В последнее время наметилась тенденция роста тепловой мощности, выделяемой процессорами. Усложняются системы охлаждения, растет вклад подсистемы охлаждения процессора в общую шумность системы. Считается, что применение высококачественных вентиляторов и охлаждающих решений должно помочь правильному охлаждению процессора при снижении общего уровня шума, издаваемого ПК.
Ни для кого не секрет, что у компаний-разработчиков центральных процессоров существуют требования, определяющие параметры как по энергопотреблению, так и по тепловыделению предлагаемых решений, требования к источникам питания систем.
Основная цель, которую мы ставим перед собой в данном материале, — ознакомление читателей с требованиями Intel к корпусам ПК и краткий анализ предлагаемых Intel решений для корпусов, способных «эффективно охлаждать» ПК на базе новых процессоров Intel (LGA775). Вопросы акустического дизайна корпусов в данном материале не рассматриваются.
Ознакомление с TAC
До текущего момента существовало несколько способов охлаждения «внутренностей» системы, наиболее распространенными были следующие: в корпусе присутствовал только один вентилятор — в блоке питания (это было характерно для AT-корпусов). Он выступал в роли вытяжного вентилятора корпуса, воздух «всасывался» через расположенные в различных частях корпуса щелевые или решетчатые отверстия. При этом воздух, попадающий на процессор, предварительно разогревался, соприкасаясь с другими нагретыми компонентами внутри — блоками питания, видеокартами, винчестерами и т.п., а условия охлаждения процессора значительно менялись в зависимости от конфигурации корпуса и его электронной начинки. Второй метод — установка нагнетающего вентилятора на передней панели и вытяжного вентилятора на задней панели, что уже позволяло более-менее гарантировать «качество» подаваемого к радиатору воздуха.
На сегодняшний день «стандартным» корпусом могут называться решения, в которых предусмотрено отверстие под вытяжной вентилятор, но сам вентилятор в нем не установлен. Примером такого корпуса может служить Microtech Ultra.
Для решения проблемы охлаждения процессора воздухом «гарантированного качества» Intel предложила спецификацию TAC 1.0 (Thermally Advanced Chassis, TAC). Главная идея спецификации — чтобы даже при комнатной температуре до 35°С на процессор для охлаждения поступал воздух не горячее 38°С. Большинству корпусов для доработки требовалось наличие трубы диаметром 60 мм в боковой панели напротив процессора, и наличие дополнительного отверстия на задней стенке диаметром 80 мм для выхода теплого воздуха. При необходимости туда может устанавливаться дополнительный 80 мм вентилятор. Пример корпуса, соответствующего спецификации TAC 1.0 в нашем исследовании, — это Microtech Step.
 |  |
 | |
В дальнейшем спецификация TAC была усовершенствована, ее текущая версия 1.1 по утверждению Intel позволяет эффективно охладить все существующие на сегодняшний день процессоры компании. Для большинства корпусов изменения выразились в увеличении внутреннего диаметра трубы напротив процессора до 80 мм, и увеличении отверстия на задней стенке до 90 мм — теперь там должно быть посадочное место под 92 мм. вентилятор. Качество воздуха остается прежним, однако требуемый для рассеяния того же тепла объем воздуха может прокачиваться при меньших скоростях вращения вентиляторов. Пример корпусов, отвечающих спецификации TAC1.1 в исследовании, — это Microtech Proxima и Mode Com Feel-V.
 |  |
 | |
| Microtech Proxima | |
 |  |
 | |
| Mode Com Feel-V | |
Рассмотрим общие требования к шасси из спецификации TAC1.1
Согласно спецификации, средняя температура воздуха внутри корпусов при комнатной температуре 35°С составляет 40-45°С, в целях понижения температуры внутри корпуса (в частности, для улучшения отвода нагретого воздуха от радиатора центрального процессора) Intel предложила некий референс-дизайн системы охлаждения, в котором используется «раструб». Такой референс-дизайн известен как Chassis Air Guide (CAG); решение позволяет снизить температуру воздуха у радиатора CPU до 38°С.
- Шасси должно допускать установку системных плат стандартов ATX/microATX
- В шасси должно быть два внешних 5,25 дюймовых посадочных места, одно внешнее 3,5 дюймовое посадочное место, 1 или 2 внутренних 3,5-дюймовых посадочных места
- Оснащаться одним стандартным блоком питания форм-фактора PS/2 или PS/3 — для небольших шасси
- Иметь до 7 слотов под карты расширения (включая 1 для видеокарты)
- Иметь немонолитную крышку (съемные панели)
- Иметь по крайней мере одно посадочное место под 92-мм вытяжной вентилятор на задней панели
- Блок питания должен иметь вытяжной вентилятор с вентиляционной решеткой на задней панели корпуса
- Иметь прорезь под стандартные разъемы ввода/вывода системной платы форм-фактора ATX
Эскиз типичного шасси, оснащенного раструбом, выглядит так:
При таком дизайне корпуса типичное направление движения воздуха внутри выглядит следующим образом:
На рисунке видно, что для соответствия требованиям, корпус должен поставляться с вытяжным вентилятором (92 мм, как было отмечено ранее), а также БП с вытяжным вентилятором 80 мм. Такое расположение вентиляторов создает область пониженного давления внутри корпуса, в результате чего все остальные отверстия становятся нагнетающими. В частности, стоит обратить внимание на прорези под передней панелью, через которые воздух поступает внутрь корпуса.
Сбалансированность воздушных потоков остается одним из основных моментов, гарантирующих достаточное охлаждение компонентов системы. Под сбалансированностью стоит понимать наличие достаточного количества открытого пространства в передней и боковой частях корпуса, чтобы внутренние компоненты получали достаточно воздуха извне.
Теперь к самому интересному — собственно раструбу. Конструктивно он состоит из трех частей: верхней, нижней и прокладки. Прокладка с сеткой может выштамповываться из металла или пластика, во втором случае достигается экономия затрат на производства всего блока. Прокладка может прикручиваться к боковой панели, фиксируя верхнюю часть раструба. Рекомендованное крепление верхней и нижней частей — винтовое, позволяющее удерживать обе части раструба при креплении сборки к боковой панели корпуса.
Раструб не должен входить в непосредственное соприкосновение с радиатором и вентилятором центрального процессора. Для облегчения сборки и охлаждения других внутренних компонентов между раструбом и вентилятором процессора должен оставаться зазор не более 20 мм, если это расстояние больше, то поток забираемого воздуха будет рассеиваться до попадания на систему охлаждения центрального процессора. Если зазор менее 12 мм, другие системные компоненты могут недополучить достаточного для охлаждения объема воздуха.
Проведение тестирования
Список использованного оборудования:
- Процессоры
- Intel Pentium 4 520 (2,8 ГГц, 800 МГц FSB, 1 Мб кэша 2 уровня, 90 нм техпроцесс)
- Intel Pentium 4 560 (3,6 ГГц, 800 МГц FSB, 1 Мб кэша 2 уровня, 90 нм техпроцесс)
- Системная плата — Intel D915GUX
- Память — 2×256 Мб Samsung DDR2 533 (PC2-4300)
- Жесткий диск — Maxtor D740X-6L
- Видеокарта — встроенный видеоконтроллер платы
- Корпуса (планируются к выпуску различные модификации шасси, соответствующие и спецификации TAC 1.0, и TAC 1.1, поэтому приводим только данные по наличию и диаметру воздуховода и наличию вытяжного вентилятора/посадочного места под него)
- Microtech Proxima — c 80-мм воздуховодом, вытяжной вентилятор отсутствует, посадочное место — 80 мм
- Microtech Step — c 60-мм воздуховодом, вытяжной вентилятор отсутствует, посадочное место — 80 мм
- Microtech Ultra — без воздуховода, вытяжной вентилятор присутствует, посадочное место — 80 мм
- Mode Com Feel-V — с 80-мм воздуховодом, вытяжной вентилятор присутствует (80-мм), посадочное место — 80/92 мм
- Вентилятор радиатора центрального процессора — 80 мм Intel, коробочная версия
- Термопаста — Shin-EtsuMicroSi (пр-во MicroSi)
- Термометры и термодатчики:
- Мультиметр — Protek 506
- Термометры цифровые малогабаритные, ТЦМ 9210М1 — 2 штуки
- Встроенные термодатчики системной платы
- Штангенциркуль — JOBI, цена деления — 0,02 мм
- Использованное программное обеспечение
- Intel Desktop Utilities v2.0.11.46 — мониторинг показаний датчиков системы
- CPU RightMark — тест «CPU Stability Test» — в качестве «нагрузки» для процессора
Пара слов о выборе оборудования.
При выборе процессоров мы ориентировались на более-менее «среднестатистическое» решение, взяв 2,8 ГГц Pentium 4 и самый мощный из линейки, оказавшийся в нашей лаборатории — 3,6 ГГц Pentium 4. Что касается системной платы, то тут можно спорить, однако, дабы не привносить в испытание возможных нюансов, связанных с реализацией механизма мониторинга и управления вентиляторами у разных производителей, была выбрана «референсная» плата, уж коль скоро и TAC — детище Intel, то и базовый компонент системы будет от «законодателя мод». Разумеется, собираемая система получалась несколько надуманной — у скольких ваших знакомых домашний ПК собран именно на плате Intel? Ну уж коль скоро система — «синтетическая», то пусть уж она работает и на встроенной «графике» — в конце-концов, почему такая система не имеет права на существование? Разумеется, если читателям будет интересно, то можно будет провести дополнительные замеры с системными платами других производителей, и PCI Express-видеокартой.
Основными инструментами замера температуры при испытании являлись термометры ТЦМ 9210М1, один из них использовался для замера температуры воздуха в комнате, второй — температуры воздуха, подаваемого системе охлаждения центрального процессора; размещался он на расстоянии 1-2 см от радиатора, как того требует спецификация. Protek 506 использовался в качестве «контрольного», для замера температуры около радиатора процессора — и располагался на рекомендованном расстоянии. Его показания позволили произвести скорее качественную, нежели фактическую оценку температуры.
Что касается ПО, то FanSpeed и Motherboard Monitor просто не смогли определиться с тем, какие датчики нужно опрашивать и как это делать — плата оказалась «неузнанной», поэтому единственным выбором остались Intel Desktop Utilities.
Условия проведения испытания были следующими: в качестве «термокоробки» выступала абсолютно закрытая комната с кондиционером, в которой устанавливалась температура 25°С. После установки температуры (с замерами по трем датчикам, в разных концах комнаты) запускалась система, которая работала до установки температуры плюс еще два часа после того, как температура (по показаниям датчиков системной платы) переставала изменяться. После снятия показаний система выключалась, обесточивалась и оставлялась до полной стабилизации температуры внутри корпуса (замер велся термометрами), после чего выдерживалась при установленной температуре в течение еще двух часов.
Результаты замеров
Перво-наперво, проводим замеры раструбов и сравниваем их с рекомендованными спецификациями:
| Intel | Feel-V1 | Proxima | Step | Ultra | |
| Прокладка | |||||
| Размер | 90 | 80 | 91,1 | 80 | |
| Высота | 4 | 5 | 2,2 | 4 | |
| Верхняя часть (цилиндр) | |||||
| Внутренний диаметр | 80 | 63 | 82 | 63,6 | |
| Внешний диаметр | 88 | 67 | 87,5 | 71,7 | |
| Высота (без прокладки) | 48,8 | 52 | 46,2 | 16 | |
| Нижняя часть (раструб) | |||||
| Внешний диаметр узкой части | 83,2 | 70,4 | 92,5 | 70,3 | |
| Внутренний диаметр узкой части | 82 | 66,9 | 88,6 | 65,4 | |
| Внешний диаметр широкой части | 96 | 96,2 | 107,4 | 95,7 | |
| Высота | 70 | 64,9 | 69,4 | 72,12 | |
1 совмещена с верхней частью раструба
2 113 мм в разложенном состоянии
Дошло время и до результатов замеров температур. Названия четырех крайних столбцов приведено в терминах Intel Desktop Utilities v2.0.11.46, означают они следующее:
- Processor Zone 1 — показания термодатчика на процессоре (°С)
- System Zone 1 — показания термодатчика под разъемом центрального процессора (°С)
- System Zone 2 — показания термодатчика, расположенного между каналами A и B модулей памяти (°С)
- RPM — скорость вращения вентилятора центрального процессора, об/мин
Результаты «T воздуха» (ТЦМ1), «T внутри корпуса, T1» (ТЦМ2), и «T внутри корпуса Protek» — показания двух ТЦМ и термопары Protek соответственно, устройства были размещены на расстоянии до 2 см от радиатора процессора, сбоку от него. При пробных замерах «эталона» показания температуры на ТЦМ2 отличались в меньшую сторону от показаний ТЦМ1 на 0-2°С («плавали» как в начале пробных замеров, так и на протяжении 4 часов «пристрелки»).
Исходя из этого, отметим, что к приведенным цифрам в столбце «T внутри корпуса, T1» (ТЦМ2) следует относится как к оценочным, демонстрирующим относительные колебания температур внутри корпуса (с учетом сделанной поправки относительно «плавающих» показаний). По результатам «эталонных» замеров можно сказать, что температура, приведенная столбце «T воздуха» (ТЦМ1) может считаться достаточно достоверной. В таблице приведены «мгновенные» показания, зафиксированные приборами в момент снятия показаний, постоянного снятия температур на протяжении всех двух часов работы системы с нагрузкой/без нее (для вычисления средней) не проводилось.
| T воздуха | T внутри корпуса Protek | T внутри корпуса, T1 | Processor Zone 1 | System Zone 1 | System Zone 2 | RPM | |
| P4 2,8 ГГц Prescott | |||||||
| Proxima с нагрузкой | |||||||
| начало | 25 | 22 | 23 | 33 | 29 | 23 | 2136 |
| через 2 часа | 25 | 35 | 26 | 50 | 42 | 35 | 2150 |
| Proxima без нагрузки | |||||||
| начало | 25 | 25 | 25 | 35 | 32 | 25 | 2130 |
| через 2 часа | 25 | 28 | 25 | 35 | 32 | 26 | 2160 |
| Step c нагрузкой | |||||||
| начало | 25 | 26 | 26 | 36 | 32 | 25 | 2143 |
| через 2 часа | 25 | 38 | 38 | 51 | 42 | 35 | 2175 |
| Step без нагрузки | |||||||
| начало | 24 | 22 | 23 | 33 | 30 | 23 | 2140 |
| через 2 часа | 25 | 34 | 28 | 42 | 37 | 31 | 2160 |
| Ultra c нагрузкой | |||||||
| начало | 25 | 25 | 25 | 35 | 30 | 23 | 2150 |
| через 2 часа | 25 | 36 | 27 | 49 | 41 | 34 | 2150 |
| Ultra без нагрузки | |||||||
| начало | 25 | 23 | 23 | 34 | 30 | 23 | 2153 |
| через 2 часа | 25 | 30 | 26 | 37 | 34 | 27 | 2160 |
| Feel-V с нагрузкой | |||||||
| начало | 25 | 23 | 23 | 36 | 29 | 22 | 2116 |
| через 2 часа | 25 | 35 | 27 | 48 | 40 | 33 | 2120 |
| Feel-V без нагрузки | |||||||
| начало | 25 | 25 | 25 | 35 | 29 | 23 | 2133 |
| через 2 часа | 25 | 28 | 25 | 35 | 32 | 25 | 2143 |
Судя по результатам замеров температур в системах, оснащенных «среднестатистическим» центральным процессором, даже при максимальной загруженности процессора в течение двух часов скорость вращения вентилятора центрального процессора остается примерно на начальном уровне. Единственное исключение — высокая температура Processor Zone 1 у корпуса Step (самый маленький воздуховод, отсутствие вытяжного вентилятора) и максимальная в тесте скорость вращения вентилятора центрального процессора. Обусловлено это небольшими размерами корпуса и небольшим диаметром воздуховода. Обратите внимание и на температуру Processor Zone 1 у Proxima через два часа работы под нагрузкой и при этом относительно низкую скорость вращения вентилятора процессора. Оно и понятно: и воздуховода большего диаметра, и размеры самого корпуса побольше. Завершим промежуточные итоги рассмотрением системы без воздуховода, но оснащенной вытяжным вентилятором — Ultra. 49° С — температура Processor Zone 1, совместимая с температурой блока, оснащенного 80-мм воздуховодом, но без вытяжного вентилятора.
| P4 3,6 ГГц Prescott | |||||||||
| T воздуха | T внутри корпуса Protek | T внутри корпуса, T1 | Processor Zone 1 | System Zone 1 | System Zone 2 | RPM | Т | В | |
| Proxima с нагрузкой | |||||||||
| начало | 25 | 23 | 23 | 36 | 30 | 23 | 2100 | 80 | — |
| через 2 часа | 25 | 38 | 27 | 58 | 45 | 38 | 2582 | 80 | — |
| через 2 часа, панель без воздуховода | 25 | 23 | 23 | 63 | 50 | 44 | 4473 | — | — |
| Proxima без нагрузки | |||||||||
| начало | 25 | 25 | 24 | 37 | 31 | 25 | 2106 | 80 | — |
| через 2 часа | 25 | 32 | 26 | 39 | 35 | 29 | 2304 | 80 | — |
| Step c нагрузкой | |||||||||
| начало | 25 | 24 | 24 | 37 | 32 | 25 | 2103 | 60 | — |
| через 2 часа | 25 | 39 | 29 | 60 | 47 | 40 | 2670 | 60 | — |
| через 2 часа, панель без воздуховода | 25 | 43 | 29 | 64 | 49 | 43 | 4549 | — | — |
| Step без нагрузки | |||||||||
| начало | 25 | 25 | 24 | 37 | 31 | 24 | 2110 | 60 | — |
| через 2 часа | 25 | 33 | 27 | 40 | 36 | 30 | 2553 | 60 | — |
| Ultra c нагрузкой | |||||||||
| начало | 25 | 24 | 24 | 38 | 31 | 25 | 2100 | — | 80 |
| через 2 часа | 25 | 32 | 27 | 55 | 42 | 35 | 3070 | — | 80 |
| без вытяжного вентилятора (отключен) | 25 | 35 | 28 | 57 | 43 | 36 | 4549 | — | — |
| Ultra без нагрузки | |||||||||
| начало | 25 | 25 | 25 | 37 | 31 | 25 | 2100 | — | 80 |
| через 2 часа | 25 | 28 | 26 | 39 | 35 | 28 | 2304 | — | 80 |
| без вытяжного вентилятора (отключен) | 25 | 31 | 26 | 40 | 36 | 30 | 3302 | — | — |
| Feel-V с нагрузкой | |||||||||
| начало | 25 | 25 | 25 | 36 | 30 | 23 | 2097 | 80 | 80 |
| через 2 часа | 25 | 33 | 28 | 55 | 42 | 36 | 2567 | 80 | 80 |
| Feel-V без нагрузки | |||||||||
| начало | 25 | 25 | 25 | 36 | 30 | 23 | 2100 | 80 | 80 |
| через 2 часа | 25 | 28 | 25 | 37 | 33 | 26 | 2100 | 80 | 80 |
- Столбец «T» — наличие (цифра означает диаметр отверстия, мм) или отсутствие (–) воздуховода
- Столбец «В» — наличие (цифра означает размер, мм) или отсутствие (–) вентилятора
Здесь результаты интереснее, тем более что для Proxima и Step были созданы «экстремальные» условия: панель с воздуховодом была заменена панелью без оного. В результате получились две дополнительные системы: стандартный ATX корпус, который можно найти в любом магазине, и система в корпусе midiTower. Как видно из приведенной таблицы, 3,6 ГГц Prescott чувствует себя достаточно неуютно при продолжительной полной загруженности практически во всех случаях, если у корпуса нет вытяжного вентилятора или воздуховода. Судя по данным замеров с использованием Ultra, можно сказать, что отсутствие воздуховода является более критичным (даже при «простое» системы) и не компенсируется даже наличием одного лишь вытяжного вентилятора.
Не проводя «количественных» замеров уровня звука (все же условия в лаборатории, в частности, высокий уровень фоновых шумов), опираясь только на субъективные ощущения, отметим, что при скорости вращения вентилятора центрального процессора 3070 об/мин. возникает достаточно неприятный звук, а при скорости вращения более 4,5 тыс. оборотов уровень производимого системой шума не вызывает ничего кроме раздражения, терпеть шум возможно не более 10 минут; более того, появляется заметная вибрация корпуса.
Выводы
Судя по результатам проведенного испытания, при создании системы на базе более-менее среднего в плане тактовой частоты процессора наличие в корпусе воздуховода не является критичным, в отличие от сборки системы на топовых моделях процессоров. Самым же оптимальным решением является наличие в корпусе обоих элементов — и воздуховода, и вытяжного вентилятора — достаточно взглянуть на результаты замеров температуры при использовании корпуса Feel-V. Таким образом, при выборе корпуса для сборки системы на мощных процессорах рекомендуется обращать внимание на наличие 80-мм воздуховода и посадочное место под 80-мм (лучше — 92-мм вытяжной вентилятор). Это, как показали тесты, позволит, во-первых, обеспечить качественное охлаждение центрального процессора системы, а, во-вторых, снизить шум, возникающий при работе вытяжного вентилятора корпуса и кулера CPU на высоких оборотах.
Стоит еще раз отметить, что система — «синтетическая», поэтому в ней не использовалась видеокарта с шиной PCI Express, которая с большой степенью вероятности будет в домашней системе. Исходя из того, что по средним подсчётам видеокарта выделяет 70-90 Вт, результаты замеров температур будут другими. Не стоит забывать и о том, что в тестовом стенде использовался один 20 Гб жесткий диск, в реальной домашней системе количество НЖМД и их емкость выше. Оба этих фактора стоит учитывать при выборе корпуса для домашней системы.
Наконец, хотелось бы еще раз отметить, что предложенные для проведения тестирования корпуса (за исключением Ultra без воздуховода) соответствуют требованиям спецификации TAC. По имеющейся информации, отныне и Ultra будет поставляться в новом исполнении — c панелью, оснащенной воздуховодом.
Напомним еще раз о готовности проведения дополнительных тестов корпусов, но при этом понадобится помощь читателей — для обсуждения в форуме «эталонной начинки» тестовой системы, поскольку физически все возможные конфигурации стенда придумать сложно.
