Каталог
ZV
ездный б-р, 19
+7 (495) 974-3333 +7 (495) 974-3333 Выбрать город: Москва
Подождите...
Получить токен
Соединиться
X
Сюда
Туда
x
Не выбрано товаров для сравнения
x
Корзина пуста
Итого: 
Оформить заказ
Сохранить заказ
Открыть корзину
Калькуляция
Очистить корзину
x
Главная
Магазины
Каталог
Мои заказы
Корзина
Магазины Доставка по РФ
Город
Область
Ваш город - ?
От выбранного города зависят цены, наличие товара и
способы доставки

Вторник, 7 декабря 2021 15:38

Радиаторы процессорных кулеров или как выбрать хороший процессорный кулер

короткая ссылка на новость:
#Кулер_для_процессора

В этой статье рассматриваются различные варианты конструкции радиатора кулера CPU на примере моделей, представленных на рынке сегодня. Радиатор является важной составной частью кулера, особенно если речь идет об игровой сборке, которую вы к тому же планируете разгонять или переводить в максимально тихий режим работы без снижения производительности. Мы рассмотрим такие показатели, как уровень шума и эффективность охлаждения, и покажем, как на них влияют продвинутые технологии теплорассеяния, используемые в современных кулерах.

Мы выражаем особую признательность Эдмунду Ли, специалисту компании Zalman, который любезно согласился быть нашим консультантом по техническим вопросам, касающимся конструкции кулеров. Итак, для начала давайте разберем принцип работы радиатора процессорного кулера.

Как работает радиатор?

Конечно, современные эффективные конструкции с тепловыми трубками намного сложнее, чем просто медная плитка, налепленная на полупроводниковый чип. Основными активными элементами радиатора процессорного кулера являются медные тепловые трубки, в которых для охлаждения микросхемы CPU часто используются физические эффекты, обусловленные изменением агрегатного состояния хладагента и капиллярной проводимостью. Но, прежде чем углубляться в детали, давайте рассмотрим работу радиатора в целом.

Назначение радиатора – отводить тепло от находящегося под ним чипа, который нагревается в результате циклического прохождения электрического тока через ядра процессора, работающие с высокой тактовой частотой; повышение скорости ядер за счет увеличения напряжения (vCore) увеличивает тепловыделение процессора, поэтому оверклокинг является той областью применения, где процессорные кулеры от сторонних производителей наиболее востребованы. По сравнению с ними заводские кулеры устроены значительно проще: монтируемый сверху вентилятор, алюминиевые пластины и плоское медное основание – все это и рядом не стояло с конструкцией кулеров от сторонних производителей, где используются медные тепловые трубки, заполняемые жидким хладагентом и имеющие внутреннюю капиллярную структуру.

Благодаря эффективному сочетанию тепловых трубок, компоновки вентилятора, минимизирующей сопротивление воздуха, алюминиевых или медных пластин, максимизирующих площадь теплоотдачи, и тепловых интерфейсов с высокой теплопроводностью радиаторы (кулеры) могут забирать тепло с поверхности CPU и выводить его наружу через заднюю или верхнюю часть корпуса. Это достигается путем точного подбора материалов всех элементов конструкции, что подтверждается расчетом теплопередачи. Подробнее об этом мы поговорим в разделе «Теплопроводность материалов и эффективность теплопередачи».

На рисунке ниже подробно показано внутреннее устройство радиатора процессорного кулера.

Схема

На рисунке обозначены все основные элементы кулера CPU. Физические процессы, отвечающие за базисные этапы охлаждения, происходят в тепловых трубках, но мы также видим здесь собственно радиатор, пластины которого образуют общую поверхность теплоотдачи, один из вариантов реализации технологии контакта, обеспечивающей передачу тепла с чипа CPU на трубки, и расположение вентилятора, создающего воздушный поток, относительно пластин радиатора.

Охлаждающее действие радиатора осуществляется по довольно простому принципу:

  • процессор выделяет тепло (нагревается); это тепло забирается с поверхности процессора и передается на тепловые трубки – через обладающее высокой теплопроводностью основание кулера или посредством прямого контакта;
  • под действием этого тепла жидкий хладагент в тепловых трубках переходит в газообразное состояние (испаряется); на это уходит значительная часть тепловой энергии, получаемой от процессора, за счет чего происходит его заметное охлаждение; - пар поднимается вверх по тепловой трубке и доходит до конденсатора, где снова переходит в жидкое состояние; образовавшийся конденсат по капиллярным структурам поступает обратно в испаритель (нижнюю часть тепловой трубки, расположенную над чипом CPU);
  • поднимающийся по тепловым трубкам пар передает тепло пластинам радиатора, где оно рассеивается; тепло с поверхности пластин радиатора забирает воздушный поток, создаваемый вентилятором из холодного воздуха перед радиатором;
  • жидкий хладагент стекает обратно в испаритель по внутренним капиллярным каналам тепловой трубки, которые могут иметь туфовую, продольно-нарезную, плетеную или комбинированную структуру (подробнее см. ниже); капиллярный перепад давлений вынуждает хладагент перемещаться обратно в испаритель, где он заново используется в следующем рабочем цикле.

Как выбрать хороший процессорный кулер?

Вся эта техническая информация поможет вам разобраться в великом множестве процессорных кулеров, представленных на рынке. Понимание физики процессов, лежащих в основе работы кулера, дает понимание того, какие конструктивные элементы определяют качество этого вида продукции, и помогает сделать осознанный выбор.

Теплопроводность материалов и эффективность теплопередачи

Материалы, используемые в конструкции радиатора, существенно влияют на его эффективность. В таблице ниже приведены значения теплопроводности материалов и веществ (при нормальных условиях), имеющие практическое значение для работы кулера.

Вещество/ материалКоэффициент теплопроводности при 25 °С, Вт/(м*K)
Атмосферный воздух0.024
Вода0.058
Термопаста (средние значения)от 5.3 до 8.5
Алюминий205
Медь401

С учетом низкого коэффициента теплопроводности воздуха становится очевидным, почему мы не используем в высокопроизводительных системах непосредственное охлаждение процессора потоком воздуха. Медь и алюминий, обладающие отличными характеристиками теплопроводности, подходят для этих целей гораздо больше: медь объективно является лучшим материалом для изготовления радиаторов мощных процессорных кулеров для игровых ПК, но алюминий существенно дешевле и при этом имеет достаточно высокий коэффициент теплопроводности, позволяющий использовать его в серьезных решениях. Однако это не отменяет того факта, что медь является лучшим теплопроводящим материалом. Если вы захотите использовать радиатор с медными тепловыми трубками и медными же пластинами – мы это только приветствуем, однако в большинстве случаев медные пластины не являются необходимым требованием: мы настоятельно рекомендуем только медные тепловые трубки.

Математически процесс передачи тепла через слой материала за счет его теплопроводности описывается законом Фурье (в интегральной форме):

q = k A dT / s

Где q – полная мощность теплопередачи, A – площадь сечения слоя материала плоскостью, перпендикулярной направлению теплового потока (площадь поверхности теплопередачи), k – коэффициент теплопроводности материала, dT – разность температур на границах слоя материала, s – толщина слоя материала.

Помимо коэффициента теплопроводности металлического материала радиатора (меди или алюминия) на эффективность охлаждения влияют также характеристики вентилятора, особенности воздушного потока в корпусе ПК, общая площадь поверхности пластин радиатора и шероховатость контактной поверхности основания. Обратите внимание, что многие производители кулеров из чисто эстетических соображений часто покрывают медные и алюминиевые части радиатора никелем или другим декоративным материалом, и тогда определить на глаз – где медь, а где алюминий – невозможно. Характерный пример – модель кулера T812 от Cooler Master, в которой используется медное основание с покрытием, внешне похожим на алюминий. Поэтому, прежде чем принимать окончательное решение о покупке, всегда проверяйте спецификации кулера.

Площадь поверхности радиатора и шероховатость основания

Площадь поверхности радиатора считается одним из важнейших функциональных параметров кулера, и понятно почему: большой металлический блок с ребристой/пластинчатой структурой располагает большим потенциалом для распределения полученного тепла по своему объему и последующей передачи его в воздух через большую площадь поверхности. Существенное значение имеет также форма и компоновка пластин радиатора, направленная на максимизацию площади теплоотдачи и, соответственно, эффективности радиатора как составного элемента системы охлаждения.

К счастью, это одна из тех вещей, оценить которые при покупке кулера довольно просто: в данном случае – чем больше, тем лучше; единственная оговорка – массогабаритные параметры радиатора должны вписываться в вашу сборку. Брать кулер с самым большим радиатором не имеет смысла, если он не влезет в ваш компьютер или будет давать слишком большую механическую нагрузку на чип CPU или материнскую плату. Кроме того, просто массивный алюминиевый радиатор еще не означает, что этот кулер будет лучшим во всех других отношениях: также нужно учитывать материал тепловых трубок, шероховатость основания и т.д.

Шероховатость (обычно измеряемая в микродюймах) является мерой гладкости контактной поверхности основания и характеризует потенциальную плотность ее прилегания к поверхности чипа CPU. В идеале можно было бы вообще не использовать термопасту и ставить кулер медным основанием непосредственно на процессор, создавая поверхностный контакт без каких-либо зазоров... но мы живем в реальном физическом мире.

Кулер, термопаста, процессор

Необходимость использования термопасты обусловлена микронеровностями контактирующих поверхностей, образующими воздушные карманы. При повышении температуры контактирующих материалов эти карманы расширяются и в них проникает воздух; результатом этого становится неравномерная передача тепла через контакт и снижение эффективности охлаждения процессора. Термопаста, в любом случае имеющая значительно меньший коэффициент теплопроводности по сравнению с медью или алюминием, тем не менее заполняет пространство между микронеровностями и герметизирует поверхностный контакт, обеспечивая относительную равномерность передачи тепла от поверхности чипа CPU на основание кулера. Очевидно, что чем меньше эти микронеровности, то есть чем меньше шероховатость контактной поверхности основания, тем лучше.

Теплопроводность термопасты будет влиять на эффективность теплопередачи, но это влияние не столь значительно, чтобы тратить много денег на дорогой компаунд. Если вы планируете серьезный оверклокинг и для вас имеет значение каждый градус температуры, то универсальным решением будет термопаста MX-4. Коэффициент теплопроводности термопасты в районе 6 Вт/(м*K) – в большинстве случаев более чем достаточен, и стоит эта паста сравнительно недорого.

Типы конструкции тепловых трубок и виды капиллярных структур

Вернемся к тепловым трубкам. В процессорных кулерах чаще всего используются два основных типа конструкции тепловых трубок: с испарительной камерой и с традиционными капиллярными структурами. Мы начнем со второго, более распространенного варианта.

Тепловая трубка

Как видно из рисунка, внутри тепловой трубки содержится очень небольшое количество хладагента (обычно в качестве хладагента используют смесь этилового спирта и аммония или дистиллированную воду), который изменяет свое агрегатное состояние – это ускоряет процесс охлаждения. В испарителе (нижняя часть тепловой трубки, расположенная в непосредственной близости от процессора) хладагент переходит из жидкого состояния в газообразное и поднимается в конденсатор, где – как вы уже догадались – пар конденсируется, переходя обратно в жидкое состояние, и затем перемещается вниз по капиллярам, которые могут иметь продольно-нарезную, туфовую, плетеную или комбинированную структуру.

Продольно-нарезная структура капилляров выглядит наиболее простой – вероятно, это первое, что приходит в голову: жидкость стекает прямо вниз по узким каналам, нарезанным на внутренней поверхности трубки; пористая туфовая структура капилляров выглядит более рыхлой. Металлическая плетеная структура капилляров чаще используется в кулерах пользовательского класса и отдаленно напоминает структуру плетеной корзины. На рисунке ниже все три вида капиллярных структур представлены в разрезе.

В тепловых трубках кулеров Zalman используется четвертый вариант – комбинированный – с медным порошковым напылением на внутренней поверхности трубки, которое способствует более быстрому подъему пара в конденсатор и, следовательно, более быстрому охлаждению процессора.

Производство трубок с комбинированной и туфовой структурой капилляров обходится существенно дороже, чем производство трубок с продольно-нарезной внутренней структурой. Существует также много других вариаций капиллярных структур, которые производители "лучших" кулеров периодически пробуют в своих продуктах, но наиболее предпочтительными, хотя и относительно редко встречающимися, остаются тепловые трубки с комбинированной или туфовой структурой капилляров.

Тепловые трубки, примыкающие непосредственно к поверхности чипа CPU (так называемая технология прямого контакта), работают более эффективно, если речь идет о сравнительно кратковременной нагрузке ("около часа", по данным Zalman). Однако при более продолжительной нагрузке с интенсивным тепловыделением ситуация выравнивается: трубки с технологией прямого контакта обычно не демонстрируют заметного преимущества в части эффективности охлаждения процессора по сравнению с полированным основанием (при использовании в том и другом случае одинаковых материалов). Однако медное основание заметно эффективнее алюминиевого.

Испарительные камеры используются не так часто, однако о них стоит вкратце упомянуть: испарительные камеры используются для охлаждения высокопроизводительных процессорных блоков с выраженной локализацией тепловыделения. Испарительная камера помогает более равномерно распределить тепло по всем пластинам радиатора (а не только по находящимся в непосредственной близости от процессора). В модели Cooler Master 812 используются и тепловые трубки, и испарительная камера.

Испарительная камера

По сути, принцип действия этой конструкции – такой же, как и у обычной тепловой трубки, но с использованием дополнительного механизма распределения тепла.

Расположение вентилятора и уровень выходного шума

Уровень шума – это обычная проблема, возникающая при использовании в кулерах небольших вентиляторов, но оптимизация процессов теплопередачи и оптимальное расположение вентилятора позволяют уменьшить потребную скорость вращения вентилятора и, соответственно, уровень выходного шума.

Уровень шума, производимого вентиляторами процессорных кулеров, определяется несколькими основными факторами: тип подшипника, размер и скорость вращения вентилятора, а также вибрирование и дребезжание конструкции работающего вентилятора. И только последний из этих факторов является специфическим для процессорных кулеров – остальные относятся собственно к вентиляторам.

Дребезжание вентилятора обычно является результатом неточной установки и/или непродуманности конструкции. Например, в модели кулера Tuniq Tower 120 Extreme для предотвращения дребезжания применяются обрезиненные винты, Zalman использует срединное расположение вентилятора, который не привязан к пластинам радиаторных блоков (теоретически это самая бесшумная компоновка, см. рисунок ниже), другие производители используют различные комбинации монтажных рамок и креплений, компенсирующих вибрационную нагрузку при работе вентилятора.

Вентилятор между двумя пластинами

Срединное расположение вентилятора – прямо над процессором, между двух блоков пластин радиатора (без механического контакта с ними) – это интересное решение, позволяющее вентилятору проталкивать воздух сразу через оба блока пластин, не создавая дополнительного шума от дребезжания конструкции.

Помимо собственно вентиляторов, есть смысл обратить внимание на наличие в комплекте кулера обрезиненных монтажных рамок и/или крепежных винтов, а также других приспособлений для лучшей стабилизации вентилятора, работающего на высоких оборотах. Установка дополнительных вентиляторов, безусловно, повышает эффективность охлаждения, поскольку они обеспечивают более мощный воздушный поток через корпус ПК и более равномерный обдув пластин радиатора, однако это не является необходимостью. Мы зарегистрировали снижение температуры на 3 °C при использовании кулера NZXT Respire T40 с двумя вентиляторами относительно результата этого же кулера с одним вентилятором – это заметная разница – но уровень шума при этом вырос еще заметнее (хотя вы можете возразить, что при использовании двух вентиляторов можно было просто уменьшить скорость их вращения). Прибавку к уровню шума (в дБ) при использовании дополнительных вентиляторов можно вычислить по следующей формуле: dL = 10*log(x), где x – количество вентиляторов с одинаковым уровнем выходного шума; таким образом, установка в систему дополнительных вентиляторов всегда будет приводить к увеличению уровня выходного шума на несколько децибелов.

Резюме: как выбрать процессорный кулер

Теперь, после того как мы ознакомились с принципом работы и основными элементами процессорных кулеров, отметим еще раз – на что нужно обратить внимание при выборе кулера для CPU (в расчете на использование его в системе стандартного или игрового класса производительности):

  • Площадь поверхности пластин радиатора. Чем больше радиатор, тем легче он рассеивает тепло. Соответственно, большая площадь основания кулера также означает более эффективную передачу тепла с процессорa на тепловые трубки и менее жесткие требования к точности установки кулера на чип CPU.
  • Материалы. Медь обладает примерно вдвое большим коэффициентом теплопроводности, чем алюминий, что делает ее однозначно лучшим материалом для радиаторов.
  • Количество тепловых трубок и их диаметр. Как правило, большее число тепловых трубок означает более эффективное охлаждение. Дополнительная испарительная камера в ряде случаев может оптимизировать отвод тепла от высокопроизводительных компонентов ПК, но чаще используются обычные тепловые трубки.
  • Расположение и количество вентиляторов. Большее количество вентиляторов потенциально означает более эффективное охлаждение, но также и более высокий уровень выходного шума. Подберите для себя сбалансированное решение, обеспечивающее оптимальную производительность и приемлемый уровень шума; не забывайте также, что вы всегда можете уменьшить скорость вращения вентиляторов, и, соответственно, шум на выходе.
  • И, наконец, последний аспект – эстетический. Звучит грубо, но, если честно, большинство кулеров средней и высокой ценовой категории предлагают почти одинаковые характеристики производительности. С другой стороны, вряд ли кто-то из энтузиастов захочет установить в свою стильную сборку безобразный кусок меди.

Поэтому, с учетом несущественной разницы в производительности, просто выберите себе приличный кулер, наилучшим образом вписывающийся в ваш персональный стиль.

Кулеры для процесоров
Товаров в группе: шт.
Цена: от руб.

Источник: НИКС - Компьютерный Супермаркет

подписаться   |   обсудить в ВК   |