Архивы: по дате | по разделам | по авторам

Дело мастера

автор : Сергей Озеров 01.04.2005

Про закон Мура, согласно которому число транзисторов в процессоре удваивается каждые полтора года, знают, наверное, все. Но немногие знают о существовании Moore’s Law for power consumption, согласно которому каждые 18 месяцев удваивается еще и энергопотребление каждого вычислительного узла.

Еще в 2001 году CTO компании Intel Пэт Гелсингер, давая оценку этой ситуации, обратил внимание, что исходя из этого закона через десять лет тепловыделение процессоров сравняется по плотности теплового потока с тепловыделением ядерного реактора. А сегодня ситуация стала даже хуже: из-за "неожиданно" больших утечек тока в изготавливаемых по тонким технологическим процессам транзисторах некоторые оценки тепловыделения для гипотетического процессора 2015 года получаются столь велики, что поток тепла, снимаемый с его кристалла, будет превосходить тепловой поток с такого же по размерам участка поверхности Солнца. Конечно, едва ли в обозримом будущем на месте современных процессоров засияют ослепительно яркие звездочки, но пока инженеры изобретают пути выхода из "теплового тупика", нам остаётся только одно - использовать все более эффективные и, не побоимся этого слова, изощренные системы охлаждения.

Как пример относительно свежего подхода к проблеме охлаждения рассмотрим три топовых кулера от небезызвестной российским пользователям компании Cooler Master - модели Hyper 6, Hyper 48 и Ultra Vortex. В качестве базовой точки отсчёта в тестирование мы также включили один из лучших кулеров 2003-2004 годов - Zalman 7000B-Cu. Поскольку платформу LGA 775 поддерживают далеко не все участники нашего тестирования, тестовый стенд был собран на альтернативной" платформе Socket 939, и "в отряд космонавтов" было решено добавить заодно и боксовый кулер, прилагаемый к процессорам AMD. Тепловыделение Athlon 64 сейчас ниже, чем у Pentium 4 Prescott, но сравнить между собой кулеры нам это не помешает. В роли "нагревательного элемента" использовался кристалл ADA3500DEP4AW, разогнанный до частоты 2,42 ГГц с повышенным напряжением питания¹. Уровень шума, дабы не изобретать "сферического коня в вакууме", оценивался субъективно. Температура воздуха в комнате, где проводилось тестирование, составляла +25°C.

Заявленные технические характеристики четырех медных кулеров (кликните мышью для просмотра).

Все современные топовые кулеры допускают установку на несколько типов платформ (Socket 754/939/940 и Socket 478 поддерживается всеми; Socket A и Socket 775 - как придется) и поэтому поставляются в виде своеобразных наборов "сделай сам": перед установкой кулера в систему оттуда, скорее всего, придется демонтировать уже установленные крепежные приспособления и привинчивать на их место прилагающиеся к данному конкретному радиатору рамки, винтики, скобы крепления. Не самая тривиальная процедура, но лучше делать так, как велит производитель, ибо типовой материал для изготовления этих кулеров - чистая медь, а средний вес - от 750 грамм до килограмма, в то время как нормативы на все современные сокеты, вообще говоря, запрещают установку на них кулеров массой более 450 грамм². Скорость вращения вентиляторов как правило, регулируется, поэтому всюду приводим значения, соответствующие "тихому" и "крейсерскому" режимам.

AMD Boxed Cooler

Для начала - пара слов о стандартном боксовом кулере AMD (а также лирическое отступление на тему, нужно ли вообще покупать кулеры за 40 долларов). Довольно большой пластинчатый алюминиевый радиатор классической формы на пару с тихим вентилятором, конечно, показывает самые худшие результаты, но с основной своей задачей - охлаждением процессора (даже разогнанного) справляется³. Это единственный кулер в обзоре, умеющий самостоятельно, без какой-либо помощи со стороны материнской платы, регулировать обороты в зависимости от температуры набегающего воздуха.

Боксовый кулер для процессоров AMD (от компании Asia Vital Components).

Поскольку термодатчик установлен в области крыльчатки, с температурой процессора поведение схемы регулирования, очевидно, кореллирует не всегда, но в общем случае (без прямого подвода воздуха снаружи) эта мелочь позволяет насладиться всеми прелестями Cool’n’Quiet на материнской плате, поддерживающей данную технологию⁴. Шум от вентилятора на минимальных оборотах совсем незначительный; на полных - весьма ощутимый, но еще не раздражающий. Система крепления нареканий не вызывает: кулер ставится за несколько секунд, что называется, голыми руками и очень надежно при этом фиксируется. Одним словом, менять его на что-то другое имеет смысл только в том случае, если

вам нужен особенно тихий компьютер,
вы хотите разгонять процессор⁵,
у вас дома стоит особенно горячий Pentium 4 Prescott с частотой от 3,2 ГГц, Athlon 64 4000+, Athlon 64 FX 55⁶ или что-нибудь еще более мощное.

Zalman 7000B-Cu

Легендарный кулер, до сих пор украшающий прилавки множества компьютерных магазинов и пользующийся немалой популярностью, несмотря на то что топовой моделью линейки у Zalman сегодня является уже 7700-Cu⁷. Полностью медный радиатор набран из полусотни пластин, расположенных в виде цветка и запрессованных у основания в единое целое. Вентилятор смонтирован прямо внутри радиатора. Качество изготовления - высочайшее, шлифовка подошвы заслуживает самых высоких похвал. И пусть это уже далеко не самый эффективный кулер, но зато по-прежнему необычайно тихий. На вентиляторе не экономили: два шарикоподшипника, никакого жужжания, свиста, вибраций (в частности, благодаря тому, что крыльчатка сидит сравнительно низко над плоскостью платы) - только ровный шум текущего воздуха: на минимальных оборотах он напоминает тихий шелест; в крейсерском режиме перекрывает шум видеокарты, но слух не раздражает. Вентилятор эффективно обдувает все близлежащие к сокету компоненты - память, обратную сторону видеокарты, северный мост чипсета и, главное, стабилизатор питания самого процессора. По размерам конструкция 7000B-Cu поместится практически в любой корпус.

Zalman 7000B-Cu.

Система крепления - универсальная, пригодная для установки вообще на любые сокеты, от Socket A до Socket 775. С сокетами 478/754/939/940 никаких проблем возникнуть не должно: после удаления штатной крепежной рамки установка залмановского крепления занимает буквально минуту, после чего кулер привинчивается через мощную тугую клипсу к нему парой винтов. Это чуть сложнее, чем установка боксового кулера (так как требует наличия крестовой отвертки и одну минуту времени), но зато радиатор в итоге очень надежно и плотно прижимается к процессору. В комплект 7000B-Cu входит удобный блок регулировки скорости вращения кулера Fan Mate 2 - его можно вынести за пределы корпуса и приклеить в любом месте, где только будет удобно, а можно не подключать вовсе и не возиться с лишними проводами.

Cooler Master Ultra Vortex

Еще один красивый кулер с цельномедным радиатором, набранным из радиально расходящихся ребер. Техника изготовления, впрочем, отличается от подхода Zalman: ребра, сделанные из тонких листов меди и слегка изогнутые, припаяны к сердечнику (см. фото). Подошва радиатора матовая, качественно отшлифованная, но явно не полированная. Вентилятор, сделанный из прозрачного пластика, наверняка приглянется моддерам.

Cooler Master Ultra Vortex.

Крыльчатка посажена на особо хитрый патентованный подшипник скольжения. Cooler Master называет это Rifle Bearing (см. снимки), и в теории шум должен быть даже ниже, чем у конструкции с качественным подшипником качения (судя по представленным на сайте схемам, эта система чем-то напоминает гидродинамические подшипники, используемые в жестких дисках), но на практике Ultra Vortex не тише Zalman 7000B-Cu - на низких оборотах помимо аэродинамического шелеста улавливается и легкое механическое "жужжание". На полной скорости возрастает прежде всего механическая составляющая, и объяснение, наверное, в том, что крыльчатка находится выше, чем у Zalman 7000B-Cu, а конструкция крепления вентилятора в сборе менее жесткая (сравните: корейцы закрепили статор в максимально жестком основании радиатора, а тайваньцы - через вспомогательную комбинацию пластиковых рамок), хотя, как видно на фотографии, CoolerMaster не ленится балансировать крыльчатки специальными грузиками. Как бы то ни было, по тепловым характеристикам - выигрыш в 3-4 °C у Zalman 7000B-Cu.

Крепление не поддерживает ни Socket A, ни Socket 775: допускается установка только на традиционные Socket 478/754/939/940. Радиатор фиксируется на плате винтами, но не совсем обычно, что закручивать их приходится с обратной стороны материнской платы. Сам производитель предлагает это делать примерно следующим образом: положить куда-нибудь подошвой вверх кулер, поместить сверху материнскую плату с установленным процессором (предварительно намазанным пастой) и в таком положении орудовать отверткой. Не гуманным мне показалось и то, что регулятор скорости намертво припаян к кулеру и отключить его невозможно (придется искать место в корпусе, чтобы его пристроить).

Cooler Master Hyper 6

Hyper 6 - примечательное, но не оригинальное сооружение (на Computex 2004 аналогичные конструкции показали, пожалуй, все более или менее известные производители систем охлаждения), основанное на технологии тепловых трубок. Напомним, что тепловая трубка это суть герметичная вытянутая капсула из какого-либо хорошо проводящего тепло материала (как правило, меди), заполненная специальным теплоносителем. С одной стороны трубки - тепло, снимаемое с предмета охлаждения, с другой - радиатор, активно его рассеивающий. Середина свободна для беспрепятственной возгонки теплоносителя (легкокипящей жидкости), а стенки снабжены капиллярами, для его возвращения после конденсации в зону испарения независимо от ориентации и гравитации. Как известно, испарение жидкости забирает массу тепла, причем температура жидкости при этом остается постоянной, и, скажем, увеличение теплового потока вызовет только усиление кипения, но не повысит температуру данного конца трубки.

Cooler Master Hyper 6.

Нижняя часть кулера - увесистый медный теплоприемник, задача которого - обеспечить достаточно высокую теплоемкость системы⁸ и передать тепло шести запрессованным в него тепловым трубкам. Трубки поднимаются на 12 сантиметров над уровнем подошвы, а начиная с уровня пяти сантиметров на них напаяно с небольшими промежутками 27 горизонтально расположенных тонких медных пластин. Вся конструкция убрана в алюминиевый "короб", с двух концов которого предусмотрены посадочные места для стандартных вентиляторов диаметром 80 мм, продувающих пластины насквозь. Один вентилятор прилагается в комплекте кулера. Весит такая цельномедная конструкция без малого килограмм, но зато и эффективность - выше всяких похвал: Hyper 6 выигрывает 6-9 °C⁹ у 7000B-Cu. Оверклокеры явно останутся довольны.

Штатный вентилятор кулера сам по себе, возможно, неплох (хотя подшипник скольжения изначально указывает на экономию), но на высоких оборотах, будучи закреплен на большом рычаге (минимальное биение крыльчатки будет усилено), вызывает ощутимый среднечастотный гул. Я попробовал снять вентилятор с кулера вообще, но эксперимент с пассивным охлаждением провалился - температура процессора под нагрузкой быстро дошла до 80°C и останавливаться на достигнутой отметке явно не собиралась.

Процедура сборки и установки Hyper 6 на материнскую плату кропотлива и не терпит суеты. Комплектный вентилятор на радиатор пользователю предлагается устанавливать самостоятельно. Питается кулер не от обычного трехпинового коннектора, а напрямую от блока питания, но чтобы при этом не терять датчик скорости вращения вентилятора, один проводок к материнской плате подключить все же придется. Регулятор скорости отключить нельзя - придется искать место для его установки, ставить для него планку, самому прикручивать туда потенциометр...

Пластиковая рамка крепления, очень напоминающая конструкцию оной для Socket 478, точно фиксирует радиатор над процессором, но прижимается он, на мой взгляд, недостаточно надежно: специального "посадочного места" на радиаторе для упругих скоб не предусмотрено, и они едва не съезжают в сторону (сталь по меди скользит очень хорошо, примерно так и делают подшипники качения). Кстати, кулер на моей материнской плате оказался после установки ориентирован радиатором "поперек" потока воздуха, предполагаемого ATX-корпусом, и вместо красивого и логичного варианта со сквозной продувкой воздуха пришлось выбирать, во что утыкаться воздухозаборником - в видеокарту или блок питания.

Cooler Master Hyper 48

По конструкции Hyper 48 больше всего напоминает классический пластинчатый кулер, только раза в два-три увеличенный и с необычно тонкими ребрами. Но на самом деле перед нами точно такая же тепловая машина, как и Hyper 6, просто ребра холодильника здесь ориентировали не параллельно материнской плате, а перпендикулярно ей и закрепили одним концом в основании радиатора.

Cooler Master Hyper 48.

В итоге мы по-прежнему используем все преимущества тепловых трубок, но вдобавок вентилятор эффективно продувает и охлаждает все части системы охлаждения. Вентилятор на загляденье: большой (92 мм в диаметре), тихоходный (1400 RPM, девятилопастная крыльчатка, регулировки скорости нет), с защитной решеткой, на подшипнике качения, подключается к обычному коннектору на материнской плате. Уровень шума невелик, но едва заметная вибрация есть - видимо, кулеру чуточку не хватает жесткости. Эффективность Hyper 48 чуть выше, чем у 7000B-Cu, работающего на полных оборотах (и гораздо выше того же 7000B-Cu, работающего в тихоходном режиме). Крепление у Hyper 48 такое же, как у Hyper 6, однако под клипсы крепления на радиаторе отведены довольно большие специальные площадки.

Сухой остаток

Подводя итоги тестирования, можно смело утверждать, что топовые кулеры у Cooler Master удались - при сопоставимом c Zalman 7000B-Cu уровне шума (по крайней мере, у Hyper 48) их тепловая эффективность значительно выше. Да и по деньгам тот же Cooler Master Ultra Vortex обойдется дешевле медного Zalman (30 против 40 долларов). Hyper 48 представляется очень удачной покупкой в классе "тихих и эффективных" кулеров. Hyper 6 - вариант, экстремальный во всех отношениях, сколь эффективный, столь же и шумный, но для оверклокеров его недостатки не будут иметь принципиального значения.

Результаты тестирования (кликните мышью для просмотра).

Сюрпризом стало весьма невысокое тепловыделение Athlon 64. Измерить его точно, вообще говоря, не представляется возможным (тепловое сопротивление теплораспределителя и термопасты в прослойках между кристаллом, хитспредером и радиатором не известно), но если исходить из предпосылки, что завышать тепловое сопротивление кулера в таблицах технических характеристик никто не будет, и использовать предоставленные Cooler Master данные¹⁰, получится, что даже при разгоне до 2,53 ГГц Athlon 64 3500+ рассеивает не более 74 Вт тепла. В штатном режиме (2,2 ГГц) - не более 66 Вт (по спецификациям заявленный TDP для этого процессора - 89 Вт). На более горячих процессорах потенциал решений от Cooler Master, вероятно, раскроется полнее: во-первых, может возрасти эффективность использования тепловых трубок¹¹, а во-вторых, уже далеко не всякий кулер можно будет без опаски использовать в "тихом" режиме работы.

- По материалам еженедельника "Компьютерра"

1. Процессор разгонялся на другом стенде и до 2,53 ГГц (230 МГц опорной частоты HT), но в данном конкретном случае "не пустила" материнская плата ASUS A8N-SLI (в ее BIOS Setup невозможно поднять напряжение на процессоре выше чем до 1,65В, а по показаниям датчиков мониторинга реально плата выдавала только 1,552 В при штатном напряжении 1,500 В для данного кристалла 3500+). Процессор явно был способен заработать с охлаждением уровня Hyper 6 и на куда больших частотах. [вернуться]

2. Для Socket A - более 300 грамм. [вернуться]

3. Для данного Athlon 64 температура менее 75°C считается штатным режимом функционирования. [вернуться]

4. А то может получиться Cool, но не Quiet: что толку, что процессор будет в режиме простоя совсем холодным, если кулер по-прежнему будет его охлаждать "на полную катушку"? [вернуться]

5. Оказалось, что качество охлаждения напрямую влияет на разгон. 3500+, прекрасно работающий на шине 230 МГц с большинством кулеров нашего обзора (и ограничиваемый от дальнейшего разгона использованной материнской платной), согласился работать с 7000B-Cu в бесшумном режиме только на частоте 225 МГц, а с боксовым кулером - вообще только на 220 МГц. [вернуться]

6. Эти два процессора AMD почему-то гораздо горячее своих собратьев. Даже разогнанных до тех же частот и работающих с большим рабочим напряжением. [вернуться]

7. Диаметр "цветочка" - более 13 сантиметров, и порой он просто не вписывается в габариты системного блока. [вернуться]

8. Чтобы основание не прогревалось слишком быстро и чтобы ничего не сгорело, если тепловые трубки окажутся неспособны обеспечить достаточное охлаждение. [вернуться]

9. Может показаться, что я издеваюсь, но разница между кулерами в 5-10 градусов на деле соответствует очень значительной разнице в тепловом сопротивлении кулера. Просто вычтите из измеренных температур процессора температуру окружающего воздуха (+25°С) и сравните полученные цифры друг относительно друга: 27°C или 22°С - Hyper 6 получается почти на четверть более эффективным. [вернуться]

10. Тем более что расчеты для разных кулеров и разных скоростей вращения вентилятора дают хорошо согласующиеся результаты. [вернуться]

11. При небольшом температурном градиенте и низкой температуре теплоприемника эффективность тепловых трубок не очень высока. Главное "не перегнуть палку": тепловые трубки рассчитаны на определенные предельные рабочие температуры и тепловую мощность и при переходе через эти границы тепловое сопротивление трубок резко возрастает. [вернуться]