечивающих равномерный воздухоток через всю поверхность. Радиатор TennMax P3 TF Cooler, по сравнению с обычными изделиями, имеет несколько большее число ребер, на которые нанесена поперечная насечка для увеличения площади поверхности. Также имеются прорези для охлаждения L2-кеша, через которые, благодаря наличию двух вентиляторов, вместо одного, чипы кеша эффективно обдуваются.
В кулере применены качественные вентиляторы размером 50х50х10 мм со скоростью вращения порядка 4000 об/мин. Выводы обоих кулеров соединены и они подключаются к системной плате посредством одного разъема. Однако, контроль количества оборотов выполняется только для одного из двух вентиляторов. Так что при остановке второго, системный мониторинг предупреждение выдать не сможет. Зато в обоих вентиляторах применены подшипники качения, что обеспечивает их долговечность и небольшой уровень шума.
Крепление кулера к процессору осуществляется очень удобно — двумя двухпозиционными пружинными защелками, подсоединяемыми к двум П-образным штифтам, вставляемым сквозь корпус процессора. Должен отметить, что такое крепление гораздо более долговечно, чем применяемая обычно пружина.
Тепловой интерфейс у TennMax P3 TF Cooler реализован с помощью специально разработанного эластомера, гораздо более эффективного по сравнению с обычными образцами. Примененный в TennMax P3 TF Cooler тепловой интерфейс размегчается при температуре около 40С, благодаря чему обеспечивает плотное соединение с охлаждаемой поверхностью — процессорным ядром.
Еще одной приятной особенностью TennMax P3 TF Cooler является возможность его крепления на PLGA SECC2-процессоры, для чего с крепежных штифтов просто необходимо удалить четыре шайбы.
Плюсы:
- Мощный воздухоток через радиатор благодаря наличию 2-х вентиляторов
- Высококачественный радиатор со сравнительно большой площадью поверхности
- Удобное крепление
- Хороший тепловой интерфейс
Минусы:
- Мониторинг только одного вентилятора
ElanVital FSCL03-L Cooler
Характерной чертой этого кулера является закрытость радиатора, благодаря чему ток воздуха, создаваемый одним вентилятором равномерно проходит через всю поверхность радиатора. Радиатор ElanVital FSCL03-L имеет чуть более высокий, чем у других кулеров, профиль и продольное, а не поперечное расположение ребер. Однако площадь поверхности этого радиатора ничуть не уступает площади поверхности TennMax P3 TF Cooler, так как ребра радиатора ElanVital FSCL03-L Cooler имеет меньшую толщину, и следовательно, расположены чаще. Дополнительной поверхностью, является и крышка радиатора.
В вентиляторе, примененном на ElanVital FSCL03-L, использован один подшипник качения и один подшипник скольжения. Скорость вращения этого вентилятора, имеющего размер 50x50x10 мм — около 4700 об/мин. Вентилятор подключается к системной плате и имеет датчик оборотов. Несмотря на то, что в вентиляторе есть трущиеся части, уровень шума производимого ElanVital FSCL03-L, самый низкий из трех протестированных кулеров.
Крепление ElanVital FSCL03-L к процессору выполняется защелкиванием четырех штифтов, встроенных в радиатор и вставляемых через корпус процессора, одной пружинной защелкой. Данное крепление также обеспечивает качественное и долговечное соединение кулера и процессора.
Тепловой интерфейс у ElanVital FSCL03-L выполнен на основе фольги, покрытой для улучшения контакта с ядром процессора термопастой. Наличие пасты обеспечивает отсутствие полостей между фольгой и охлаждаемой поверхностью, однако, к сожалению, данное решение не является многоразовым — после первого же применения часть пасты остается на процессоре. Тем не менее, фольга имеет несколько лучшую теплопроводность, чем применяемые обычно эластомеры.
Еще одной маленькой положительной чертой ElanVital FSCL03-L является то, что на кулере указано, какая его часть является верхней. Это дает возможность сразу правильно закрепить охлаждающее устройство на процессоре.
Плюсы
- Оригинальный закрытый радиатор с большой площадью поверхности
- Высокая теплопроводность теплового интерфейса
- Удобное крепление
Минусы
- Отсутствие охлаждения L2-кеша
- Использование пасты в тепловом интерфейсе, затрудняющее многоразовое использование
Тесты
Теория — теорией, но эффективность охлаждающих устройств все-таки должна исследоваться в работе. Имея в виду, что качественное охлаждение имеет прежде всего определяющее значение при разгоне процессоров, и особенно при экстремальном разгоне с повышением напряжения питания ядра, мы провели серию экспериментов по разгону процессора Intel Pentium III 450 с различными кулерами. Разгон выполнялся на системной плате, которая, как известно, позволяет повышать напряжение питания для достижения лучших результатов при оверклокинге.
При испытаниях измерялась температура процессора. К сожалению, измерить непосредственно температуру ядра не представляется возможным, поэтому мы измеряли температуру радиатора в непосредственной близости с ядром. Естественно, при этом реальная температура процессора будет немного выше измеренных значений, однако одинаковые условия для всех участников испытаний позволяют нам справедливо сравнить кулеры.
В составе тестовой системы мы использовали следующие комплектующие:
- процессор Intel Pentium III 450 МГц;
- системная плата ABIT BX6 Rev.2.0;
- видеокарта ASUS V3400TNT;
- звуковая карта на чипе Ensoniq ES1370;
- жесткий диск IBM DJNA 372200;
- 128 Мбайт SEC PC-100 SDRAM;
- операционная система Windows98.
Для измерения температуры при использовании каждого кулера мы запускали демо massive1 с программным рендерингом в разрешении 800х600 для Quake2 и измеряли температуру процессора после его выполнения. Каждое испытание проводилось пять раз и в качестве результата выбиралась средняя температура. Температура окружающей среды при испытаниях — 28C
Вот результаты:
Итак, мы видим, что температура процессора при увеличении частоты растет практически линейно, однако, в момент увеличения напряжения ядра процессра зависимость ломается, температура начинает расти более резко и качественное охлаждение выходит на первый план.
При использовании обычного Noname кулера мы имеем, что даже в номинальном режиме, температура процессора в среднем на 5 градусов выше, чем при использовании более качественных изделий. Поэтому в этом случае уже при достижении частоты 527 МГц дальнейший разгон оказывается невозможен.
Благодаря использованию высококачественных кулеров, обеспечивающих лучшее охлаждение процессора, становится возможен дальнейший разгон процессоров, с более сильным повышением напряжения питания, вызывающего более сильный нагрев кристалла. Основываясь на проведенных тестах, можно воочию убедиться, как много при оверклокинге означает качественное охлаждение.
Если сравнить результаты, полученные на ElanVital FSCL03-L и TennMax P3 TF Cooler, можно сделать вывод, что сильный воздушный поток через радиатор означает отнюдь не все. Хотя в ElanVital FSCL03-L и применен один вентилятор, благодаря продуманной организации воздухатока он обеспечивает даже лучшие результаты, чем TennMax P3 TF Cooler. Здесь же следует отметить, что хоть в ElanVital FSCL03-L и не предусмотрено охлаждение L2-кеша, его результаты не хуже чем у моделей, в которых L2-кеш обдувается воздухом. Это означает только одно — свободной циркуляции воздушных масс, обеспечиваемой открытостью SECC2-картриджа, вполне достаточно.
Выводы
Обычные кулеры обеспечивают вполне нормальное охлаждение процессора, работающего в штатном режиме. Однако, если вы задумываетесь о разгоне — необходимо подумать и о более качественном охлаждении. По результатам испытаний ясно видно, что благодаря применению специальных кулеров, становится возможным больший разгон процессора, чем в обычных условиях. В частности, нам удалось разогнать Intel Pentium II 450 до 600 МГц, то есть практически на 30%. Таким образом, если вы хотите достичь хороших результатов при разгоне системы, а также гарантировать себя от досадных зависаний вашего PC при повышени температуры окружающей среды, то, думаю, потратить дополнительные $30 на качественный кулер, типа ElanVital FSCL03-L или TennMax P3 TF Cooler, будет не лишним.
