Как называют систему охлаждения процессора работающую на жидком азоте
Существует на свете такая порода людей, которым всегда мало того, чего для всех других, казалось бы, хватает с лихвой. Им всегда надо большего. Да так, что бы кровь кипела, потому что давно зависимый от адреналина организм, требует все новых и новых острых ощущений. Экстремалы. Что им нужно? Конечно же скорость, где бы и в каком бы виде она ни была: диких мотоциклетных гонках, быстрых автомобилях, в горах, прыжках с парашютом или в виртуальном мире скоростей процессорной техники. Да уж, наш технотронный мир породил новые ощущения, ощущения от гонки процессоров, гонки самых быстрых вычислений, которые способны понять лишь считающие себя избранными. Разгон компьютеров в экстремальных условиях стал уже той субкультурой, которая поглотила в себя многих…
Современный процессор — это еще тот номер. Он и без всякого экстремального разгона греется как паяльник, которым запросто можно было бы запаять дырявый бак автомобиля. И чтобы прилично поднять планку его производительности, требуются уже совершенно иные условия, новые типы борьбы с тепловыделением — экстремальное охлаждение. Инновации коснулись и этой области техники. Тут уж в силах помочь лишь особые системы охлаждения. Вернее, это уже не охлаждение в простом понимании этого слова, это режим тотальной заморозки. Обеспечение температур, близких к температурам воздуха Антарктики, или же космического холода .
В мире существует всего несколько фирм, специализирующихся на выпуске специальных систем экстремального охлаждения для компьютеров. Монтируются такие установки в специальные корпуса и стоят немало. Однако, что деньги для тех, кто привык брать от жизни все, бороться за каждый лишний мегагерц и за каждый градус. И немалая сумма, выложенная за самую эффективную в мире установку охлаждения центрального процессора, этим людям не кажется излишней. Что можно сотворить с процессором с помощью этой установки — это уже, наверное, тема индивидуального, сокровенного захватывающего повествования.
Самыми мощными средствами охлаждения для компьютеров на сегодняшний день являются, так называемые, криосистемы. Криосистемы могут опустить температуру процессорного ядра до -40 градусов Цельсия, а то даже и еще ниже. Криогенные установки стоят дорого — сотни и тысячи долларов. Поставляются уже встроенными в специальные корпуса, либо в виде собранного на заказ готового компьютера. Имея такое охлаждение, можно повышать частоту и напряжение питания процессора до максимально возможного предела, не заботясь о перегреве ядра. Такие установки котируются в немногочисленных тестовых лабораториях, и, конечно же, от криосистемы не отказался бы каждый истинный компьютерный фанат.
Конструктивные особенности криосистем
Криогенная система охлаждения (под криогенными системами здесь и далее автор понимает обычные холодильные машины. Что ж, его право, не будем настаивать, хоть это и не совсем верно с точки зрения физики — прим. ред.) на компьютере, на первый взгляд, кажется чем-то чрезвычайным, некой чудовищной машиной, чья конструкция была создана, как минимум, где-то в холодных далях чужой звездной системы. Название-то какое — криогенное охлаждение. Однако за броскими словами на самом деле скрывается самая тривиальная установка, сотни миллионов которых неизменно трудятся практически в каждом нашем доме, не зависимо от того, являются ли их владельцы обладателями ПК или слыхом о таких не слышали. Загляните за заднюю стенку своего домашнего холодильника, и вы наверняка увидите то, что является его сердцем и сердцем любой компьютерной криосистемы — мирно урчащий "горшок" холодильного агрегата. Широко применяются холодильные агрегаты и в другом бытовом, промышленном и лабораторном оборудовании.
Принцип действия криосистемы хорошо известен, и отработан уже более чем за сотню лет (рис.1). Компрессор нагнетает сжиженный газ — хладагент, фреон или его заменитель, в испарительную камеру.
Подаваемый под давлением через дроссель (представляющий собой капиллярную трубку) сжиженный газ интенсивно испаряется и охлаждает камеру. Тот же компрессор вытягивает охлаждающий газ с другой стороны камеры и сжижает его в специальном конденсаторе. При сжижении, превращаясь в жидкость, газ нагревается, поэтому для конденсатора желательно дополнительное охлаждение. Хладагент вновь подается в испарительную камеру, где он опять выступает в роли охлаждающего вещества. Хладагент постоянно циркулирует в замкнутой системе, проходя фазы жидкость/газ, забирая тепло в испарительной камере и отводя его через конденсатор наружу.
Конструктивно, небольшой холодильный агрегат монтируется в корпус компьютера в нижней или верхней его части. Туда же помещается небольшой конденсатор, снабженный собственным вентилятором. Охлаждающая испарительная камера, она же кулер процессора, по меркам бытовых холодильных машин выглядит совершенно миниатюрной, да и все детали в этой системе, в общем-то, не очень большие, следовательно, хладагента тоже немного, и с ттаким его объемом справляются даже маленькие компрессоры. Компрессор всегда производит какой-то шум, однако от маленького агрегата он невелик, и ощутимые звук и вибрация появляется лишь в момент запуска цикла. То же можно сказать и о тихом низкооборотном вентиляторе конденсатора. В компьютерных корпусах могут применятся холодильные агрегаты, рассчитанные на питание постоянным током 12 В. Но это не значит, что компрессор разработан специально для блока питания ПК. Просто взят обычный компрессор от автомобильного холодильника, рассчитанного на бортовую сеть автомобиля, в которой тоже 12 В.
Как уже говорилось, такая система способна обеспечить процессору отрицательную температуру по шкале Цельсия. Поэтому в конструкции компьютерной криосистемы обязательным элементом является не только сама холодильная машина, но еще, как бы это ни дико звучало, нагреватель. Большие и резкие перепады температур приводят к проблемам, которые никогда не могу проявиться при охлаждении воздухом или даже водой комнатной температуры. Влага из окружающей среды (которая всегда есть в воздухе) интенсивно конденсируется на элементах, чья температура ниже температуры воздуха и иногда даже, поскольку температура этих элементов часто оказывается не только ниже температуры окружающей среды, но и ниже нуля, спокойно меняет свое агрегатное состояние еще раз, то есть превращается в лед. И даже если не превращается в лед, то все равно остается на этих элементах в виде воды. Поэтому, если не принять мер, то корпус процессора, окружающие его участки материнской платы, и даже обратная ее сторона постепенно покроются толстой шубой из намерзшего инея (вы это видели — загляните в морозильную камеру), или тонким слоем чистейшей дистиллированной воды Чем это грозит, нетрудно догадаться. Влага является проводником электричества, следовательно, вода на материнской плате и процессоре запросто может вывести из строя множество дорогих железок.
Самый эффективный способ борьбы с конденсацией — это нагрев. Поэтому криосистемы снабжаются не только охладителем, но и элементами нагрева. Испаритель охлаждает ядро процессора, а нагреватель греет его корпус по периметру и часто обратную сторону материнской платы. Получается, что при охлаждении ядра даже до очень низких температур корпус процессора и окружающие его элементы остаются теплыми, препятствуя, таким образом, конденсации на них угрожающей электронике коротким замыканием влаги. Кроме того, процессор помещается в специальный изолирующий футляр. Трубки, подходящие к испарителю, заключаются в теплоизоляцию. Для лучшей гидроизоляции применяются специальные герметики.
Примечательно то, что КПД холодильных установок выше единицы. То есть, количество поглощенной тепловой энергии больше, чем затраченной электрической. Нет, речь идет не о вечном двигателе, и с законом сохранения энергии здесь все в порядке. Дело в том, что холодильная компрессорная установка не вырабатывает энергию сама, а просто работает тепловым насосом — перекачивает уже существующую энергию с одного места в другое, и тепло от испарителя транспортируется к конденсатору, где и выделяется. Энергию компрессор, разумеется, потребляет, причем зачастую немалую — скажем, сотню ватт.
Криогенные компрессорные установки для компьютеров выпускает не так уж много фирм. Среди них нужно отметить VapoChill от Asetek и криоустановку KryoTech Super G2. Обе они оборудованы холодильными компрессорными агрегатами, вмонтированными в поставляемый вместе с установками ATX корпус.
Криогенные системы VapoChill отличаются стильным дизайном, разнообразием цветовых решений, поставляются для разных типов процессоров с агрегатами, рассчитанными на разную мощность. Холодильный компрессор в корпусе VapoChill устанавливается сверху (рис.2), там для него отведен специальный вместительный отсек, куда помещается также радиатор и его вентилятор.
Корпус с криоустановкой оборудован системой термоконтроля и всеми атрибутами приличного компьютерного корпуса. Вентиляционные прорези и окошко индикатора температуры выполнено в приятных плавных линиях, как и формы всего корпуса VapoChill. Лицевую панель дополняют три стандартные 5,25’ отсека и один отсек для флоппи. Внутри есть еще пять 5,25’ отсеков. Несмотря громоздкое внутреннее оборудование и немалые размеры, корпуса VapoChill выглядят довольно легко и элегантно (рис.3).
Верхняя часть корпуса VapoChill изолирована от остальной его части обычного АТХ формата стальной перегородкой. Здесь установлен горшкообразный компрессор, трубчатый радиатор конденсатора и его вентилятор (рис.4).
Кругом достаточно места для хорошей вентиляции пространства вокруг компрессора. Верхнее расположение тяжелого компрессора высоко смещает центр тяжести всего корпуса и делает его менее устойчивым, тем более, что внизу никаких дополнительных опор для придания устойчивости не предусмотрено. В нижнюю часть корпуса, где установлена материнская плата и все остальное оборудование компьютера в обычном порядке, опускается двунаправленный трубопровод в толстой теплоизоляции. Главный охлаждающий элемент CPU, испаритель, заключен в специальный футляр довольно сложной конструкции, в который также вмонтирован плоский нагревательный элемент. Все это надежно изолируется от окружающего пространства с помощью внешнего кожуха (рис.5).
В то время как медная вставка радиатора охлаждает ядро процессора до низких температур, нагреватель обогревает корпус процессора, препятствуя конденсации внутри влаги. Общая плотная изоляция направлена на защиту охлаждающего блока от проникновения атмосферной влаги. На материнской плате криоблок VapoChill выглядит довольно компактно (рис.6). Разные модификации криогенных установок VapoChill могут понижать температуру незагруженного процессора до -25…-40 градусов Цельсия.
Другой известной установкой для охлаждения компьютеров является криосистема KryoTech Super G2. В ней реализован тот же принцип охлаждения — с помощью стандартного холодильного компрессора. В отличие от описанной выше установки VapoChill, теперь холодильный агрегат крепится внизу, что придает хорошую остойчивость этому довольно высокому корпусу.
KryoTech Super G2 также поставляется уже вмонтированной в собственный корпус. Внизу установки — отсек для холодильного агрегата (рис.7), вверху — пространство стандартного АТХ корпуса. Корпус укомплектован четырьмя 5,25’ внешними отсеками, двумя наружными отсеками для 3,5’ устройств, блоком питания на 350W. Есть несколько посадочных мест для дополнительных вентиляторов.
В нижнем отсеке стоит компрессор, радиатор конденсатора и тихоходный вентилятор увеличенного диаметра. Там же, с выходом на переднюю панель, стоит жидкокристаллический индикатор системы встроенного температурного контроля. Изолированная шина для хладагента идет снизу по задней стенке корпуса, соединясь с испарительным блоком охладителя CPU. Охлаждающий блок для CPU изготавливается только для процессоров AMD (рис.8). Он, как и положено, закрыт изолирующим футляром и оборудован встроенным нагревателем по периферии корпуса процессора. Заявлена максимально низкая температура охлаждения радиатора испарителя -40 градусов Цельсия.
Про конденасцию влаги мы уже писали. Эта проблема, хотя и решается частично путем нагревателей и изоляции, все же присутствует, и от нее никуда не деться. Даже в описанных криосистемах вероятность выхода комплектующих из строя из-за влаги все же есть.
У холодильных систем есть и другие недостатки. Для того, что бы холодильный компрессор вошел в свой рабочий режим, требуется некоторое время. Поэтому криоустановку лучше включать за некоторое время перед запуском процессора.
Если какой-то элемент цикла выйдет со строя, то перестанет работать вся система охлаждения ядра, и процессор перегреется и, если ваша плата не оборудована системой защиты от перегрева, сгорит, так как сам радиатор надежно изолирован от окружающего воздуха и рассеивания тепла в окружающую среду практически нет. К счастью, для Pentium 4 эта проблема вовсе неактуальна, да и качественные платы для Socket A уже давно оснащаются системами контроля температуры, реагиру\ющими на ее повышение практически мгновенно А вот если выйдет со строя система обогрева корпуса процессора, то процессор обмерзнет и, в конце концов, что-то все-таки сгорит. Систем контроля уровня влажности в материнские платы и процессоры, к сожалению, не встраивают.
Также к недостаткам таких систем можно отнести большие габариты и немалый вес, шум, ну и, само собой — очень уж высокую стоимость.
Охлаждение CPU на основе элементов Пельтье
Кулеры на основе элемента Пельтье также могут охлаждать радиатор CPU ниже температуры окружающего воздуха и даже ниже нуля. Эффект Пельтье относится к разряду термоэлектрических явлений, он был впервые открыт французом Жаном-Шарлем Пельтье в 1834 году. Когда Жаном-Шарлем Пельтье пропустил постоянный ток через полоску висмута, подключенную с помощью двух медных проводников, то он заметил, что соединение, где ток идет от меди к висмуту нагревается, другое соединение — висмут-медь, через которое ток шел в обратном направлении, охлаждалось. Позже выяснилось, что этот эффект в значительной степени усиливается, если вместо металлов использовать соединения из разнородных полупроводников. На том и основаны конструкции современных элементов Пельтье.
Конструктивно охладитель на основе эффекта Пельтье состоит из последовательного соединения множества чередующихся полупроводниковых элементов n и p-типов. При прохождении постоянного тока через такое соединение одна половина p-n контактов будет нагреваться, другая наоборот — охлаждаться. Полупроводниковые элементы ориентированы так, чтобы нагревающиеся контакты выходили на одну сторону, охлаждающиеся — на другую. Получается пластинка, покрытая с обеих сторон материалом из керамики.
Если подать на пластинку из элементов Пельтье достаточно сильный ток, то одна ее сторона нагреется, а другая охладится, а разность температур между ними может достигать нескольких десятков градусов. Холодную сторону кладут на ядро CPU, на горячую же устанавливают радиатор с воздушным или водяным охлаждением. Получается конструкция очень похожая на обычный воздушный кулер или систему водяного охлаждения. Тонкую, всего несколько миллиметров толщиной пластинку Пельтье, здесь сразу можно и не заметить. Однако эффект от охлаждения сильно возрастает, так как теперь температуру со стороны ядра можно опустить ниже температуры окружающего воздуха и даже ниже нуля, чего никак не достичь при обычных системах воздушного или водяного охлаждения.
Для достижения нужного эффекта через него нужно пропускать ток большой величины — более 10 А. КПД элемента Пельтье достаточно низок. Значительная часть затраченной энергии не приносит никакой пользы, а лишь выделяется в виде дополнительного тепла с горячей стороны элемента. Таким образом, суммарное количество тепла, выделяемого на радиаторе элемента Пельтье, будет раза в два больше, чем, если бы он не использовался вообще.Соедовательно, радиатор потребует куда мощную систему отвода тепла. Спасает лишь то, что радиатор на элементе Пельтье может выдерживать температуры гораздо выше, чем если бы это был просто радиатор на ядре процессора. Элемент Пельтье не выходит из строя при 100 градусах.
Воздушные кулеры, дополненные элементом Пельтье очень легко устанавливаются, не требуя корпусов специальной конструкции. Да и на вид они мало чем отличаются от своих простых воздушных собратьев. Однако для них требуется либо дополнительный блок питания, либо БП компьютера должен быть рассчитан на большую мощность, что бы ее могло хватить и на немалые аппетиты термоэлектрического охладителя.
Системы охлаждения CPU, использующие в своей конструкции элемент Пельтье выпускаются разными фирмами. Это может быть просто очень тонкая термоэлектрическая пластинка элемента Пельтье, которая вкладывается между радиатором обычного воздушного кулера достаточной мощности или ватерблоком (рис.9, 10), не требуя никаких дополнительных приспособлений.
В качестве примера более завершенной конструкции можно привести систему совместной разработки Thermaltake и ActiveCool — SubZero™ 4G (рис.11). Эта установка состоит из массивного радиатора с мощным вентилятором, в подошву которого встроен термоэлектрический модуль Пельтье. Крепится радиатор SubZero™ 4G как обычный процессорный кулер.
Вместе с ним в комплекте идет PCI-карта, содержащая систему терморегуляции и управления вентиляторами (рис.12), в ней же встроен дополнительный блок питания для модуля Пельтье, также снабженный собственным вентилятором. БП SubZero™ 4G довольно плоский, и запросто вмещается в PCI-слот материнской платы, не мешая установке других плат расширения.
К недостаткам элементов Пельтье, прежде всего, следует отнести их низкий КПД и высокое энергопотребление. Радиатор на элементе Пельтье нагревается гораздо выше обычного кулера. Если он охлаждается воздушным кулером, то количество рассеиваемого тепла теперь гораздо больше: к теплу самого процессора добавляется немалое тепловыделение от термоэлектрического элемента Пельтье. Все это тепло попадает во внутрь корпуса, поэтому требуются дополнительные меры для его вентиляции. Надежность элементов Пельтье тоже не очень высока. Сама пластинка обладает очень плохой теплопроводностью. Если термоэлектрический модуль по каким-то причинам перестанет работать, то элемент Пельтье сразу же превращается в керамический теплоизолятор, и огромный кулер поверх него попросту окажется бесполезным, а процессор, если не будет принято каких-либо мер автоматического отключения, скорее всего сгорит. При установке модули Пельтье также требуют применения специальных герметизирующих прокладок, так как их холодная сторона способна конденсировать влагу из окружающего воздуха.
И еще несколько слов
В свете последних достижений процессорной индустрии, когда штатные частоты CPU перевалили за рубеж 3 ГГц, киличество выделяемого процессорами тепла увеличивается и каких-то кардинальных решений по его уменьшению на уровне чипа пока что не предвидится, применение средств охлаждения, которые мы сейчас именуем не иначе как экстремальными или альтернативными, может стать делом совершенно обычным. И из удела экстремалов и оверклокеров они, может быть, перейдут в разряд устройств для спокойных домашних пользователей. Может, мы еще доживем до такого времени, когда в стандартном компьютерном корпусе, кроме предустановленного БП, будет присутствовать отсек с небольшим холодильным агрегатом. Учитывая давно отработанные технологические процессы производства бытовых компрессоров, при их серийном выпуске в качестве компьютерных аксессуаров, цена должна быть не слишком высокой. Или может быть воздушные кулеры вдруг массово обзаведутся встроенными в свое основание модулями Пельтье…
Помню, когда я впервые увидел на каком-то западном сайте фотографию процессора под азотным охлаждением, я впал в состояние немотивированного «хочу!» Полагаю, что то же самое чувствовали многие из вас, особенно когда фотография сопровождалась подписью вроде «Pentium 4 1,7 ГГц, разогнанный до 3 ГГц» Мне тоже очень хотелось добиться таких результатов, мне хотелось покупать медленные процессоры и делать из них сверскоростных монстров…да много чего хотелось, в общем-то. Только позже, тогда, когда я наконец получил доступ к такому количеству жидкого азота, что впору было мыть им руки, я понял, насколько эта затея была далека от реальности.
Процессор, побывавший под жидким азотом.
Дальнейшие выкладки позволят вам понять то же, что понял я, и не только.
Итак, что представляет собой система охлаждения, хладагентом в которой служит жидкий азот? Да ничего особенного, собственно — основание, выполненное из металла или какого-либо другого материала с высоким коэффициентом теплопроводности, и припаянную к этому основанию чашку, в которую этот самый жидкий азот наливается. Конечно, это простейший случай, однако он же и самый показательный. Создать основание несложно, но это, пожалуй, единственная несложная операция во всем процессе создания азотной системы охлаждения. Дальше начинаются проблемы. Проблема первая — где взять чашку. Металлической кружкой тут не обойдешься, так как потери тепла через стенки будут настолько велики, что весь азот будет уходить не на охлаждение процессора, а на охлаждение стенок сосуда и окружающей среды. Нужна хорошо изолированная чашка. Колба от термоса подошла бы, но вот как соединить ее с основанием, не нарушив целостности, и при этом обеспечив низкое термическое сопротивление соединения? Я не берусь оценивать, во сколько вам обойдется изготовление такого сосуда, а о существовании серийных экземпляров мне неизвестно.
Конечно, можно и обычным металлическим стаканом обойтись (западные и восточные оверклокеры в основном так и делают, им азота не жалко вовсе, да и подливать его они не особенно ленятся), но, повторяю, потери в этом случае будут превышать все разумные пределы. Так что мы пойдем другим путем.
При всем этом сосуд должен быть еще и не очень объемным, чтобы влезть в корпус, пусть даже специально модифицированный, а в сосуд небольшого объема необходимо будет очень часто подливать азот. Кроме того, вес сосуда не должен быть большим, так как лапки сокета (в случае с процессорами Socket A) не способны выдержать большую нагрузку. Кстати, попутно выплывает и еще одна серьезная проблема. Как известно, пластмасса с понижением температуры теряет свою эластичность. При азотных температурах ( ок. –195 градусов по шкале Цельсия) материал, из которого выполнен сокет, будет настолько хрупким, что вряд ли будет в состоянии удержать даже очень малый вес. Так что придется думать над системой крепления, причем в идеале никак не завязанной на материнскую плату. Единственное приходящее на ум решение — опоры, идущие к стенкам корпуса. Сложно, но можно.
Кстати, свои свойства при криотемпературах теряет не только пластмасса, но и полупроводниковые материалы, из которых изготавливается процессор. Конечно, температура в –196 по Цельсию для него вряд ли будет достижима (разница между температурой азота и температурой даже корпуса процессора всегда будет ощутимой, процессор-то постоянно подогревается), однако, если вы попробуете сначала установить систему охлаждения, а затем запустить компьютер, я не могу дать гарантию, что процессор поведет себя адекватно.
Понятно, что при таких температурах вся влага из воздуха тотчас же выпадет в осадок, и бороться с этим в данном случае воистину бесполезно — не та разница температур. Единственный доступный способ — герметизация процессора и прилегающих частей материнской платы с помощью лаков и герметиков. Тоже трудоемко, но исполнимо. Правда, над системой отвода воды и льда из корпуса все равно надо подумать.
Однако все эти трудности меркнут перед следующей проблемой. Она, как всегда, банальна — у вас не хватит денег на обслуживание такой системы, вернее, хватит, но вы не захотите их тратить в таких количествах.
Начнем с разовых платежей. Хранить жидкий азот надо в специальных больших термосах, называемых сосудами Дьюара, стоимостью примерно 300 долларов штука (сложно, но можно найти Б/У дешевле). Вам их необходимо иметь минимум три — один действующий, два на заправке. Про стоимость изготовления самой системы я уже говорил.
Теперь давайте посчитаем, сколько азота потребуется для питания такой системы. Примем для простоты расчета, что тепловые притоки из окружающей среды равняются нулю (конечно же, так не бывает на практике, там придется столкнуться с очень значительными потерями) Один ватт тепла, рассеиваемый процессором, потребует для своей нейтрализации 18 г азота в час, следовательно, средний 50-ваттный Athlon съест за час 900 г (1,125 л) азота. Следовательно, включая компьютер на 6 часов в сутки, вы будете тратить почти 7 л азота. Это, повторяю, идеализированный минимум, который для получения реалистичного результата надо умножать в лучшем случае на полтора, а то и на два, три и даже пять в случае совсем плохой изоляции колбы — из-за теплопритоков окружающей среды и соответствующих потерь. Литр жидкого азота сейчас можно купить (про поиск каналов покупки я умолчу — это тоже отдельная проблема) примерно за 7 рублей. Следовательно, даже в самом идеальном случае азотная система обойдется вам в 50 рублей в день, а на практике эта сумма будет существенно больше — около сотни рублей, плюс транспортные расходы, плюс расходы времени на привоз-отвоз сосудов Дьюара. Не забудьте про как минимум тысячу долларов в начале. Вы готовы пойти на такие траты?
Вот и выходит, что азотная система — удел больших организаций и тестовых лабораторий, и дома ее держать просто незачем. Кстати, мы как раз и являемся тестовой лабораторией, и, надеюсь, в ближайшее время сможем собрать такую систему, о чем непременно отчитаемся.
Однако азот — это не единственное вещество, которое можно использовать для экстремального охлаждения процессоров. Существует еще одно, весьма бюджетное решение, которое позволяет даже в самых что ни на есть домашних условиях достигать очень низких температур. И вы все его не раз видели, например, когда покупали в палатке мороженое.
Да, речь идет именно о нем. Сухой лед, представляющий собой двуокись углерода, или углекислый газ, замороженный до температур около –78 градусов Цельсия, и не имеющий при атмосферном давлении жидкой формы, то есть переходящий из газообразного сразу в твердое, сублимированное состояние. Теплота парообразования (называемая в этом случае теплотой сублимации) у двуокиси углерода существенно выше, чем та же величина для жидкого азота, и на один ватт тепловой мощности уйдет лишь 11 грамм углекислоты.
Но главный плюс углекислотной системы охлаждения — не в этом. Она существенно дешевле и проще как в эксплуатации, так и в сборке. Углекислоту легче достать, достаточно лишь договориться с мороженщицей из ближайшего ларька. Также углекислоту можно просто покупать. С изоляцией колбы можно морочиться уже не так серьезно, так как теплопритоки прямо пропорциональны разности температур между окружающей средой и хладагентом, соответственно, в случае с азотом (температура которого, напоминаю, близка к –200 градусов) разница температур будет втрое большей, чем при использовании двуокиси углерода с его –78 градусами. Сама колба уже тоже не обязательно, металлический стакан, обмотанный войлоком, вполне пойдет. Да и для хранения углекислоты сосуды Дьюара не нужны, хотя, конечно, что-то теплоизолированное крайне желательно.
Принципиальной же для эффективности разгона разницы между –78 и –196 градусами нет, и, если процессор разогнался до какой-то частоты при углекислотной температуре, то вряд ли он разгонится еще больше при температурах азотных.
Да, жидкий азот отдает тепло куда более равномерно, чем большой твердый кусок льда, который соприкасается со стенками на очень небольшой площади, но эту проблему можно решить, просто раскрошив куски в ступе, и высыпав в стакан. Производится и специальный гранулированный сухой лед, который размалывать уже не надо.
Остается, правда, проблема конденсата, но она, как я уже говорил, решается герметизацией.
Конечно, в качестве штатной системы охлаждения такую чашку со льдом вряд ли имеет смысл эксплуатировать, однако энтузиаст-оверклокер вполне может иметь такое устройство под рукой, просто для того, чтобы иногда ходить в палатку к мороженщице, брать у нее твердый CO2, бить рекорды, и повышать собственную самооценку. И никаких дорогостоящих термосов не надо.
По крайней мере, мы такую систему соберем обязательно. И тогда мы посмотрим, кто лучше разгоняется!
Привет, Гиктаймс! Разгон железа в домашнем ПК — это улучшенное воздушное охлаждение, отобранные производителем чипы и, желательно, залихватская подсветка комплектующих (+80 к разгону). «Спортивный» разгон на соревнованиях — это почти всегда жидкий азот и модификация системы питания железа. Куда подевались все альтернативы и какими они были — разбираемся сегодня.
Что мешает профессиональному спорту стать потешным и зрелищным, как покатушки «Безумного Макса»? Регламент! «Уравниловка» касается и одежды спортсменов, и характеристик техники, и многих-многих других мелочей — для обеспечения безопасности и более-менее равных условий соперничества (вместо соревнования «кошельков»). А некоторые решения отметают и сами участники чемпионатов, потому что шаг вправо, шаг влево — потерянный подиум. Иначе мы бы наблюдали очень много уморительных находок в той же «Формуле-1», например.
Но вот какое дело — в оверклокинге нет жёстких ограничений на типы охлаждения железа. В так называемых «оффлайн-чемпионатах» энтузиаст волен охлаждать компьютер всеми доступными способами ради максимального результата. Отчего же тогда таблицы мирового первенства не набиты рекордами с применением жидкого гелия? Куда исчезли модные и эффективные холодильные машины «на фреоне»? Почему термоэлектрическое охлаждение оказалось утопией? И как так случилось, что милая сердцу энтузиаста «водянка» (система жидкостного охлаждения) сегодня стала пригодна только для «гражданских ПК»? Выясняем, в каких условиях жили-поживали, и почему вымерли диковинные системы охлаждения.
Альтернативы азоту и гелию в оверклокинге
Существуют ли «нетрадиционные» способы охлаждения комплектующих? Конечно, да, но почти все они тянут разве что на баловство в сравнении с потенциалом жидкого азота.
Например, охлаждение с помощью термоэлектрических пластин, или, иначе говоря, элементов Пельтье. Это такие аналоги «термонасоса»: с одной стороной, которая поглощает тепло, и другой, которая его выделяет. То есть, подобный элемент способен принять на себя тепло, которое выделяет процессор, и передать его на радиатор, который уже охлаждает процессорный кулер.
Конструкция модуля Пельтье
Сам по себе такой вариант охлаждения любопытен, который из-за низкого КПД и высокого энергопотребления так и остался слабо распространенным. Сегодня модули Пельтье чаще всего используются для охлаждения или подогрева компонентов со скромным TDP. Оверклокеры чаще всего просто меняют полярность местами и используют модули… для разогрева видеопамяти. Да и то, как мы уже упоминали выше, с этой задачей обычно справляется обычный промышленный фен. Тем более, что в некоторых оверклокерских видеокартах подогрев памяти реализован самим производителем.
А вот так называемый «чиллер», хоть и не бьёт рекордов эффективности, по-прежнему распространён и любим оверклокерами. Чиллер — это система, подобная промышленному аквариуму, только для охлаждения железа. То бишь, фреоновая, с хладагентом, и жидкостная — с водоблоками. Компрессор сжимает фреон, а затем переводит его в жидкий вид, охлаждает и прокачивает по водоблокам.
В отличие от обычного водяного охлаждение, поддерживает не комнатную, а «околонулевую» температуру или даже позволяет чуть уйти «в минус». Очень шумная, но надёжная конструкция, которой и обслуживание толком не требуется. Отлично подходит для разгона в домашних условиях, в профессиональном оверклокинге не используется, поскольку для соревнований сегодня нужно достичь гораздо более низких температур.
Сухой лёд когда-то был очень эффективным и доступным способом разгона — полным ходом использовался во времена архитектуры Intel Sandy Bridge. Однако сегодня он мало кому нужен, поскольку применим в процессорах, которым достаточно охлаждения до -75 градусов по Цельсию. То есть, годится скорее для использования в любительских целях.
Сухой лёд
А вот холодильные машины, основанные на системе фазового перехода, по-прежнему жизнеспособны и эффективны. Самый простой вариант такой системы — Single Stage («фреонка», как говорят в народе). Она представляет собой одноступенчатую холодильную машину — что-то наподобие кондиционера. Компрессор сжимает хладагент, который от этой процедуры нагревается. Затем хладагент попадает в конденсатор, теряет в температуре и становится жидким, после чего проходит сквозь фильтр-осушитель и в виде пара возвращается в компрессор. Этого достаточно, чтобы охладить процессор до -60 градусов по Цельсию. Для более внушительных результатов понадобится охлаждать конденсатор системы Single Stage ещё одной «фреонкой» (чтобы вы могли охлаждать фреон пока вы охлаждаете фреон). По закону «бабка за дедку, дедка за репку» и конструируются каскадные системы.
Они хороши надёжностью и, при долговременной эксплуатации, позволяют забыть о приобретении жидкого азота вовсе. Могут обеспечить охлаждение, сравнимое с этим самым азотом (для таких систем не бывает недостижимых температур — бывает мало ступеней каскада), но популярность такие системы растеряли почти полностью.
Почему? Во-первых, из-за громоздкой конструкции — для постройки системы, сравнимой по эффективности с охлаждением азотом, понадобится внушительных размеров комната. Во-вторых, энергопотребление каскадных систем выходит за все разумные рамки — таким оверклокингом можно легко сжечь проводку в жилом помещении. Зато это и есть те самые «хардкорные» системы, которых недостаёт публике, безразличной к жидкому азоту и его спецэффектам.
Не нужно изобретать велосипед
В оверклокинге не бывает «ультимативно лучших» способов охлаждения — «попса» в лице жидкого азота всего лишь стала меньшим из зол среди себе подобных. Азот покрывает температурные границы большей части современных процессоров, дёшев в эксплуатации и позволяет меньшими усилиями достичь результата. Более крутой, в теории, жидкий гелий даёт прирост только в некоторых сценариях и обходится несоизмеримо дороже, а альтернативные системы охлаждения либо недостаточно эффективны, либо обходятся слишком дорого. Именно поэтому современный оверклокинг в его стереотипном понимании ассоциируются с парнем, вооружённым стаканом с азотом внутри. Но, право слово, покуда мы видим новые рекорды, в этом нет ничего плохого.
Дамы и господа, капитан Очевидность рапортует, что «Новый год к нам мчится — скоро всё случится». Огромное спасибо всем, кто нас читает и комментирует! А чтобы компьютер в новом году принёс больше радости, чем в старом, мы приготовили скидки на железо и аксессуары Kingston/HyperX. В главных ролях:
— скидка в размере 12% на память DDR4 Predator в сети Юлмарт. Вооружаетесь промо кодом GEEKPR16 — и до 31 декабря 2016 года получаете возможность купить флагманскую «оперативку» дешевле.
— хотите ещё дешевле? Не пропустите скидку в 10% на оперативную память Savage DDR3/DDR4 и твердотельные накопители HyperX Savage. Промокоду SAVAGE16 в сети Юлмарт действует до 28 декабря 2016 года.
— память ещё дешевле даже там, где она изначально недорогая. С промокодом KING16 в сети Юлмарт до 28 декабря скидка 10% на ОЗУ Kingston ValueRAM!
С наступающим всех! Подписывайтесь и оставайтесь с нами — будет интересно! Для получения дополнительной информации о продукции Kingston и HyperX обращайтесь на официальный сайт компании. В выборе своего комплекта HyperX поможет страничка с наглядным пособием.
Два года назад Винс Люсидо (Vince Lucido), известный под ником Kingpin, представил систему, способную точно дозировать жидкий азот для охлаждения процессоров и GPU. Как правило, хардкорные оверклокеры используют "стаканы" с жидким азотом. Они представляют собой медные цилиндрические емкости с массивным основанием, в которые наливаются несколько сот миллилитров жидкого азота. С внутренней части основания стакана обычно просверливаются отверстия или другие формы, чтобы азот более эффективно забирал тепло от меди. Сам стакан устанавливается непосредственно на процессор или GPU для отвода тепла.
Kingpin покажет на Computex систему охлаждения видеокарты (GPU) и процессора с помощью жидкого азота. Но вместо привычного открытого тестового стенда, система будет располагаться в корпусе. Внешне система охлаждения на жидком азоте напоминает самосборную СВО. Но трубки из-за изоляции оказываются довольно толстыми, также и компоненты системы подверглись специальной обработке, чтобы появление конденсата не приводило к проблемам.
Технические спецификации системы пока неизвестны. Но, по всей видимости, используется материнская плата EVGA X299 Dark и процессор Intel из серии Extreme Edition. В качестве видеокарты наверняка установлена GeForce GTX 1080 Ti - вероятно, GeForce GTX 1080 Ti Kingpin Edition.
Также внимание привлекают две крупных емкости, в которых содержится жидкий азот. Kingpin разработал систему таким образом, чтобы жидкий азот вновь конденсировался после испарения. Теоретически потери хладагента не происходит - или, по крайней мере, она сведена к минимуму. В обычных открытых системах азот просто испаряется в окружающий воздух.
Мы планируем поближе познакомиться с системой Винса на Computex, а также разузнать подробности. Будет интересно узнать, как долго подобная система может проработать в автономном режиме, какое потребление жидкого азота (и энергии) в час? Конечно, вряд ли подобная система подойдет для повседневного использования, но реализация кажется весьма интересной.
Охлаждение жидким азотом
Если вы наблюдали за процессом охлаждения жидким азотом или даже сами пробовали охлаждать систему, то наверняка знаете о проблемах, связанных с LN2. В жидком состоянии газ может быть опасен, поэтому следует принимать меры предосторожности.
Цель охлаждения жидким азотом заключается в существенном снижении температур CPU и GPU. Экстремальное охлаждение позволяет значительно увеличить тактовые частоты и напряжение чипов. Впрочем, на практике все не так гладко, поскольку приходится бороться с конденсатом, да и чипы по-разному реагируют на низкие температуры. Например, оверклокер может столкнуться с Cold Bug, когда CPU или GPU перестают корректно работать ниже определенной температуры. Если Cold Bug наблюдается, например, при температуре -160°C, то чип нельзя охлаждать ниже данного уровня. То есть оверклокеру следует добиться температуры как можно ближе к этому уровню, но не ниже его.
Следующая проблема - Cold Boot Bug. Она связана с тем, что процессор нельзя перегрузить при температуре ниже определенного уровня. Если Cold Boot Bug наблюдается при -50 °C, то систему с меньшей температурой перегрузить не получится (она не будет загружаться, либо будет "вылетать"). То есть для успешной загрузки чип необходимо нагреть до -50 °C или выше. На все эти процессы уходит время, да и конденсат постоянно накапливается.
Kingpin использует показанную систему уже более двух лет. Она позволяет без лишних усилий транспортировать жидкий азот к компонентам, которые нужно охлаждать. Технические подробности оверклокер не разглашает, но принцип работы простой. Вместо использования стаканов, в которые жидкий азот наливается сверху, здесь применяется система закрытых охладителей, на которые подается жидкий азот через трубки из емкостей. Kingpin, вероятно, какой-либо промежуточный буфер с несколькими задвижками, чтобы лучше распределять LN2.
После нажатия кнопки жидкий азот начинает поступать в охладитель. Количество LN2 в данном случае можно дозировать. Поэтому если процессор необходимо охлаждать до температуры не ниже -160 °C (а лучше -158 °C, чтобы был определенный запас до Cold Bug), все это можно сделать с помощью системы. Риск того, что из-за чрезмерного количества жидкого азота температура снизится ниже планки Cold Bug, здесь намного ниже. И систему можно дольше сохранять на нужных температурах. Также не придется постоянно доливать жидкий азот в промежуточные литровые термосы, поскольку он непрерывно поступает из крупных емкостей.
Обновление: EVGA добавила видеоролик. На нем впервые прозвучало название системы с охлаждением жидким азотом - ROBOCLOCKER. Оверклокер Kingpin еще раз подчеркнул цель проекта: создать готовую систему, которая максимально проста в обслуживании, но вместе с тем позволяет установить новые рекорды разгона. Появится ли система ROBOCLOCKER в рознице - по-прежнему неизвестно.
Американский энтузиаст Винс Люсидо (Vince Lucido) по прозвищу K|ngp|n неплохо устроился: он не только выпускает компоненты систем охлаждения для экстремального разгона и термоинтерфейс, но и получает зарплату в штате EVGA, где выступает консультантом по созданию оверклокерских версий материнских плат и видеокарт. А "силён в математике" у EVGA украинский инженер Илья Цеменко (TiN), который проектирует все эти продукты и доводит их до стадии серийного производства.
реклама
Пару лет назад Винс Люсидо уже демонстрировал прототип системы автоматической подачи жидкого азота для охлаждения видеокарт и центрального процессора при экстремальном разгоне. В серийные резервуары открытого типа тогда были просто засунуты трубки в теплоизоляции, и испаряющийся азот просто рассеивался в атмосфере. Как отмечает ресурс Gamers Nexus, сейчас EVGA располагает новой версией этой системы охлаждения, которая получила рабочее название Roboclocker.
Источник изображения: Gamers Nexus
Для видеокарт и центрального процессора теперь разработаны специальные блоки (вроде водоблоков), в которые подаётся по гибким металлическим трубкам жидкий азот, по команде электроники через специальные клапаны. Отработанный хладагент возвращается по трубкам в отдельный сосуд Дьюара. Это позволяет сохранить до 75% жидкого азота для последующего использования.
Источник изображения: Gamers Nexus
Электронный блок управления контролирует процесс по двум параметрам – напряжению и температуре. Самое примечательное, что прототип системы уже отработал в лаборатории EVGA несколько недель, и позволил команде производителя установить несколько мировых рекордов разгона. Впрочем, перспективы серийного производства подобной системы пока не обсуждаются. И не будем забывать, что борьба с образованием конденсата и инея остаётся одной из важных задач для энтузиастов, использующих жидкий азот. Демонстрируемая система актуальности этой проблемы не снижает.
Вам частоту или эффективность?
Разгон процессоров AMD и Intel с помощью жидкого гелия — это таки «две большие разницы». В случае с AMD и его запредельно высокими частотами речь скорее идёт о так называемой валидации — максимально возможной частоте процессора без оглядки на то, даёт она прирост в бенчмарках, или же нет. Разгон новых архитектур Intel даётся сложнее, зато он эффективен и именно с ним сопряжены новые достижения в бенчмарках. Кстати, ожидайте мировые рекорды за авторством российских оверов в январе, когда будет снято эмбарго на публикацию обзоров новых Core i7 Kaby Lake :)
Разгон с помощью гелия при всей его дороговизне и эффективности охлаждения — это отнюдь не «чит», но и не гарант рекордов. К примеру, гелий до сих пор не оккупировал вершины турнирных таблиц в оверклокинге. Сейчас он, скорее, орудие для «крайних мер», когда у организаторов есть гарантия, что железо будет способно выдать результат на сверхнизкой температуре в короткий срок.
Самый эффективный и самый проблемный разгон
Жидкий гелий стал мощным рекламным орудием AMD — когда на выставке CES 2009 «красный лагерь» решил выжать из процессоров максимум, оверклокеры SF3D и Sampsa получили в распоряжение объём гелия суммарной стоимостью примерно $40 тысяч. Впрочем, ходят слухи, что ради экономии средств энтузиасты даже вышли на поставщика гелия для медучреждений и сторговались на более гуманной сумме. Зато итоговые 6301 МГц на Phenom II X4 привлекли общее внимание. При этом уже в июле Phenom II X4 955 Black Edition удалые ребята neoforce, DeDaL, DoNNy и pofigist в составе международной команды раскочегарили до 7 ГГц А ещё круче смотрелись 8429 МГц в процессоре FX-8150 спустя пару лет.
В рекордах разгона с применением гелия до недавнего времени царила атмосфера «AMD на AMD и AMD погоняет» — просто потому, что чуть более горячие сами по себе чипы «красных» лучше переносят экстремально низкую температуру и хорошо скалируются от температуры и напряжения. Для разгона чипов Intel, до недавнего времени, «с головой» хватало жидкого азота.
Почему при максимальной эффективности жидкий гелий не используют в разгоне другого типа железа? Потому что современной оперативной памяти не нужны отрицательные температуры для максимального быстродействия — оверклокеры, наоборот, подогревают её феном, чтобы ОЗУ работала в стандартном режиме, а не «замораживалась», как процессор.
А вот в разгоне видеокарт гелием видеопамять — «самое слабое звено». Потому что, если видеочипы хорошо переносят экстремальное охлаждение, то GDDR5/GDDR5X характерные для гелия температуры очень не любит. С распространением HBM-памяти ситуация лишь ухудшится. Вдобавок, актуальные видеокарты поколения NVIDIA Pascal («тысячная» серия) раскрывают свой потенциал при куда менее суровых температурах — им попросту не нужен жидкий гелий для того, чтобы «ехать на все деньги».
Даже транспортировка жидкого гелия и поиск помещения для бенч-сессии проблематичны
И даже в самом разгоне процессоров на сверхнизких температурах появляются новые «приколы». Если охлаждать процессор слишком быстро, пины (ножки) покрываются льдом и теряют контакт в сокете. То есть, процессор моментально виснет.
Никто не отменял ретроклокинг на более стойких к заморозке комплектующих, и фанаты разгона могли бы установить новые рекорды на старом железе. Но поддержка производителей в профессиональном разгоне всегда связана с рекламой новинок индустрии — никто не хочет делать рекламу и вкладываться в бенч-сессии с видеокартами и процессорами минувших лет.
Десять секунд на мировой рекорд
Проблемы разгона с применением жидкого гелия продолжаются даже на организационном уровне. Даже если найти поставщика и договориться о цене, понадобится арендовать гигантский сосуд Дьюара, найти хорошо вентилируемое помещение (гелий испаряется моментально и в оставляет после себя огромное количество конденсата — в 3 раза больше, чем жидкий азот). Сама процедура разгона гелием тоже сопряжена с хлопотами, поскольку начинается он с… разгона азотом. Медный «стакан» для отвода тепла сначала охлаждают до -196 градусов по Цельсию, а уже потом через капилляр на него подаётся жидкий гелий. И не в режиме «нонстоп», а порционно, чтобы у оверклокера была возможность контролировать стабильность системы.
Техника охлаждения гелием устроена так, что у энтузиаста есть порядка 10 секунд на запуск теста и результат, после чего нужно будет предпринимать попытку заново. Это одна из причин, по которой такое охлаждение не применяют для видеокарт — графические тесты не столь кратковременны. Сейчас гелий помогает выдать рекордные результаты разве что в дисциплинах SuperPi 1M, PiFast, HWBot Prime и, в меньшей степени, Cinebench.
Миллионы рублей на разгон железа
«Все мелодии спеты, стихи все написаны», всё азотом разогнано, а вот гелий — бессмысленный. Странная ситуация выходит, потому что именно жидкий гелий должен был стать символом новой эры оверклокинга. Именно с его помощью, в теории, можно было бы переписать таблицу мировых рекордов по разгону на новый лад. Но этот тип охлаждения как был маргинальным, так и остался.
И дело не в технических ограничениях — жидкий гелий кипит аж при -269 градусов по Цельсию, тогда как азот капитулирует уже при -196°C. То есть, с гелием можно «наваливать» попугаев в бенчмарках там, где потенциала азота уже недостаточно. В теории.
Dancop и Smoke на мероприятии Extrem OC Absolute Zero от ASUS — разгон Intel Core i7-6700K жидким гелием
На деле же оверклокеры по всему миру сторонятся гелия, и на то есть пара веских причин. Забудем на минутку о «жэстачайшем» и дорогостоящем подборе комплектующих, у которых не проявится колдбаг (coldbug — порог температуры, ниже которой железо отказывается работать) на характерных для гелия температурах. В конце концов, оверклокер обязан быть максималистом.
Главная преграда — цена вопроса. Один литр жидкого гелия обойдётся в 15-20 раз дороже, чем такое же количество жидкого азота, при этом для интенсивного охлаждения гелия всегда понадобится эдак в 4 раза больше. В интервью с оверклокером Smoke мы упоминали конкретные цифры — 200 литров гелия стоимостью 20 тысяч долларов на полчаса бенчмарка против $65-110 в случае с азотом. Один миллион и двести тысяч рублей для того, чтобы разок «поразгонять железки»!
Уже по этой причине разгон с помощью гелия стал редким ритуалом, который проводится на спонсорские деньги. Чаще всего такие мероприятия спонсирует AMD, с подачи которой и началась история оверклокинга гелием, или ASUS ROG, который таким образом громко заявляет о потенциале своих материнских плат.
Читайте также: