D:\sideБлогОхлаждение компьютеров

В последнее время я начал прикидывать, какой буду собирать компьютер. Хотелось чего-нибудь маленького и тихого. Уже найти маленький корпус оказалось непросто, а придумать охлаждение к нему – отдельная история. То есть, «что-нибудь тихое» – это, в моём понимании, «абсолютно тихое», то есть, даже без подвижных частей вроде вентиляторов, головок жёстких дисков и линз оптических приводов. Разумеется, даже компьютер небольшой мощности с такими компонентами обойдётся дорого, но область использования компьютера это скорее оправдывает. Хотя… это отдельная тема для обсуждения.

Из-за моего личного «задвига» на пассивное охлаждение, я прочитал довольно много разного материала о том, как охлаждаются компьютеры, на каких принципах, какими устройствами. Я не буду здесь рекомендовать каких-то конкретных, но на что смотреть - подскажу.

Мой первый компьютер скончался именно из-за проблем с охлаждением. Постоянная работа на «краю» допустимых температур его довела. Причём что обидно – я узнал о причине смерти ноутбука примерно через год после неё. Как узнал? Спасал свой второй компьютер. К слову, этот «второй» компьютер стоит в два раза дешевле, а уже показал себя намного лучше предшественника за тот же период времени, хотя и обладает несколькими его же недостатками. В том числе охлаждением.

Как работает охлаждение у ноутбуков? Зависит от ноутбука, конечно, но не сильно. Сейчас набирают моду «ультрабуки», у которых охлаждение аналогично упомянутому выше – пассивное, «остывает само». Но это экзотика. Чаще всего это обычное воздушное охлаждение. И нет, это не просто вентилятор, выдувающий из корпуса нагретый воздух, как думают некоторые. Немножко сложнее.

Начнём с того, что именно греется. Основной нагрев дают центральный процессор (почти всегда) и видеокарта (в играх). Причём их размер невелик, и их площади недостаточно для рассеивания того количества тепла, что они генерируют. В «нормальных условиях», условно, в жилом помещении, где температура 21-26 градусов по Цельсию.

Разные процессоры греются по-разному, есть даже специальная характеристика – TDP, планируемое тепловыделение. Описывается эта характеристика, как тепло, выделяемое процессором под нагрузкой из программного обеспечения, доступного сейчас на рынке. Судя по жалобам, это верно только для процессора «с завода», работающего не на максимальной частоте. У современных процессоров (как минимум у Intel) максимальная частота регулируется в зависимости от нагрузки. Причём максимальная частота прямо влияет на TDP – чем быстрее, тем горячее. Если вдруг надумаете разгонять процессор – имейте в виду, что тепловыделение существенно вырастет, удостоверьтесь, что ваше охлаждение это осилит. Также, в частности, Intel, выпускаются процессоры с пониженной частотой и сниженным таким образом TDP (индексы S, T, U). Это полезно, если вы сильно ограничены возможностями охлаждения.

Стоит отметить, что «слабые» видеокарты, вроде встроенных в процессоры, не так сильно греют систему, но и для игр годятся плохо. Поскольку они потребляют меньше мощности, их часто ставят в ноутбуки, дабы экономить заряд аккумулятора на слабых задачах. Для тех, кому нужно и в игры гонять, ставят в дополнение к ней ещё одну, более мощную, но вне игр выключенную. Такой приём называется «switchable graphics», nVidia свою систему назвали «Optimus», а AMD решили никаких названий не придумывать. И у этих систем бывают проблемы с драйверами, когда дело касается операционных систем не-Windows. В случае сборки компактных систем обычно рассчитывают на видеокарту, встроенную в процессор (AMD APU, Intel Sandy Bridge и новее).

Итак, у ноутбуков на эти компоненты чаще всего система охлаждения одна. Есть пара трубок, идущая к процессору и видеочипам, на трубках висит радиатор, через который продувается вентилятором воздух. Работает эта система довольно просто: тепло  выделяется чипами под теплотрубками, переходит на трубки, нагревает радиатор, а вентилятор просто продувает воздух через радиатор наружу. Аналогично устроено охлаждение и настольных компьютеров. Но там чаще на каждом компоненте отдельная система охлаждения с таким устройством, и по итогам их работы по всему корпусу дует нагретым воздухом. Поэтому на корпус ставят выдувающие вентиляторы. В идеале воздушный поток от процессора и видеокарты должен поступать на один из таких.

Чипы обсудили. Но к теплотрубкам переходить рано. Тепло переходит на теплотрубку через «термоинтерфейс». Как правило, под этим термином имеется в виду термопаста, но бывают и более экзотические составы, вроде жидкого металла. Это некая «паста» (по консистенции), которая намазывается на чипы, чтобы теплотрубка (или термопластина на ней, по-разному бывает) имела максимальную площадь контакта с чипом и лучше отводила тепло.

Стоит отметить, что не у всех производителей этот термоинтерфейс качественный. И примерно через год у обоих моих ноутбуков (Acer серии Aspire) термопаста выдыхалась (засыхала), и её теплопроводность от этого резко падала. Симптом – компьютер ни с того ни с сего начинает постоянно выдувать горячий воздух без особенной на то причины. Если не обращать внимания – перегрев, сильное торможение, отключение. Если ваш ноутбук ведёт себя именно так - вполне возможно, термопасту нужно заменить. Стоит она немного, куда сложнее её правильно применить. Как правило, это требует почти полной разборки ноутбука, потому что до процессора добраться всегда сложно.

Теплотрубки. Трубки, проводящие тепло. Причём будь это обычные металлические трубки, ничего бы не сработало, они тепло проводят посредственно, в теплотрубках ситуация несколько хитрее. Вспомните физику, школьные задачи на испарение жидкости (чаще воды). Чтобы вода начала испаряться, нужно нагреть её до температуры кипения, далее прикладываемая к воде энергия будет не нагревать её, а испарять, не изменяя температуры. Аналогично с паром – он отдаёт энергию телу, на которое конденсируется.

Тепловая трубка содержит в себе вещество с низкой температурой кипения, подобранное так, что при комнатной температуре жидкость не кипит, а на температурах выше, с теплом от чипа, кипит. То есть, от тепла на чипах жидкость испаряется и уходит, поскольку она легче, уступая место неиспарившейся. Соответственно, дойдя до холодных мест трубок (радиаторов), пар конденсируется, отдавая энергию металлу. То есть, жидкость здесь служит дополнительным к металлу, и существенно более эффективным теплопроводником. В пользу этому эффекту никогда не стоит располагать теплотрубки холодными концами вниз, так их эффективность существенно снизится. Некоторые китайские производители успешно это доказали (хотя вряд ли они этому рады).

Радиаторы. Более «русским» вариантом этого термина могло бы быть слово «излучатели», они излучают тепло. Тут всё просто: много металлических пластин, чем больше площадь – тем больше эффективность. Поскольку есть бесчисленное множество способов обеспечить большую площадь, производители делают радиаторы самых причудливых форм. Как правило, они поставляются в комплекте с вентиляторной системой охлаждения, но изредка попадаются и отдельные. Изредка – из-за креплений, они часто несовместимы у двух случайно взятых радиаторов и вентиляторов, даже если диаметр у фактического и «расчётного» один и тот же. Формы причудливы настолько, что на галерею вентиляторов с ценами «сверху вниз» без смеха и удивления зачастую смотреть нельзя. Серьёзно. Я пробовал.

Вентиляторы. Как уже сказано, просто продувают воздух через радиаторы, при этом воздух получает тепло с радиаторов и выводит его наружу. Как правило, есть смысл брать пропеллеры большого диаметра, потому что на одних и тех же оборотах от таких эффект выше, а шум меньше. Почему меньше шум, сказать сложно. Есть мнение, что это из-за отношения погрешности производства к размеру. Чем оно меньше (т. е. чем выше точность или больше размер), тем лучше сбалансирован пропеллер и тем меньше он будет вибрировать на моторе. Но это теория. На практике больше эффект от того, что они работают на меньших оборотах, и потому тише.

Системы жидкостного охлаждения работают принципиально так же, как и воздушные. Единственное отличие – вместо тепловых трубок используются обычные трубки и помпа, откачивающая нагретую жидкость к вынесенным куда-то в другое место радиаторам и вентиляторам на них. В остальном – работает она точно так же. Такие системы позиционируются, как бесшумные, поэтому вентиляторы хорошо подбираются, чтобы соответствовать. И стоят такие агрегаты недёшево. Но теплоотвод несколько эффективнее за счёт того, что тепло передаётся жидкости, у которой теплоёмкость больше, чем у пара того же объёма.

Некоторые системы охлаждения имеют настолько крутые радиаторы, что выдувать с них ничего не требуется – нагретый воздух сам уходит в атмосферу, потому что он теплее воздуха вокруг. Такое охлаждение называется пассивным и применяется редко, поскольку его эффективность невелика. Бывают варианты радиаторов, собранные не из пластин, а из металлических трубок, претендующих на звание «тепловых», но до него не дотягивающих по эффективности. Насколько такие системы хороши, ничего сказать не могу – они только появляются на рынке. Также компонентами таких систем являются, внезапно, корпуса. Потому что они могут иметь встроенные радиаторы и иметь в комплекте трубки, отводящие тепло с компонентов компьютера (чаще только процессора) непосредственно на корпус, где размещаются радиаторы. Весьма занятная система, с большими возможностями по уменьшению размеров.

Это не все узлы компьютера, подверженные нагреву. Нагреваются также материнская плата (обычно оснащается радиаторами изначально), оперативная память (чаще работает без радиаторов, ей хватает) и жёсткие диски. Тут больше зависит от качества изготовления. Материнской плате обычно хватает радиаторов, если в корпусе не печка, оперативной памяти тоже (горячие модели оснащают радиаторами), а нагрев жёстких дисков – один из критериев конкуренции на рынке.  SSD нагреть повседневной деятельностью и стандартными серверными задачами не слишком просто, а если боитесь за нагрев магнитного диска - можно взять диск с малым количеством оборотов, скажем, 5400 об/мин, как в ноутбучных жёстких дисках.

Но все нагревающиеся компоненты абзацем выше обычно несущественны, если у вас обычный крупный ящик, где полно места под все компоненты компьютера и ещё остался запас. Если у вас есть выдувающие вентиляторы (можно дополнить вдувающими), то за них можно вовсе не беспокоиться. Это существенно только для небольших систем, вроде ноутбуков или неттопов. Если это ваш случай – скорее всего, у вашей видеокарты уже толковое охлаждение (его обычно монтируют ещё до продажи), позаботьтесь о процессоре.

Кстати, что же происходит, когда начинается перегрев? У процессоров и видеокарт обычно есть две критических температуры. Первая, что ниже – порог активации «throttling», периодического пропуска одного или нескольких следующих тактов работы, дабы «отдышаться». Но если этого мало, и процессор продолжает греться, он достигает второго критического порога. И тут, ходят слухи, бывает всякое, но оба побывавших у меня ноутбука просто отключаются. Не выключаются по-хорошему, уведомив операционную систему, а так, будто выдернули аккумулятор. «Та_шож_тыделаешьяжсейчассгорю_к_хренам». Хотя симптомы такого поведения могут быть разными. Если вдруг ваш ноутбук ведёт себя похоже – не торопитесь повторять мои действия, вам они могут и не помочь. В моём случае они подтвердились ещё на этапе разборки компьютера.

Удачи, и да пребудет с вами прохлада.