Кулеры

Кулеры

Системный блок содержит как минимум три греющихся устройства, требующих установки специальных теплоотводящих сооружений - процессор (CPU), графический чип (GPU) и системная логика (чипсет, северный и южный мост). Кулер предназначен для отвода и рассеивания тепла. Состоит из радиатора и вентилятора. Радиатор нужен, чтобы увеличивать площадь рассеивания.

Вентилятор вентилятору рознь. При одинаковых RPM (rotation per minute - обороты в минуту) и диаметре модели разнятся как в эффективности обдува, так и в уровне шума. Ещё недавно покупатели обращали внимание только на диаметр вентилятора (параметр "чтобы влезло" был основным), то сегодня всё чаше присматриваются к совокупности характеристик: типу используемого подшипника (скольжения или качения, гидродинамический или нет и др. характеристики), количеству и агрессивности наклона лопастей и, наконец, "моддинговости" - стильному, красивому внешнему виду вентилятора, который не стыдно выставить напоказ через прозрачную стенку.

Появились целые сообщества ценителей красивых ПК (например, русскоязычный modlabs.net). А обсуждения конкретных моделей вентиляторов вылились в сотни страниц на некоторых железячных форумах, например, существует специальной ветка форума на Overclockers.ru, посвященная только 120-миллиметровым моделям.

Что касается диаметра, то общая тенденция последних нескольких лет говорит о постепенном вытеснении 92-миллиметровых моделей 120-миллиметровыми, а относительно недавно появились и 140-миллиметровые вентиляторы. Тенденция очевидна и объяснима: мощности ПК растут, общее тепловыделение тоже растёт, возникает необходимость во все более эффективном обдуве системного блока, процессора, блока питания и видеокарты. Особую остроту обрела нескончаемая борьба за бесшумность работы вентиляторов. Очевидно, что, в конечном счете, весь шум работающего компьютера суммируется из шума работающих вентиляторов и шума прогоняемого воздуха, проходящего через решётки корпуса. Именно поэтому, чтобы выразить в цифрах тихость своей продукции, почти все производители указывают уровень максимального акустического шума на упаковках вентиляторов.

Эффективность кулеров

Основные параметры, по которым можно судить об эффективности кулера:

теплопроводность — зависит от материала. Дешевые кулеры изготавливаются из алюминия. Более дорогие — из меди. Существуют также комбинированные модели, где используется медная основа и алюминиевые пластины
площадь рассеивания воздушного потока — зависит от конструкции самого кулера
сила воздушного потока — данный параметр зависит от мощности кулера
шум — вряд ли пользователю понравится, если кулер в системном блоке очень сильно шумит весь день

Производители изо всех сил бьются над улучшением технических характеристик — здесь и увеличение размеров кулера, наращивание скоростей вращения лопастей, использование более совершенных подшипников.

Шум вентилятора

Если шумит вентилятор, то можно воспользоваться утилитой ATITool, в меню Settings которого есть пункт Fan Control

Термоинтерфейсы

Между подошвой радиатора и охлаждаемой поверхностью используют следующие материалы: термопасту, терможвачку, двусторонний скотч или терморезину.

Самый лучший вариант - термопаста. Обладает достаточно большой теплопроводностью, легко удаляется, наносится, долго не подсыхает. В России распространены термопасты АлСил-3, КПТ-8.

Как правильно почистить и смазать обычный подшипниковый кулер

Перед снятием кулера с его рабочего места (процессор, например) необходимо полностью обесточить системный блок - выключить блок питания переключателем на его задней стенке, либо вытащить вилку из розетки. Затем аккуратно отделить вентилятор от радиатора и старой зубной щеткой (или другим инструментом, на который хватит фантазии) очистить вентилятор от накопившейся грязи, пыли и смазки. При вращении лопастей одна из фирменных наклеек (если таковая еще сохранилась) вращается вместе с ними, а другая остается на месте. Последнюю нужно снять (например, при помощи лезвия) и смазать посадочное место подшипника (которое как раз и находится под наклейкой). Вернуть наклейку обратно, либо же вместо нее использовать подручные материалы - скотч, самоклеющуюся бумагу и тому подобные, главное, чтобы подшипник был закрыт.

Эволюция процессорных кулеров

Тепловыделение современных процессоров постоянно растет, изменяются и размеры охлаждающих их кулеров. Вес современных процессорных радиаторов порой близится к килограмму. Стало обыденным повсеместное использование производителями теплопроводных трубок, позволяющих существенно повысить эффективность охлаждения и в то же время уменьшить габаритные размеры. А ведь когда-то процессоры не требовали даже радиаторов. Сегодня мы рассмотрим путь развития компьютерного охлаждения от начала использования пассивных радиаторов до появления самых современных моделей.

Истоки

Истоки компьютерного охлаждения тянутся из далекой середины 90-х годов прошлого столетия, когда для охлаждения микросхем применялась лишь циркуляция воздуха по системному блоку. Но потом на рынке появились CPU серии 386, которые имели ранее невиданный уровень тепловыделения и требовали совершенно другого охлаждения. Сами производители призывали пользователей использовать радиаторы, указывая на это надписью на ядре своих процессоров – Heatsink Req’d (рекомендуется использование радиатора).

Охлаждением процессоров в то время занимались цельнометаллические радиаторы различных размеров. Их производительность была достаточной и поводов для беспокойств не имелось. Но время текло, технологии менялись, и уровень тепловыделения неуклонно рос. Каждое новое поколение процессоров устанавливало новые вершины, и производители кулеров отвечали им новыми и новыми продуктами.

Для охлаждения Pentium I было достаточно радиатора высотой чуть менее сантиметра, к которому сверху был прикреплен вентилятор диаметром 40 мм. Устройство справлялось с охлаждением чипов, но ни о каком разгоне при его использовании и думать было нельзя – температура заметно возрастала и работа процессора становилась нестабильной.

Процессоры эпохи Pentium II имели большее по сравнению со своими предшественниками тепловыделение, и для их охлаждения производители начали использовать в разы увеличенные радиаторы, которые зачастую снабжались 50-мм вентиляторами. При разгоне пользователи часто сталкивались с проблемой перегрева процессоров при использовании стандартного кулера, закрепленного на процессоре форм-фактора SECC1. Такие компании, как Alpha, Cooler Master, GlobalWin и другие, выпускали в то время модели, позволяющие с лихвой справиться с разогнанным процессором. Самыми производительными кулерами того времени можно уверенно считать линейку моделей Alpha P125/P126/P612.

Для процессоров, имевших исполнение SECC2, которые поставлялись в виде картриджей, использовались более продвинутые системы, имевшие увеличенную площадь теплоотвода и соответственно большие размеры.

Одной из первых в сфере создания высокопроизводительных кулеров для процессоров PIII в исполнении Socket 370 преуспела компания Thermaltake. Помимо Thermaltake, компания Titan выпускала под своей маркой круглые кулеры. Их продукт Majesty успешно конкурировал с Orb'ами от Thermaltake, но не только за счет эффективности охлаждения. Неоспоримое достоинство, имевшееся у кулера Titan – уже в то время он имел схему логики, регулирующую частоту вращения вентилятора в зависимости от температуры окружающего воздуха, а также простейшие схемы сигнализации на тот случай, если пропеллер остановится и радиатор останется без свежего воздуха. Это предохраняло пользователя от незапланированной смерти процессора, которая могла быть вызвана его перегревом из-за остановки вентилятора.

Эра Zalman

Но время шло, и стратегия, которую выбрала Thermaltake для увеличения производительности (увеличение размеров радиатора и оборотов вентилятора), неминуемо вела ее к провалу. Нужен был кардинально новый подход в кулеростроении, который позволил бы сильно повысить производительность, не меняя размеров. Его нашла корейская компания Zalman, которая произвела фурор среди компьютерных энтузиастов, зарегистрировав 15 патентов, столько же проектов и целых 5 торговых марок. Кулеры производства Zalman были первыми на рынке, имеющими в основе не цельный радиатор, они представляли собой веер, состоящий из кучи тонких медных пластин, спрессованных в основании. Такая конструкция позволила существенно повысить площадь рассеивания тепла и тем самым добиться невиданного для того времени уровня производительности.

Тупиковый путь

Компания Thermaltake выпустила новинку SubZero 4G, которая была примечательна тем, что имела в основе термоэлектрический элемент Пельтье. Производительность системы была отличной, но и минусы его были велики: это и чрезмерное энергопотребление (кулер требовал отдельного питания в 220 В), и неприлично высокая цена. Считавшиеся тогда одним из революционных путей развития систем охлаждения, термоэлектрические кулеры не нашли должного продолжения в истории. Дальнейшее развитие термоэлектрических систем охлаждения мир увидел лишь в прошлом году, когда на свет был выпущен Titan Amanda. Модель демонстрировала неплохие результаты в тестах, но не снискала особой популярности среди любителей разгона. Эволюцию кулеров на элементах Пельтье остановил тот факт, что для нормального охлаждения современного процессора нужен очень мощный модуль Пельтье, который потребляет огромное количество энергии и требует огромного кулера на разогревающейся стороне.

Другим тупиковым путем кулеростроения пошла компания Asetek, которая представила Vapochill Micro. Данный кулер выделялся на фоне имевшихся тогда на рынке продуктов не только дизайном, но и принципом работы. В его основе были применены толстые 13-мм тепловые трубки, внутри которых находился газ. Продукт дошел до конечного потребителя, но по уровню производительности не мог тягаться с даже со средненькими кулерами.

В 2005 году компания Sapphire представила видеокарту X850XT PE серии Blizzard с использованием кулера под названием Liquid Metal Cooling Loops. Кулер был разработан компанией NanoCoolers и представляет некий продукт конверсии. В нем применен тот же принцип, что и в системах первого контура охлаждения ядерных реакторов. Принципиальное отличие системы заключается в том, что в качестве хладагента используется жидкий металл. В ядерной энергетике для этих нужд применяют жидкий натрий, что было в кулерах на видюхах Sapphire – неизвестно. Однако преимущество очевидно: жидкий металл имеет намного (более чем в 65 раз) большую удельную теплоемкость, температура кипения (то есть состояния, в котором хладагент больше не может отнимать энергию у охлаждаемого объекта) равна 2000 градусам. Такой системы охлаждения еще никто не видел. Инженерный образец видеокарты компания даже продемонстрировала на одной из крупных выставок, но в серию система охлаждения не пошла. Причиной этому оказалось то, что компания NanoCoolers не довела вовремя до ума свою систему, и Sapphire приняла решение о коммерческой нецелесообразности выпуска данных видеокарт.

Теплопроводные трубки

В 2004 году новым толчком в кулеростроении стало применение теплопроводных трубок. При их помощи тепло, забираемое основанием кулера, эффективно и очень быстро (скорость передачи тепла в тепловых трубках больше скорости звука) передается на ребра кулера, где рассеивается не без помощи вентилятора. Прародителем всех кулеров на теплопроводных трубках является Cooler Master HHC-001, который был выпущен еще в 2002 году.

Начиная с 2005 года пальму первенства эффективности воздушных кулеров повсеместно занимают продукты на тепловых трубках. Их эффективности хватает для того, чтобы справиться с предельно разогнанными двуядерными процессорами последнего поколения.

Как устроены тепловые трубки?

Эта технология не нова, первый патент был выдан некому Гоглеру еще в 1944 году. Тепловые трубки имеют большой диапазон рабочих температур, скорость передачи тепла превышает скорость звука, они имеют ресурс работы более 20 000 часов, что их делает высокоэффективной и надежной технической системой. Внутри находится рабочая жидкость – вода, и фитиль – несколько слоев из тонкой проволоки, либо специально спеченная керамическая крошка. Для того чтобы вода закипала при более низких температурах, из тепловых трубок откачан воздух. Современные тепловые трубки, которые используются для охлаждения компьютерной техники, заправлены следующим составом: water (90%) some mixes, such as nitrogen (0.3%), ammonia (7%) and aldehyde HC 7 (2.7%), по данным производителя. Скорость и мощность теплопередачи даже в самых простых тепловых трубах в сотни раз превышает теплопередачу по медному стержню того же диаметра.

Не стоит забывать, что война с теплом идет далеко не с одного фронта – кулеры атакуют в лоб, а с тыла наступают технологии энергосбережения самих процессоров. Возможно, это наступление окажется более удачным, и тогда громоздкие кулеры будут нужны лишь мощным игровым станциям, а домашние компы обойдутся чем-нибудь менее монструозным. Время покажет.

Расшифровка обозначений на коробке кулера

На упаковке кулеров часто встречаются надписи, в которых содержатся различные технические характеристики устройства. Вот расшифровка некоторых типичных надписей:

Fan Dimensions: размеры вентилятора (а не кулера в целом) в миллиметрах. Как правило, чем больше габариты вентилятора, тем выше его производительность. Наиболее распространенные типоразмеры: 60x60x15 мм, 60x60x20 мм, 60x60x25 мм, 70x70x15 мм, 80x80?25 мм
Dimensions: общие размеры кулера в сборе
Rated Voltage: стандартное напряжение питания. Этот параметр у всех современных вентиляторов имеет значение 21VDC, что и означает — 12 вольт постоянного тока
Started Voltage: этот параметр показывает напряжение, при котором вентилятор может начать вращение. Если подать меньшее — он, скорее всего, просто не будет крутиться
Rated Current: ток, проходящий через вентилятор при номинальном напряжении
Power Input: входная мощность в ваттах, которую потребляет двигатель кулера
Rated Speed или Fan Speed: скорость вращения крыльчатки (у нас используется об/мин, американская единица измерения — rotations per minute, RPM). Чем быстрее вращается крыльчатка, тем выше становится производительность вентилятора. Типичные значения скорости: от 1500 до 7000 об/мин, иногда до 9000. Однако, чем больше скорость вращения, тем более шумно будет работать устройство
Air Flow или Max Air Flow: поток воздуха, прогоняемый вентилятором через радиатор кулера в минуту, то есть производительность (технический термин "расход") — величина, показывающая объемную скорость воздушного потока. Выражается она в кубических футах в минуту (cubic feet per minute, CFM). Чем больше производительность вентилятора, тем он более эффективно продувает радиатор, уменьшая термическое сопротивление последнего. Типичные значения расхода: от 10 до 80 CFM
Max Static Pressure или Static Pressure: давление воздуха на радиатор
Noise Level или просто Noise: уровень шума вентилятора. Данный параметр выражается в децибелах и показывает, насколько громким он будет в субъективном восприятии. Значения уровня шума вентиляторов лежат в диапазоне от 20 до 50 дБА. Человеком воспринимаются в качестве тихих только те вентиляторы, чей уровень шума не превышает 30–35 дБА
Locked Protection: это время до отказа вентилятора, если его заклинить
Polarity Protected: защита от включения с обратной полярностью. Если такой защиты нет, и вы перепутаете полярность, то вентилятор будет крутиться в другую сторону
Operating Temperature: температурный режим, при котором производитель гарантирует нормальную работу кулера
Storage Temperature: температура хранения устройства
Interface Material: материал, из которого сделана подошва кулера. С внедрением медных оснований и хороших теплопроводящих паст в этой нашлепке надобность исчезает
Bearing Type: тип подшипников, используемых в вентиляторах. "Ходовая" часть вентилятора может быть построена на подшипнике скольжения (sleeve bearing, наиболее дешевая и недолговечная конструкция), на комбинированном подшипнике: один подшипник скольжения плюс один подшипник качения (one sleeve — one ball bearing, наиболее распространенная конструкция), и на двух подшипниках качения (two ball bearings, самая дорогая, но в то же время очень надежная и долговечная конструкция)
Connector: тип коннектора: 3 pin или Molex — обозначаются те кулеры, которые соединяются с материнской платой и имеют возможность регулировки оборотов, 4 pin или PcPlug — соединяются с разъемом питания для IDE-устройств
Life Time: наработка на отказ. Срок службы вентилятора выражается в тысячах часов и является объективным показателем его надежности и долговечности. На практике срок службы вентиляторов на подшипниках скольжения не превышает 10–15 тыс. часов, а на подшипниках качения 40–50 тыс. часов

Эффективность кулеров

Основные параметры, по которым можно судить об эффективности кулера:

теплопроводность — зависит от материала. Дешевые кулеры изготавливаются из алюминия. Более дорогие — из меди. Существуют также комбинированные модели, где используется медная основа и алюминиевые пластины
площадь рассеивания воздушного потока — зависит от конструкции самого кулера
сила воздушного потока — данный параметр зависит от мощности кулера
шум — вряд ли пользователю понравится, если кулер в системном блоке очень сильно шумит весь день

Шум вентилятора

Если вентилятор, установленный в вашем компьютере, стал очень сильно шуметь, то скорее всего он же выработал свой ресурс. Как правило, значительному износу подвергается небольшая внутренняя опорная втулка вентилятора, и тогда его вращающиеся части становятся источником шума. Современный компьютер может иметь до шести вентиляторов. Чтобы найти источник шума, попробуйте притормозить на мгновение каждый из вентиляторов. Для этого осторожно прижмите вентилятор каким-нибудь предметом. Как только "громкий" вентилятор будет найден, проверьте надежность крепления вентилятора, чтобы устранить вибрацию. Если шум не исчез, то замените вентилятор. При замене проследите, чтобы новый вентилятор работал в том же режиме, что и старый. Например, если старый вентилятор выдувал воздух из корпуса, то и новый должен гнать поток воздуха в этом же направлении.

Полезная информация для Вас и Вашего ПК