ГлавнаяКонтактыКарта сайта
ЕПОС
О компанииКомпьютерная криминалистикаВосстановление информацииЗащита информацииПроизводство и ITСервисНаши разработки

Расследование инцидентов, компьютерная криминалистика, информационная безопасность

Книжная серия Взгляд на жесткий диск изнутри




Архив статей


23.12.2000
Люблю жару в начале года!

Вячеслав ОВСЯННИКОВ
к.т.н., ведущий специалист фирмы «ЕПОС»

Готовь сани летом, а вентиляторы зимой.
Народный ЕПОС

 

Наконец-то пришла зима. Наступило именно то время, когда необходимо серьёзно задуматься об охлаждении компьютеров. В журналах тема охлаждения компьютеров поднимается, как правило, каждой весной. Логика проста: пользователям становится жарко, и они начинают думать в первую очередь не о себе, а о своём лучшем друге. Но на самом деле необходимость охлаждения компьютера слабо зависит от времени года. Конечно, летом проблема охлаждения несколько обостряется, но в конце концов, даже в самую суровую зиму пользователь работает за компьютером не в тулупе. По крайней мере если он живёт не в Приморье.

Необходимость в охлаждении возникает не по календарю, а тогда, когда в малом объёме выделяется большое количество тепла. Сейчас настало время задуматься об охлаждении потому, что за последнее время значительно возросла мощность современных компьютеров. И в первую очередь, естественно, потребляемая, часть которой неминуемо преобразуется в тепло. Без приличного охлаждения большинство узлов компьютера не хочет работать ни летом, ни зимой. Причём радикальный совет «не разгонять систему» уже не помогает. Современные системы и в штатном режиме выделяют тепла более чем с избытком.

Самый «горячий» друг

Самым мощным источником тепла в компьютере, естественно, является процессор. Поскольку габариты процессора весьма малы, то понятно, что процессор – это самый первый претендент на «персональное охлаждение».

О процессоре как центральном элементе компьютера ходит не меньше слухов, чем о любой кинозвезде. Согласно одному из мифов, самая «горячая» продукция у AMD. Считается, что из-за повышенной температуры процессоры AMD ненадёжны, а процессоры Duron вообще сгорают, если их включать без радиатора. Истина же, как всегда, конкретна. Вопросы «внутреннего сгорания» процессоров мы рассмотрим несколько позже. А вот количество выделяемого тепла напрямую зависит от потребляемой процессором мощности. Например, самые распространённые (далеко не самые новые) процессоры действительно потребляют весьма внушительную мощность (см. табл. 1).

Таблица 1

Мощность, потребляемая наиболее распространёнными в настоящее время процессорами

ПроцессорТактовая частота ядраНапряжение питания ядра (Vcc core), BМаксимальный потребляемый ток (Icc core), AМаксимальная потребляемая мощность, Вт
Intel Celeron4662,013,425,6
Intel Pentium III6002,0517,834,5
AMD K6-III4502,413,529,5
AMD Athlon6001,632,950
 

Как видно из таблицы, борьба за наше с вами «горячее признание» между «Intel» и AMD идёт с переменным успехом. Причём, что характерно, процессор от AMD K6-III явно «не дотягивает» до Intel Pentium III по производительности, но ведь он и потребляет меньше мощности. Процессор же AMD Athlon более быстр, чем Intel Pentium III, но он и заметно прожорливее, а следовательно, и «горячее», чем Pentium. Если же взять самые современные процессоры, то рекордсменом по части вклада в глобальное потепление климата на нашей планете является процессор Intel Pentium IV. Ничего не попишешь: чтобы выполнить какую-либо работу, нужно затратить определённую энергию. Таким образом, количество выделяемого процессором тепла зависит не столько от фирмы-производителя, сколько от производительности процессора.

Современные процессоры содержат миллионы транзисторов, работающих в режиме переключения. Основная часть энергии источника питания затрачивается на переход транзисторов из одного устойчивого состояния в другое. Именно поэтому количество выделяемого тепла определяется производительностью процессора.

Есть очень простые, не требующие никаких затрат средства охлаждения процессора – так называемые «программные вентиляторы» (soft cooler). Суть их заключается в следующем: на время, пока операционная система не выполняет полезной работы, процессор можеть быть остановлен. Миллионы транзисторов перестанут переключаться. Соответственно, резко снижается потребляемая энергия, и процессор в это время охлаждается. Так делают все серьёзные операционные системы: Windows NT, Windows 2000, Linux, FreeBSD. Но так не делает Windows 9x. Этот пробел и восполняют «программные вентиляторы»: CPU Idle, CPU Cool и многие другие. Особо полагаться на охлаждающую способность таких «вентиляторов», равно как и на встроенные возможности операционных систем, не следует. Это всё же не средства для охлаждения процессора, а средства экономии электроэнергии. Не думаю, что произойдёт что-либо ужасное, если в результате перегрева компьютер «зависнет» в тот момент, когда с ним никто не работает. Устойчивая работа компьютера в то время, когда он никому не нужен, – явно не главный показатель. Усиленно охлаждать процессор необходимо именно тогда, когда он занят интенсивной работой. А это невозможно без применения реальных радиаторов и вентиляторов.

Холодный душ для горячего друга

Итак, мы установили, что задача охлаждения процессора должна решаться независимо от того, как производится охлаждение остальных элементов. И способы её решения давно известны, позвольте только коротко остановиться на некоторых моментах.

Для охлаждения процессора необходимо и в большинстве случаев достаточно установить на процессор радиатор, а на радиатор – вентилятор.

Качество охлаждения процессора определяется в первую очередь свойствами радиатора. Радиатор характеризуется практически только тремя параметрами:

  • материал, из которого изготовлен радиатор;
  • контакт между радиатором и процессором (свойства теплового интерфейса);
  • площадь поверхности радиатора.

«Новые русские» могут позволить себе роскошь использовать радиаторы из чистого серебра. Серебро – это действительно самый лучший материал для изготовления радиаторов. Лучший по всем показателям, кроме цены. Поэтому нам, «бедным украинцам», лучше подходят радиаторы из алюминия. Они, конечно, уступают по качеству серебряным, однако для современных процессоров их качества, как правило, вполне достаточно. Промежуточное положение занимают радиаторы из меди. Медь обладает почти такой же теплопроводностью, как и серебро, но стоит значительно дешевле. Однако медь значительно хуже, чем алюминий, поддаётся обработке, в связи с чем стоимость медного радиатора значительно выше стоимости алюминиевого. Кроме того, медный радиатор значительно тяжелее алюминиевого. Таким образом, сегодня самым массовым и обладающим всеми необходимыми нам свойствами является алюминиевый радиатор.

Тем не менее для самых современных процессоров уже бывает трудно изготовить алюминиевый радиатор. Для процессоров Intel Pentium IV применяется комбинированный радиатор: основание из меди, а охлаждающие рёбра из алюминия.

Рис. 1. Радиатор процессора Intel Pentium IV

Только такой радиатор может справиться с задачей охлаждения процессора Intel Pentium IV. Этот радиатор очень дорог и тяжёл. Не каждый сможет сдвинуть с места компьютер с процессором Intel Pentium IV (впрочем, иногда это может быть и положительным свойством компьютера).

Можно, конечно, найти много недостатков у такого радиатора. Но памятуя о том, что количество выделяемого тепла зависит только от производительности процессора, следует полагать, что AMD «не останется в долгу». Есть все основания считать, что в начале следующего тысячелетия именно комбинированные радиаторы получат самое широкое распространение.

Немаловажное влияние на температуру процессора оказывает качество теплового контакта радиатора с процессором. Как бы мы ни прижимали радиатор к процессору, между ними всегда существует воздушная прослойка. Виной тому – микроскопические неровности поверхностей как процессора, так и радиатора. Воздух же совершенно отвратительно проводит тепло. Поэтому в пространство между процессором и радиатором вводится какое-нибудь вещество, способное заполнить неровности и более-менее хорошо проводящее тепло (это и есть тепловой интерфейс). Известно много вариантов исполнения теплового интерфейса: термопасты, термические смеси, теплопроводящие прокладки, клейкие плёнки. Чаще всего мы можем столкнуться с теплопроводящими клейкими плёнками и термопастами.

Теплопроводящая клейкая плёнка – это тонкая плёнка (чаще всего алюминиевая фольга), покрытая с двух сторон клейким веществом с добавкой наполнителя, хорошо проводящего тепло. У современных радиаторов такая плёнка приклеивается к радиатору на заводе.

Рис. 2. Радиатор с теплопроводящей плёнкой

Как правило, у нового радиатора сверху дополнительно приклеена прозрачная предохранительная плёнка. Перед установкой радиатора такую предохранительную плёнку (но не саму теплопроводящую пленку) нужно аккуратно удалить.

Многие сомневаются в эффективности теплопроводящих плёнок и советуют их сразу удалять. Теплопроводящая пленка, конечно, далеко не самый лучший тепловой интерфейс. Ведь несмотря на наличие наполнителя, проводящего тепло, она имеет значительную толщину. Поэтому её теплопроводность существенно уступает теплопроводности других тепловых интерфейсов. Однако удалять её не надо. Даже самая плохая теплопроводящая плёнка (по крайней мере из тех, что применяются сейчас) способна не менее чем на 10% улучшить теплопередачу. А в большинстве случаев радиатор с такой плёнкой примерно в 1,5 раза эффективнее радиатора без применения тепловых интерфейсов.

Термопаста – это синтетическая незасыхающая смола с теплопроводящим наполнителем, которая выглядит как вязкая паста белого или серого цвета. Цвет зависит от наполнителя и практического значения не имеет. Пользоваться термопастой почти так же просто, как и теплопроводящей плёнкой. Сейчас она, как правило, доступна нам уже наполненной в шприц.

Рис. 3. Термопаста КТП-8, купленная на радиорынке

С помощью этого шприца, даже не испачкав руки, пасту тонким слоем наносят на поверхность радиатора и радиатор с силой прижимают к процессору. Излишки пасты вытесняются, и остается только очень тонкий слой, заполняющий все неровности. Термопасты обладают исключительно высокой эффективностью. Теплопередача может улучшиться в 3...5 раз. Если под рукой есть такая паста, то при установке радиатора целесообразно удалить все теплопроводящие плёнки, тщательно очистить поверхность радиатора и нанести на неё пасту. Это будет хорошее решение. Однако специально искать пасту перед установкой нового радиатора не надо. Если приняты меры для поддержания правильного теплового режима в корпусе (об этом несколько позже), то и теплопроводящая плёнка хорошо решит поставленные перед ней задачи.

На процессы теплопередачи оказывают влияние и особенности конструктивного исполнения самих процессоров. Традиционно кристалл процессора закрывался тонкой металлической крышкой. Радиатор устанавливался на эту крышку. Возникало два перехода с ухудшенной теплопередачей: между кристаллом процессора и крышкой и между крышкой и радиатором. С некоторых пор производители процессоров отказались от применения таких крышек. Первой нововведение применила «Intel». У её процессоров в исполнении SECC2 радиатор устанавливается прямо на кристалл.

Рис. 4. Процессор Intel Pentium III в картридже SECC2

Описанные выше меры позволяют обеспечить хороший тепловой контакт радиатора с процессором и быстро отвести большое количество тепла от кристалла процессора. Но это тепло нужно ещё куда-то девать! Ведь процессор вырабатывает тепло непрерывно, пока включён компьютер. Конечно, радиатор способен отдавать тепло в окружающее пространство естественным путем, например, путём излучения. Но этого оказывается мало. Радиатор отдаёт тепло и путём нагревания окружающего его воздуха. Но воздух является отличным теплоизолятором, поэтому реально нагревается только очень малая воздушная прослойка возле поверхности радиатора. Чтобы «облегчить жизнь» радиатору, применяются вентиляторы. Задача вентилятора – удалить нагретую прослойку воздуха от поверхности радиатора. Чем быстрее выделяется тепло (чем мощнее процессор), тем быстрее необходимо удалять нагретый воздух, тем больший объём воздуха необходимо прокачивать через радиатор, тем мощнее должен быть вентилятор. К счастью, в этом вопросе редко встречается непонимание. Уже не пытаются установить, например, вентилятор от 486-го процессора на радиатор процессора Thunderbird. Сейчас все чаще можно наблюдать попытки установить целую «гирлянду» мощных вентиляторов на один радиатор. Конечно, два вентилятора по крайней мере не хуже чем один. Однако качество охлаждения не пропорционально мощности вентилятора. Значительное увеличение мощности вентилятора (или количества вентиляторов) даёт весьма незначительное улучшение по сравнению со штатным для данного радиатора.

Гораздо важнее понять, что радиатор с вентилятором, по сути, не охлаждают процессор, а отводят от него тепло путём нагревания воздуха в корпусе компьютера. В силу этого сложная конструкция, состоящая из радиатора и вентилятора, способна только поддерживать определённую разницу температур кристалла и окружающей среды. Если температура воздуха в корпусе повысится, к примеру, на 5°C, то и температура кристалла процессора поднимется примерно на 5°C. Поэтому если не принять мер к снижению температуры воздуха внутри корпуса компьютера, то дополнительный обдув радиатора только несколько отодвинет по времени проблему «зависания» процессора, но не устранит её.

Как можно «сгореть на работе»

Разобравшись с вопросами охлаждения процессора, мы теперь легко разберёмся и с вопросом, почему сгорают процессоры Duron, если их включают без радиатора.

Вообще говоря, несколько странная постановка вопроса. Уже давно все заняты поисками эффективных радиаторов, а кое-кому ещё приходит в голову мысль попробовать – а может, процессор будет работать и без радиатора?

Тем не менее такой вопрос существует. По всей видимости, первыми с такой проблемой столкнулись «наколенные сборщики». Экономя время, они довольно часто включают компьютер ещё до того, как закончена сборка. Пока компьютер включается, такой сборщик успевает установить на процессор радиатор и закрутить все винты. До сих пор это не приводило к катастрофическим последствиям. Кратковременный перегрев процессоры выдерживали спокойно. Более того, даже если сборщик замешкавшись, не успевал установить радиатор, процессор, как правило, не сгорал, а просто «зависал». Всего-навсего приходилось перезагружаться. А теперь вдруг этот «номер» не проходит. Обидно.

Но давайте разберемся, а почему, собственно, раньше процессоры не горели?

Они действительно не горели. Правда, гарантии работоспособности в этих условиях никто никогда и не давал. Не горели процессоры не потому, что принимались какие-то меры, а в силу несовершенства технологии их производства. Мы уже разобрались, что основная доля энергии затрачивается в моменты переключения транзисторов, из которых состоит процессор. В эти моменты каждый транзистор нагревается. Если хотя бы один из них нагреется выше допустимой температуры, то он сгорит, и процессор в целом найдёт достойное место на новогодней ёлке. Однако в силу несовершенства технологии производства транзисторы довольно часто начинали «барахлить» задолго до того, как температура достигала критической величины. Если же хотя бы несколько транзисторов из миллионов таких же в составе процессора «забарахлят» и перестанут переключаться, то процессор остановится. Перестанут переключаться и остальные транзисторы. Но ведь в таком режиме и тепло почти не выделяется! Без дополнительных затрат на разработку производители процессоров «получали новое качество».

К их (а чаще к нашему) сожалению, сейчас это уже может не сработать. Во-первых, значительно возросла плотность «упаковки» транзисторов на кристалле. Во-вторых, рабочие частоты переключения этих транзисторов давно лежат в области СВЧ. Поэтому температура в отдельных областях кристалла возрастает очень быстро и быстро достигает критического значения. Кроме того, кристалл без радиатора нагревается неравномерно. Всё это не оставляет процессору (по крайней мере процессору Duron) никаких шансов уцелеть без радиатора. По логике, так же легко должен сгорать и процессор Athlon, однако из моих друзей никто этого не пробовал. Процессор Pentium III, видимо, имеет определённые шансы выжить, однако и его почему-то не включают без радиатора. Хотя это странно. Эксперимент-то получается простой: взять десятка три процессоров различного типа и включить их без радиаторов. Достоверная статистика отказоустойчивости готова. Может быть, кто-то возьмётся за проведение такого эксперимента? Только, пожалуйста, за свой счёт.

Знают ли производители процессоров о нашей беде? Похоже, что не только знают, но и принимают определённые меры. Посмотрите на фотографии современных процессоров.

Рис. 5. Современные процессоры: Pentium III, Thunderbird, Pentium IV

Слева процессор фирмы «Intel», которая первая начала выпускать «голые» процессоры (кристалл можно потрогать руками). В центре – процессор фирмы AMD, про который говорят, что «нет дыма без огня». А вот справа – новейший процессор от «Intel» Pentium IV. Как видим, у этого процессора вновь появилась крышечка, которая стыдливо прячет от наших глаз его внутренности. По всей видимости, эта крышечка появилась потому, что из-за наших экспериментов с Duron мы вышли у «Intel» из доверия. Легкая металлическая крышка, плотно прижатая к кристаллу, отводит часть тепла в начальный период (замедляет нагревание) и перераспределяет тепло равномерно по кристаллу. Вследствие этого процессор без радиатора скорее остановится, чем сгорит.

Можно, конечно, посчитать такое решение заботой о потребителе. Но крышка – это дополнительный переход с ухудшенной теплопередачей. Именно установка дополнительной крышки на процессор, а не несколько увеличенная мощность процессора, и потребовала применения такого сложного радиатора (рис. 1). Как говорится, «что-то теряешь, что-то находишь...».

 

Тёплая компания

Процессор – не единственный источник тепла в компьютере. Но самый солидный из них. Поэтому и внимание ему уделено особое. Но современные видеокарты тоже имеют «на борту» специализированный процессор. Он тоже греется. Да и «разгоняют» видеокарты даже чаще, чем центральный процессор.

Первые видеокарты с 3D-ускорителями причинили нам своим «горячим темпераментом» немало хлопот. Некоторые видеокарты могли нормально работать только первые 10...20 мин после включения. Поэтому вентиляторы от 486-х процессоров сразу оказались дефицитом. Обвешанные вентиляторами видеокарты стали напоминать ветки облепихи. Но это всё в прошлом. У всех современных видеокарт тепловой режим достаточно хорошо продуман. В большинстве случаев не стоит даже задумываться о возможном перегреве видеокарты. На многих видеокартах устанавливаются вентиляторы, в некоторых случаях даже с явным запасом (рис. 10).

Рис. 10. Видеокарта ASUS V7700 с радиатором и вентилятором повышенной эффективности

Такой радиатор с вентилятором обеспечивают приемлемый тепловой режим не только в нормальных условиях, но и при «разгоне» акселератора.

Видеокарты попроще могут поставляться и без вентилятора. На чипе акселератора устанавливается только радиатор, как правило – игольчатый. Это весьма эффективный радиатор, и если вопросу снижения температуры воздуха в корпусе уделено определённое внимание, то видеокарта работает вполне устойчиво. Но для душевного равновесия на этот радиатор полезно установить лёгкий вентилятор. Такие вентиляторы сейчас не в дефиците. Закрепить его можно без особых проблем с использованием, например, пластмассовых монтажных стяжек.

Рис. 11. Крепление дополнительного вентилятора на штатный радиатор

Немало хлопот сейчас доставляют и жёсткие диски. Производители жёстких дисков не только значительно увеличили ёмкость своих дисков, но и существенно улучшили их скоростные характеристики. Удовольствия от работы с такими дисками стало больше, но и количество выделяемого ими тепла тоже возросло. Чрезмерный нагрев жёстких дисков редко приводит к «зависанию» компьютера или к другим видимым проявлениям их недовольства. Однако срок их службы резко сокращается. Поэтому при установке дисков со скоростью вращения 7200 об/мин и более необходимо продумать индивидуальное охлаждение дисков или хотя бы учитывать необходимость их охлаждения при решении проблемы создания нормального температурного режима внутри корпуса.

Индивидуальное охлаждение жестких дисков может осуществляться путём принудительного обдува дисков или путём вытяжки горячего воздуха от поверхности дисков.

Для обдува дисков прямо на переднюю панель компьютера устанавливаются специально разработанные для этого вентиляторы. Наиболее распространены вентиляторы фирм «Mapower» и «Just cooler».

Рис. 12. Вентиляторы для жёстких дисков производства «Mapower» и «Just cooler»

Вытяжка горячего воздуха может осуществляться как из корпуса компьютера наружу (рис. 13), так и внутри корпуса компьютера (рис. 14).

Рис. 13. Вытяжной вентилятор для жёстких дисков

Рис. 14. Жёсткий диск с установленным на него вентилятором

Оба способа эффективны, и выбор того или иного способа зависит от того, как организована общая вентиляция корпуса компьютера. Вентилятор на рис. 13 занимает 5-дюймовый отсек компьютера, однако может использоваться для охлаждения не только жёстких дисков, но и любых других устройств, например устройства записи на компакт-диски. Вентилятор на рис. 14 предназначен для охлаждения только жёстких дисков (хотя в ряде случаев его можно приспособить для охлаждения и других устройств). Но он не занимает дополнительного места.

Вентиляторы обоих типов устанавливаются под охлаждаемым устройством. Это правильное решение. Верхняя часть любого устройства всегда лучше охлаждается за счёт того, что горячий воздух имеет привычку подниматься вверх. Но под устройством горячий воздух добровольно не желает никуда двигаться.

К сожалению, в «тёплую компанию» сейчас записались и многие другие элементы компьютера. Производительность современных чипсетов должна соответствовать производительности современных процессоров. В качестве бесплатного приложения к повышению производительности чипсеты приобрели радиаторы.

Рис. 15. Игольчатый радиатор для чипсета i815

На этот радиатор тоже можно установить малогабаритный вентилятор. Хуже не будет. Но всё же лучше позаботиться об общем «климате» внутри системного блока.

В той или иной мере греются и остальные элементы компьютера – но греются не сильно и редко требуют специального охлаждения.

Несколько особняком в этой «тёплой компании» стоит память.

Сама по себе память греется не очень сильно (по крайней мере SDRAM). Однако она очень чувствительна к повышению температуры. Больше половины неустойчиво работающих компьютеров работают неустойчиво именно из-за сбоев памяти. Но конструктивное исполнение современных микросхем памяти заставляет мобилизовать всё своё воображение, если возникает желание устроить дополнительный обдув этих микросхем.

Поэтому независимо от того, применяются ли дополнительные вентиляторы на отдельных элементах компьютера или нет, вопросы сохранения приемлемого теплового режима внутри корпуса компьютера должны быть в центре внимания.

Коротко о главном

Итак, без поддержания нормального теплового режима в корпусе нам удачи не видать! Для охлаждения воздуха внутри корпуса любой компьютер имеет по крайней мере один вентилятор. Это вентилятор блока питания. Им нужно грамотно распорядиться. И тут мнения разошлись. Одни считают, что вентилятор должен дуть внутрь корпуса, а другие – что наружу.

Давайте не будем спорить. Проблема, которую мы собираемся решать, заключается в том, что в корпусе накапливается нагретый воздух. Поэтому правильное решение этой проблемы должно предполагать в первую очередь удаление нагретого воздуха. Вентилятор блока питания должен дуть наружу.

Путаницу вносит стандарт на корпуса формата АТХ. Согласно этому стандарту, вентилятор блока питания должен обдувать процессор. Мысль заманчивая. В блоке питания места много, и можно установить достаточно мощный вентилятор (рис. 16).

Рис. 16. Вентилятор стандартного блока питания формата АТХ

Предполагалось, что на процессор можно будет установить только радиатор, а вентилятор блока питания, как Труффальдино из Бергамо, будет охлаждать и блок питания, и радиатор процессора.

Однако какими бы благими ни были намерения, получилось «как всегда».

Стандарт разрабатывался очень давно. К тому времени, когда корпуса формата АТХ получили широкое распространение, оказалось, что процессор без персонального вентилятора работать уже не может. Получилось, что процессор охлаждается сам по себе, а вентилятор блока питания только подаёт ему снаружи свежий воздух. Но такая задача перед разработчиками стандарта на корпуса формата АТХ не ставилась. В те времена мощностей элементов компьютера не хватало, чтобы существенно нагреть воздух внутри корпуса. Практика же показала, что подавать наружный воздух в верхнюю часть корпуса, где и расположен блок питания, нельзя. Горячий воздух самым непостижимым образом начал скапливаться в нижней части корпуса и никак не желал удаляться. Производители корпусов начали даже проделывать дополнительные вентиляционные отверстия в нижней части корпуса. Наверное, такие корпуса многим знакомы.

Рис. 17. Корпус формата АТХ с дополнительными вентиляционными отверстиями

Из вентиляционных отверстий постоянно шёл горячий воздух, вызывая тревогу пользователей. Но проблему охлаждения эти отверстия не решили.

В частности, в одном из таких корпусов была установлена плата нелинейного монтажа Pinnacle ReelTime. Плата перегревалась и отказывалась работать. Для её охлаждения были установлены два мощных вентилятора, обдувавшие плату (рис. 18).

Рис. 18. Плата ReelTime с двумя дополнительными вентиляторами

Казалось бы, мощные вентиляторы, вентиляционные отверстия «под боком», ну чего бы не работать! Не получилось.

Когда бессмысленность решения, заложенного в стандарте на корпуса АТХ, стала для всех очевидной, производители корпусов для компьютеров закрыли глаза на этот стандарт и стали выпускать корпуса якобы формата АТХ, но такие, у которых вентилятор блока питания выдувает горячий воздух из корпуса. Именно такими блоками питания (рис. 19) и комплектуются сейчас практически все корпуса.

Рис. 19. Блок питания корпуса формата АТХ фирмы «Enlight»

Если речь идёт не о домашнем компьютере, а о сервере или мощной рабочей станции, то, как правило, одного вентилятора в блоке питания оказывается недостаточно. Если предполагается «разгон» системы, то этого вентилятора всегда будет мало.

Дополнительные вентиляторы в первую очередь необходимо устанавливать в тех местах, где расположены сильно нагревающиеся элементы, и устанавливать так, чтобы нагретый воздух выбрасывался наружу. Хорошие корпуса имеют для этого места для установки дополнительных вентиляторов.

Рис. 20. Два дополнительных вентилятора в корпусе сервера

Только главное, как и в любом хорошем деле, – это не переборщить. Обычный корпус имеет не так много отверстий, через которые в корпус может поступать свежий воздух. Если установить много вытяжных вентиляторов, то они всё равно не смогут удалить из корпуса больше воздуха, чем в корпус поступит свежего. Вакуум в наших условиях недостижим. Вентиляторы будут работать «с пробуксовкой», и качество охлаждения только ухудшится. Для компенсации сопротивления воздушному потоку при установке нескольких вытяжных вентиляторов целесообразно установить хотя бы один приточный. Для этого в корпусах формата АТХ отведено место в нижней передней части корпуса.

Пылите, Шура, пылите...

К задаче охлаждения воздуха в корпусе компьютера вплотную примыкает проблема попадания в этот корпус пыли. Когда мы устраиваем принудительную вентиляцию, то с потоками воздуха в корпус попадает и пыль.

С позиций борьбы с пылью в первую очередь необходимо сказать категорическое «нет» блокам питания с вентиляторами, нагнетающими воздух в корпус компьютера. Посмотрите на фотографию «классического» блока питания для корпусов формата АТХ, сделанную после некоторого периода эксплуатации.

Рис. 21. Пыль на деталях блока питания

Конечно, пыль не нужна ни на каких элементах компьютера. Пыль на материнской плате может привести к неустойчивой работе компьютера. Но компьютер нас за это не убьёт. А вот пыль в блоке питания – это уж чересчур. В этом блоке высокие напряжения. Пыль на его деталях – это не только пониженная надежность блока, но и угроза нашей жизни.

Для борьбы с пылью существуют фильтры. Хорошие корпуса для мощных компьютеров имеют достаточно много отверстий для притока свежего воздуха, и эти отверстия закрыты специальными фильтрами.

«Тёплые слова» для любителей разгона

Можно по-разному относиться к любителям «разгона». Но ведь тактовые частоты процессоров возрастают значительно быстрее, чем наши зарплаты. Владельцы систем с 400...600-мегагерцовыми процессорами уже сегодня чувствуют себя несколько обделёнными. Поэтому явление «разгона» непобедимо.

«Разгоняя» систему, в первую очередь необходимо понимать, что потребляемая мощность и, следовательно, количество выделяемого тепла прямо пропорциональны тактовой частоте процессора, а также прямо пропорциональны квадрату значения напряжения питания. Если вы «разогнали» систему путём увеличения тактовой частоты на 10%, то и количество выделяемого тепла увеличится на 10%. Если же при этом потребовалось на 10% увеличить значение питающего напряжения, то количество выделяемого тепла увеличится уже на 33%.

Прежде чем начинать любой «разгон», приобретите термопасту. В системе, предназначенной для «разгона», радиатор обязательно нужно устанавливать с применением такой пасты.

Если для достижения стабильной работы «разогнанной» системы вы решились увеличить питающее напряжение, то, как правило, штатный радиатор уже не обеспечит нормального охлаждения. Дополнительный обдув штатного радиатора может не решить проблемы. Лучше запастись радиатором, обеспечивающим меньшую разницу температур процессора и окружающей среды. Например, радиатором Golden Orb.

Рис. 6. Радиаторы с вентиляторами Golden Orb

Такой радиатор – это плод сложных инженерных расчетов системы радиатор – вентилятор в целом. Учитывались даже аэродинамические характеристики. Если принимаются меры и для снижения температуры воздуха в корпусе, то этот радиатор в подавляющем большинстве случаев обеспечит все запросы любителя «быстрой езды».

«Холодный душ» для любителей разгона

Когда кому-либо не удаётся сильно «разогнать» систему, он, конечно, переживает. И зря. Зачастую ещё хуже получается, когда «разгон» проходит отлично. В этом случае бывает очень трудно остановиться, и начинаются попытки «выжать ещё хоть капельку». Тут уже даже показанное выше на фотографии позолоченное «чудо техники» не спасает. Идут поиски более совершенных способов охлаждения, и эти поиски приводят к «кулерам Пельтье». Более правильное название данного изделия – полупроводниковый холодильник Пельтье.

В отличие от обычной пары радиатор – вентилятор холодильник Пельтье – это именно холодильник. Он охлаждает процессор, причём может охладить его до температуры более низкой, чем температура воздуха в корпусе. Принцип работы холодильника основан на эффекте выделения или поглощения тепла при прохождении тока через контакт двух разнородных металлов (эффект Пельтье). Будет тепло выделяться или поглощаться, зависит от направления электрического тока. Количество поглощаемого (или отдаваемого) тепла зависит от применяемых материалов. Сейчас для этого применяются полупроводники, у которых эффективность намного лучше, чем у металлов.

Правда, получить только один холод с приемлемой для практики эффективностью не получается. Поглощение тепла основано на том, что электроны переходят на более высокие энергетические уровни. Внешнее тепло – это и есть источник дополнительной энергии для такого перехода. Но полученную энергию электроны должны куда-то отдать, иначе возникнет избыток электронов, уже занявших высокий энергетический уровень, и недостаток электронов с низким энергетическим уровнем. Это как в троллейбусе: если все начнут уступать друг другу место, то возникнет давка за стоячие места. Поэтому полупроводниковый термоэлектрический модуль Пельтье изготавливается как слоёный пирог.

Рис. 7. Структура полупроводникового термоэлектрического модуля Пельтье

В n-p переходе электроны отбирают энергию в виде тепла, а в p-n переходе отдают её опять же в виде тепла. Если охлаждать нагревающуюся часть модуля, то его холодная часть становится ещё холоднее. Поэтому реально холодильник для охлаждения процессора выпускается в виде модуля Пельтье, приклеенного к привычному для нас радиатору с вентилятором.

Рис. 8. «Кулер Пельтье»: радиатор с модулем Пельтье

Каждый «кулер Пельтье» рассчитан на поглощение определённой мощности. Тем не менее охлаждающая способность в довольно значительных пределах может регулироваться путём изменения питающего напряжения модуля и улучшенным охлаждением радиатора (можно, оказывается, «разгонять» и кулер!). Не удастся только отделить модуль от радиатора и приклеить его к более эффективному. Механическая прочность модуля значительно ниже прочности клея, которым он приклеен.

Когда радиатор с вентилятором не справляются со своей задачей, «кулер Пельтье» может быть единственным способом избавиться от тепла «разогнанного» процессора. Покупать нужно «кулер Пельтье», предназначенный для данного типа процессора, и по мере «разгона» процессора «разгонять» и кулер.

Но применять радикальные средства всегда надо весьма осторожно. Слишком много недостатков у такого холодильника:

Сам по себе модуль Пельтье является тепловым изолятором. Если хотя бы кратковременно прекратится подача напряжения на модуль Пельтье, то процессор скорее всего «сгорит на работе» по причинам, рассмотренным выше.

Применение модуля большей, чем необходимо, мощности может привести к охлаждению процессора ниже температуры окружающей среды и, как следствие, к конденсации на процессоре влаги. В сочетании с пылью, появляющейся внутри системного блока независимо от нашего желания, это не способствует стабильной работе компьютера.

Модуль Пельтье сам по себе выделяет значительное количества тепла. Поэтому при его применении воздух внутри системного блока нагревается сильнее, чем при применении обычного радиатора с вентилятором.

Холодильники Пельтье страшно не любят «программных вентиляторов» и энергосберегающих функций операционных систем. Существующие холодильники Пельтье работают в непрерывном режиме. Если операционная система переведёт процессор в режим пониженного энергопотребления, то мощный холодильник Пельтье способен будет охладить процессор до очень низкой температуры – 1°C. Мало того что конденсироваться на процессоре будет уже не влага, а водяные потоки, так ещё и нормальная работа процессоров при такой температуре вообще не гарантируется. Компьютер будет «зависать», и Билл Гейтс будет здесь ни при чём.

Существуют и более «крутые» способы охладить процессор. В частности, Kryotech встраивает в компьютер самый настоящий холодильник.

Рис. 9. Компьютер с охлаждающей системой Kryotech

Оговорюсь сразу. Система Kryotech – не для «разгона» процессора «в домашних условиях». В рамках данной статьи эта тема затронута только потому, что слишком много знакомых молодых людей с подозрительным вниманием стали рассматривать внутренности домашних холодильников. Не делайте этого!

Во-первых, «в домашних условиях» в такой системе невозможно бороться с проблемой конденсации влаги. Во-вторых, система Kryotech предназначена для экстремального охлаждения процессора – до температуры –50°C. При такой температуре условия работы процессора значительно отличаются от условий его работы в обычных условиях. Это отдельное направление развития техники. И если уж и появилось желание заняться «разгоном», то «разгоном» и надо заниматься, а не проводить самостоятельно научные изыскания.

 

Специализированные нагнетающие вентиляторы, например для обдува жёстких дисков, тоже имеют в своей конструкции воздушные фильтры.

Но когда речь идёт о домашнем компьютере, то исход борьбы с пылью бывает, как правило, не в нашу пользу. Если охлаждение воздуха в корпусе осуществляется только с помощью вытяжного вентилятора блока питания, то свежий воздух вместе с пылью поступает через все щели, и установить на все эти щели фильтры нет никакой возможности. Но, наверное, из этого факта не надо делать трагедии. В конце концов, квартиру же мы иногда убираем, можем раз в год и компьютер почистить. Главное, чтобы пыль не оседала на деталях, находящихся под высоким напряжением.

Рис. 22. Воздушные фильтры на всей поверхности передней дверцы корпуса

Высший пилотаж: аэродинамическая труба

Идея использовать принцип работы аэродинамической трубы для вентиляции корпуса компьютера давно витает в воздухе и в интернете. Иногда под «аэродинамической трубой» понимается установка двух вентиляторов: вытяжного в верхней части корпуса и нагнетающего в нижней части. Но принцип аэродинамической трубы заключается в создании мощного непрерывного потока воздуха. А создаётся этот поток одним или двумя вентиляторами – это вопрос второстепенный.

Настоящая «аэродинамическая труба» создаётся в мощных серверах. Так, в частности, для мощных серверов на базе процессоров Pentium III Xeon разработаны специальные корпуса.

Рис. 23. Корпус сервера на базе процессоров Pentium III Xeon

Добрую половину корпуса занимают нагнетающие вентиляторы. Создаваемый ими мощный воздушный поток равномерно обдувает процессоры и все платы, устанавливаемые в слоты, и выходит с противоположной стороны. И ни одного вытяжного вентилятора! Вот это труба!

Такая конструкция не только создаёт условия для хорошей вентиляции корпуса, но и позволяет радикально бороться с пылью.

Однако это ведь специально сконструированный корпус. В стандартном корпусе формата АТХ, «под завязку» набитом платами и соединительными кабелями, труба не получится. Именно поэтому нам и остаётся единственный рациональный путь – установка вытяжных вентиляторов.

Полезные советы

Тех, кто не стал читать весь предложенный материал, а сразу решил посмотреть конкретные рекомендации, хочу сразу остудить и отправить в начало статьи. А чего вы ждали? Бесплатные советы стоят ровно столько, сколько вы за них заплатили.

Но и отчаиваться не надо. Главной целью этой статьи было показать суть проблемы и наметить пути её решения. Само же решение в каждом конкретном случае может быть различным. Главное – понимать, что и где греется, а также кого оно при этом греет. При разработке новой модели компьютера (или при изготовлении уникального образца) нужно просто внимательно рассмотреть все особенности корпуса и расположения элементов, а потом мысленно представить себе возможные воздушные потоки. Как правило, при внимательном подходе непоправимых ошибок вы не совершите.

Если вы сами не собираете себе компьютер, а покупаете его, то в любом случае вы не сможете повлиять на производителя. При покупке нового компьютера сведения о правильной сборке, полученные из данной статьи, не помешают. Но в первую очередь стоит выяснить уровень квалификации сборщиков фирмы-производителя: известны ли им принципы поддержания теплового режима компьютера и как сборщики на практике применяют технологические приемы, описанные выше.

Если же вы покупаете простой (как говорится, без наворотов) компьютер для дома или офиса, то очень сомнительно, что вы вообще столкнётесь с проблемой охлаждения.


Поделиться информацией