Предисловие
Тестирование процессорных кулеров (или процессорных охладителей), несмотря на относительную простоту самих устройств, не такая простая задача. Наверное, главная проблема при проведении тестирования процессорных кулеров — определение метода и способа их тестирования. В интернете можно найти несколько различных подходов к этой проблеме, но, как говорится, сколько людей, столько и мнений, поэтому далее мы представим наш собственный взгляд на тестирование кулеров.
Обычно тестирование кулеров сводится к измерению температуры процессора при различных режимах его загрузки, то есть оценивается эффективность охлаждения конкретного процессора. Еще одним важным параметром для кулеров является шум, издаваемый ими при работе, который можно измерить с помощью чувствительного шумомера. На наш взгляд, совокупность этих двух параметров может достаточно четко охарактеризовать конкретную модель кулера и позволит в дальнейшем выбирать для покупки оптимальную модель на основе этих данных. Главная идея нашего тестирования заключается в том, чтобы построить кривую соответствия уровня шума и температуры для определенной модели кулера. При этом мы сознательно обходим такое понятие, как скорость вращения крыльчатки вентилятора кулера. Это объясняется тем, что на текущий момент существует множество моделей с несколькими вентиляторами, а также системы водяного охлаждения, в которых само понятие скорости вращения несколько расплывчато. Как мы думаем, для пользователя важными параметрами являются именно шум и эффективность охлаждения, а сравнение кулеров по остальным параметрам — весьма спорный подход к тестированию.
Конечно, построить такой график достаточно просто, имея отдельный стенд для тестирования и чувствительный шумомер, но есть небольшой нюанс, на который бы хотелось обратить внимание. Он заключается в том, что если мы привязываемся к одному стенду для тестирования, а управление кулером передаем системной плате, то после установки кулера на процессор тестируется уже не столько сам кулер, сколько связка из трех устройств: кулер, материнская плата и процессор. Таким образом, результаты для разных системных плат могут сильно отличаться друг от друга, и для корректного, на наш взгляд, сравнения кулеров такой метод не совсем подходит. Для того чтобы отвязаться от конкретной системной платы, мы реализовали свою собственную систему управления кулером, которая включает в себя управление двумя популярными способами, используемыми на современных системных платах.
Первый из них заключается в том, чтобы динамически изменять напряжение питания, регулируя тем самым обороты крыльчатки вентилятора на кулере (в случае водяной СО регулируется скорость водяного потока и охлаждающих вентиляторов). То есть по мере роста температуры процессора увеличивается и напряжение питания кулера, а следовательно, возрастает скорость вращения вентилятора. Для современных системных плат диапазон изменения напряжения составляет от 6 до 12 В. Причем если 12 В — это достаточно четкий верхний предел, то для некоторых материнских плат нижняя граница напряжения может быть и ниже 6 В. Стоит также отметить, что изменение таблицы соответствия текущей температуры процессора и напряжения питания кулера обычно доступно для пользователя в весьма условной форме, а сама таблица может изменяться от одной версии BIOS к другой. Кулеры, поддерживающие только технологию динамического изменения напряжения питания, оснащаются 3-контактными разъемами: два контакта используются для подачи напряжения питания, а третий служит для передачи сигнала тахометра, с помощью которого контролируется текущая скорость вращения вентилятора (обычно она указывается в оборотах в минуту, об/мин, или Rotation Per Minute, RPM).
Второй способ управления скоростью вращения вентилятора — применение управляющего сигнала с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ, или Pulse Width Modulation, PWM). Специальный ШИМ-контроллер на материнской плате формирует последовательность прямоугольных импульсов, подаваемых на контроллер вентилятора. Эти импульсы применяются как управляющие сигналы для работы вентилятора. Частота управляющих ШИМ-импульсов остается неизменной, меняется лишь их коэффициент заполнения (Duty Cicle), определяемый как отношение времени, которое ШИМ-сигнал находится при высоком напряжении, к длительности всего импульса. Для системных плат типичная частота следования ШИМ-импульсов составляет 21-23 кГц (стандартом допускается от 21 до 28 кГц), а коэффициент заполнения импульсов варьируется от 40% до 100%, однако нижняя граница зависит от конкретного ШИМ-контроллера и может быть ниже 40%. Отметим, что все кулеры, поддерживающие ШИМ-технологию, оснащены 4-контактным разъемом и обратно совместимы с управлением через динамическое изменение напряжения питания.
Условия и инструменты тестирования
С учетом этих особенностей мы постарались обеспечить независимость результатов испытаний от материнской платы с помощью отдельного ШИМ-контроллера и блока питания, к которым и подключается исследуемая модель кулера. Увы, отказаться от использования процессора как основного «нагревательного» элемента нельзя в силу того, что реализовать управляемую модель процессора с изменяемыми параметрами мы пока не можем.
![](coolers-technique/stand.jpg)
Поэтому для тестирования эффективности охлаждения мы использовали стенд, состоящий из системной платы Biostar TPower X79 и процессора Intel Core i7-3820 c TDP 130 Вт. У процессора был отключен режим Turbo Boost, и для всех ядер был выставлен множитель 38, то есть все ядра Intel Core i7-3820 работали на фиксированной частоте 3,8 ГГц, а напряжение питания процессора составляло 1,35 В. На стенде была установлена видеокарта Nvidia GeForce 7600 GS с интерфейсом PCI-E. В качестве оперативной памяти использовались два модуля Kingston KVR1333D3N8K2 и один модуль Patriot G2 (PGD34G1600ELK), работающие на частоте 1333 МГц и общим объемом 3 ГБ. Мы предполагаем, что в дальнейшем можем перейти к использованию другой платы для тестирования, так как некоторые из кулеров попросту не поддерживают установку на разъем Socket (LGA) 2011. Как только это произойдет, методика будет дополнена.
Для формирования управляющих ШИМ-импульсов применялся отдельный ШИМ-контроллер, который позволял задавать коэффициент заполнения в пределах от 0 до 100% с частотой 25 кГц и амплитудой 5 В. Для задания необходимого напряжения питания использовался внешний блок питания Mastech HY1802D, позволяющий регулировать напряжение питания в диапазоне от 0 до 18 В. Скорость вращения вентилятора контролировалась посредством данных утилиты AIDA64 и данных, полученных с платы ШИМ-контроллера (к ней также был подключен провод от тахометра вентилятора).
Температура окружающей среды в ходе тестирования поддерживалась на уровне 23-25 °C, а сам стенд для тестирования располагался в открытом корпусе Cooler Master Lab Test Bench.
Процессор загружался на 100% с помощью утилиты AIDA64 и ее теста Stress FPU, который использует вычисления с плавающей запятой и в большей степени нагревает процессор.
![](coolers-technique/realtemp.gif)
Температура процессора контролировалась с помощью утилиты Real Temp GT 3.7. Процессор в режиме максимальной нагрузки разогревался до тех пор, пока его температура не стабилизировалась (от 5 до 15 минут). В режиме простоя, то есть когда процессор нагружен не более чем на 3-4%, данные температуры снимались по истечении 10-25 минут. Поскольку утилита показывает температуру для каждого из ядер, за общую температуру мы берем среднее (среднее арифметическое) значение по всем четырем ядрам на момент измерения.
![](coolers-technique/noise-meter.jpg)
Измерение уровня шума проводилось в специальной звукопоглощающей камере. Высокочувствительный шумомер располагался в 50 см от центра процессорного разъема на высоте 50 см от плоскости системной платы, так что расстояние до процессора по прямой составляло около 70 см. Такое местоположение было выбрано, чтобы не привязываться к габаритам тестируемого кулера. Показания уровня шума снимались после стабилизации в течение 3-5 минут. Отметим, что при измерении уровня шума не использовалась стандартная методика, поэтому полученные нами цифры нельзя сравнивать с уровнем шума, указанным в технических характеристиках кулеров — их можно применять только для сравнения уровня шума кулеров, протестированных именно по нашей методике. Согласно нашим замерам, при отсутствии источников шума показания шумомера в звукопоглощающей комнате составляют 17,9 дБА. Субьективно уровень шума в этой комнате настолько низкий, что воспринимается среднестатистическим человеком как полная и «гнетущая» тишина.
Этапы тестирования
- определение зависимости скорости вращения вентилятора кулера от коэффициента заполнения ШИМ-импульсов и/или напряжения питания;
- определение зависимости температуры процессора в режиме простоя от коэффициента заполнения ШИМ-импульсов и/или напряжения питания;
- определение зависимости температуры процессора при его полной загрузке от коэффициента заполнения ШИМ-импульсов и/или напряжения питания;
- определение уровня шума в зависимости от скорости вращения вентилятора кулера при управлении с помощью ШИМ-импульсов и/или изменением напряжения питания;
- построение кривой соответствия уровня шума и температуры в зависимости от скорости вращения вентилятора кулера при управлении с помощью ШИМ-импульсов и/или изменением напряжения питания;
- определение напряжения питания, при котором вентилятор начинает свое вращение;
- определение напряжения питания, ниже которого вентилятор прекращает свое вращение.
![](coolers-technique/CoolerMaster-X6-Elite-m.jpg)
Далее мы приведем данные, полученные нами при тестировании кулера Cooler Master Elite X6 для каждого из этапов, чтобы наглядно продемонстрировать, что́ мы в итоге получаем для каждого из протестированных кулеров. Все данные приведены в отдельном XLS-файле, который можно загрузить для более подробного ознакомления.
Этап 1. Определение зависимости скорости вращения вентилятора кулера от коэффициента заполнения ШИМ-импульсов и/или напряжения питания
![](coolers-technique/stage-1.png)
![](coolers-technique/stage-1-1.png)
Как видно из приведенных графиков, минимальные и максимальные значения скорости вращения для разных типов управления у одной и той же модели кулера могут отличаться. Более того, несмотря на то, что метод динамического изменения питания уже практически не применяется в кулерах, при его использовании иногда можно получить более широкий диапазон скоростей вращения, что позволит добиться совершенно иного графика соответствия шума и скорости вращения. В применении к данному кулеру, управление с помощью ШИМ предпочтительнее, так как диапазон оборотов шире, хотя и ненамного.
Этап 2. Определение зависимости температуры процессора в режиме простоя от коэффициента заполнения ШИМ-импульсов и/или напряжения питания
![](coolers-technique/stage-2.png)
![](coolers-technique/stage-2-2.png)
Управление кулером за счет изменения напряжения питания позволило получить более плавный график снижения температуры, чем при использовании ШИМ-контроллера.
Этап 3. Определение зависимости температуры процессора при его полной загрузке от коэффициента заполнения ШИМ-импульсов и/или напряжения питания
![](coolers-technique/stage-3.png)
![](coolers-technique/stage-3-3.png)
Как видно, в режиме максимальной нагрузки различие между типами управления этого кулера не так явно сказывается на температуре, как в режиме простоя.
Этап 4. Определение уровня шума в зависимости от скорости вращения вентилятора кулера при управлении с помощью ШИМ-импульсов и/или изменением напряжения питания
![](coolers-technique/stage-4.png)
![](coolers-technique/stage-4-4.png)
Этап 5. Построение кривой соответствия уровня шума и температуры в зависимости от скорости вращения вентилятора кулера при управлении с помощью ШИМ-импульсов и/или изменением напряжения питания
![](coolers-technique/stage-5.png)
![](coolers-technique/stage-5-5.png)
![](coolers-technique/stage-5-6.png)
![](coolers-technique/stage-5-7.png)
Этапы 6 и 7. Определение напряжения питания, при котором вентилятор начинает свое вращение, и определение напряжения питания, ниже которого вентилятор прекращает свое вращение
Пусковое напряжение, В | 6,6 |
Остановка крыльчатки, В | 4,5 |
Для вентилятора, установленного на кулер Cooler Master Elite X6, минимальное напряжение, при котором он начинает свое вращение, на 2 В выше, чем минимальное напряжение, при котором он еще крутится. Это достаточно важный параметр, так как эта разница может быть и больше, и меньше в зависимости от модели. К слову сказать, этот параметр зависит еще и от наработки, то есть от износа и загрязненности подшипников, от степени деградации смазки в подшипниках. Стоит учитывать, что большинство системных плат и их BIOS созданы таким образом, что при запуске или перезагрузке подают на подключенные вентиляторы и кулеры максимальное напряжение, что обеспечивает гарантированный запуск всех вентиляторов.
Заключение
В качестве небольшого заключения отметим, что данная методика новая, поэтому в ней могут быть недочеты и в нее, скорее всего, впоследствии будут внесены различные изменения. В силу объективных причин у нас нет возможности оценить уровень шума кулера в различных условиях эксплуатации, а именно в малогабаритных и больших корпусах, так как для каждого случая это будет индивидуальный показатель. Возможно, в будущем мы добавим оценку такого важного параметра, как габариты кулера, поскольку некоторые «монстрообразные» модели далеко не всегда можно разместить на стандартных системных платах из-за того, что они будут мешать другим компонентам ПК. На наш взгляд, любой кулер в конечном счете должен отвечать двум главным критериям: во-первых, он должен справляться с охлаждением процессора при максимальной загрузке, а во-вторых — быть тихим. Если кулер отвечает этим двум критериям, то совершенно неважно, какова скорость его вращения, какой воздушный поток он создает и т. п. Поэтому при тестировании кулеров мы сосредоточились на измерении и сопоставлении именно этих двух характеристик — эффективности охлаждения и уровня создаваемого шума.