Система охлаждения процессора: жидкостное охлаждение или воздушное

Законы Физики.

Естественно, что с ростом тактовой частоты увеличивается температура на всех компонентах, — это законы физики. Слишком высокая температура может стать причиной термического повреждения кристалла процессора. Именно поэтому в современных компьютерах на аппаратном уровне реализован целый ряд защитных механизмов, направленных на то что бы уберечь процессор от повреждения в случае перегрева.
Один из таких механизмов называется Троттлинг (от английского throttling): чем выше температура на кристалле процессора, тем больше машинных тактов он пропускает. Такты пропускаются, соответственно снижается эффективность и производительность – это и есть троттлинг процессора.
Таким образом мы плавно подошли к сути нашей проблемы, с одной стороны нам нужна максимальная производительность нашей игровой системы, с другой стороны необходимо обеспечить максимально эффективное охлаждение и не допустить повышения температуры до уровня, при котором включаются защитные механизмы.

Воздушная система охлаждения

Такие системы состоят из двух основных деталей: радиатора и одного или нескольких вентиляторов. Вся эта конструкция крепится поверх процессора. Чем больше тепловыделение процессора, тем крупнее требуется радиатор. Максимально допустимое тепловыделение процессора указывается в характеристиках.

Что еще важно знать

Нужно хорошее охлаждение в корпусе ПК. Вентиляторы воздушной системы охлаждения забирают воздух из внутренней части системного блока. А он прогревается от радиаторов материнской платы и видеокарты. Поэтому для эффективного теплоотвода необходимо создать хорошую вентиляцию внутри корпуса: минимум два вентилятора 120 мм на вдув в передней части и еще пара на выдув, сверху или сзади.

Башенный кулер от Zalman, модель CNPS16X Black высотой 165 мм

Подходит не для всех корпусов. Максимальная высота системы охлаждения процессора указывается в характеристиках корпуса. К примеру, Zalman CNPS16X высотой 165 мм нельзя установить в корпус Thermaltake Versa C23 TG, так как в него помещаются кулеры высотой до 155 мм — просто не получится закрыть боковую крышку.

Мешает установке оперативной памяти. Радиатор шириной больше 110 мм закрывает собой ближайший к процессору слот оперативной памяти. Базовые модули установить удастся, но высокие планки с радиаторами охлаждения не поместятся в зазор между разъемом и охлаждением процессора.

Модули памяти Corsair Dominator Platinum с высоким радиатором и RGB подсветкой

Водяная система охлаждения

Для охлаждения горячих процессоров и видеокарт с тепловыделением от 100 Вт используют системы водяного охлаждения (СВО). В них радиатор закреплен не на самом процессоре, а на корпусе ПК. Тепло отводит циркулирующая по трубкам и радиатору жидкость.

СВО бывают двух типов — закрытого и открытого.

Оба состоят из обязательных элементов:

• теплообменник, который крепится на крышку процессора;
• помпа, прокачивающая жидкость по системе;
• радиатор с вентиляторами.

Aerocool Watercooler Pulse — система водяного охлаждения закрытого типа с одним вентилятором

Особенность закрытого типа — в том, что резервуаром для жидкости служит вся система, а помпа закреплена на теплообменнике. Дозаправка и контроль уровня жидкости чаще всего не предусмотрены.

Система открытого типа с внешним резервуаром для охлаждающей жидкости

Систему открытого типа нужно собирать самому. Сравнивать их с воздушным охлаждением некорректно, так как стоимость одной помпы может доходить до цены готового комплекта закрытого типа, а ведь еще нужны трубки, радиатор, резервуар, жидкость и так далее. Так что далее речь пойдет про закрытый тип.

Что еще нужно знать

Эффективность работы СВО зависит от расположения радиатора. Лучше всего крепить его на фронтальной стенке: тогда вентилятор будет захватывать холодный воздух снаружи, что не позволит радиатору сильно нагреваться. В среднем при такой установке температура самого радиатора держится в пределах от 22 до 40 градусов.

Главное — позаботиться о выводе воздушных масс из корпуса. Для этого установите вентиляторы в верхнюю и заднюю стенки корпуса.

Не стоит монтировать радиатор на верхней панели, так как к нему будет поступать уже предварительно разогретый другими комплектующими воздух. А при установке на системы на вдув вмешается физика, ведь теплый воздух из корпуса стремится подняться наверх.

Схема установки воздушного охлаждения — слева, радиаторов водяного охлаждения — справа. Из мануала к корпусу Thermaltake View 71

Производители корпусов на своих сайтах размещают схемы установки дополнительных вентиляторов и СВО. Если в характеристиках только размеры, скачайте мануал.

Существуют радиаторы разных размеров, фактически они кратны диаметру вентиляторов охлаждения: размер один — это 120 мм, два — 240 мм, три — 360 мм и самые большие системы с четырьмя вентиляторами — 420 мм. Дополнительное место занимает выход трубок, но производители корпусов это учитывают. И помните: если поддерживается радиатор большего размера, то модель поменьше встанет без проблем.

Водяное охлаждение менее шумное. Гул у систем охлаждения вызывают работающие вентиляторы. При пиковых оборотах шум достигает 30–40 дБ.

В воздушной системе самих вентиляторов может быть от одного до трех, и работают они на средних или высоких оборотах. В водяном охлаждении используют от одного до четырех вентиляторов на одной стороне радиатора (зависит от его размеров). А всего их может быть до восьми штук (с двух сторон).

В воздушной системе температура процессора зависит только от температуры радиатора, а в СВО — еще и от скорости работы помпы. Да и сам радиатор находится в передней части корпуса, далеко от греющейся материнской платы и видеокарты. Воздух вокруг него холоднее, что позволяет снижать обороты вентиляторов до минимума, так что компьютер при работе с браузером или фоторедактором почти не слышно.

Что выбрать: воздух или воду?

При выборе типа охлаждения обратите внимание в характеристиках процессора на параметр Тепловыделение. Если около или выше 100 Вт, присмотритесь к системе водяного охлаждения. Она не ограничит вас в установке высоких модулей оперативной памяти, не потребует большой ширины корпуса, а запаса эффективности хватит для тихой работы или разгона процессора.

Но учтите, что стоимость средней системы воздушного охлаждения на 2–3 тысячи рублей ниже, чем СВО закрытого типа.

Как работает система охлаждения процессора

Системы воздушного и жидкостного охлаждения процессора работают по аналогичному принципу и по существу выполняют одну задачу: поглощают тепло от процессора и распределяют его в сторону от аппаратного обеспечения.

Тепло, выделяемое самим процессором, распределяется на металлическую крышку процессора, называемую встроенным теплораспределителем. Затем тепло передается на опорную пластину системы охлаждения процессора. Затем тепло распределяется с помощью жидкости или через тепловую трубку на вентилятор, где оно выдувается из системы охлаждения и в конечном итоге из ПК.

Несмотря на то, что механизмы, лежащие в основе, похожи, эти два метода обеспечивают распределение тепла совершенно разными способами.

Начнем с воздушной системы охлаждения.

Охлаждение воздухом

В системе воздушного охлаждения тепло передается от встроенного теплораспределителя процессора через нанесенную термопасту на проводящую опорную пластину, которая обычно изготавливается из меди или алюминия. От опорной пластины тепловая энергия поступает в прикрепленные тепловые трубки.

Тепловые трубки предназначены для отвода тепла из одного места в другое. В этом случае тепло перемещается к теплоотводу, который приподнят над системной платой, чтобы освободить место для других компонентов, например ОЗУ. Данные трубки передают энергию в виде тепла на тонкие металлические ребра, образующие теплоотвод. Эти ребра предназначены для обеспечения максимального воздействия холодного воздуха, который затем поглощает тепло из металла. Установленный вентилятор отводит теплый воздух от теплоотвода.

Как насчет пассивного охлаждения? 

Система пассивного охлаждения является менее распространенной, но схожей в теории со стандартной системой охлаждения. В ней используется теплоотвод, специально разработанный для поглощения и перераспределения тепла без использования вентилятора. Это может пригодиться в сборке, где приоритетом является низкий уровень шума, однако в большинстве игровых компьютеров используется система воздушного или жидкостного охлаждения.

Эффективность системы воздушного охлаждения может варьироваться в зависимости от таких факторов, как материалы, используемые в конструкции (медь является более проводящей, чем алюминий, хотя алюминий дешевле), а также размера и количества вентиляторов, подключенных к теплоотводу процессора. Этим объясняется разница в размере и конструкции систем воздушного охлаждения процессора.

Более крупные системы воздушного охлаждения обычно рассеивают тепло лучше, но для громоздкой системы охлаждения не всегда есть место, особенно в ПК малого форм-фактора.

Далее мы более подробно рассмотрим преимущества воздушного охлаждения, но сначала изучим жидкостное охлаждение для сравнения.

Охлаждение жидкостью

Как и в случае с системами воздушного охлаждения, существует широкий выбор доступных вариантов, при этом большинство из них подразделяются на две категории: системы охлаждения «все в одном» или настраиваемые контуры охлаждения. Мы сосредоточимся главным образом на системах охлаждения «все в одном», хотя фундаментальные принципы того, как жидкость охлаждает процессор, одинаковы в обеих системах.

Как и в случае с воздушным охлаждением, процесс начинается с опорной пластины, подключенной к встроенному теплораспределителю процессора со слоем термопасты. Таким образом обеспечивается лучшая теплопередача между двумя поверхностями. Металлическая поверхность опорной пластины является частью блока водяного охлаждения, который предназначен для заполнения охлаждающей жидкостью.

Охлаждающая жидкость поглощает тепло из опорной пластины, проходя через блок водяного охлаждения. Затем оно продолжает перемещаться по системе и вверх по одной из двух трубок к радиатору. Радиатор обеспечивает воздействие воздуха на жидкость, что помогает ей остыть, а вентиляторы, прикрепленные к радиатору, отводят тепло от системы охлаждения. Затем охлаждающая жидкость снова поступает в блок водяного охлаждения, и цикл повторяется.

Что подойдет именно вам?

Оба варианта охлаждения являются высокоэффективными при правильной реализации, но имеют разные характеристики в разных условиях. При выборе необходимо учитывать ряд факторов.

Плюсы и минусы воздуха

Начать стоит с того, что охлаждение с использованием связки радиатор+вентилятор является на сегодняшний день самым распространенным вариантом. Достаточно вспомнить боксовые версии процессоров, где уже из коробки можно достать небольшого карлсона и прилепить его на камень для мало-мальски качественного охлаждения.

Другое дело, что подобные турбины рассчитаны лишь на работу при штатных частотах, но любителей разогнать железки на самом деле чертовски мало, а потому комплектные кулера пользуются большим спросом.

Второе преимущество воздуха – цена. Если капнуть в сегмент супер-кулеров вроде Noctua NH-D15 или Skythe Ninja 5, то можно напороться на башню стоимостью с хорошую водянку, но в подавляющем большинстве случаев кулеры за 5–10$ уже могут исправно охлаждать не самые горячие чипы, да и сама технология элементарна до безобразия. У вас может в самом худшем случае повредиться лопасть вентилятора или подшипник, что «лечится» покупкой аналога за 2–3$ и все повторяется заново.

Последний плюс – простота монтажа. Боксовые вертушки, изначально рассчитанные на определенный сокет, ставятся за 2–3 минуты, причем даже не надо заморачиваться насчет термопасты – она уже нанесена на поверхность радиатора.

Простота установки

Несмотря на то, что система жидкостного охлаждения «все в одном» зачастую сложнее в установке, чем стандартная система воздушного охлаждения, принцип ее работы достаточно прост. Большинство таких систем состоят только из блока водяного охлаждения, двух шлангов, обеспечивающих циркуляцию охлаждающей жидкости, и радиатора. Дополнительные действия включают установку блока водяного охлаждения, который аналогичен установке системы воздушного охлаждения, а затем установку радиатора и вентиляторов таким образом, чтобы излишки тепла могли легко выйти из ПК. Поскольку охлаждающая жидкость, насос и радиатор являются автономными компонентами устройства (отсюда название «все в одном»), после его установки не требуется значительный контроль или техническое обслуживание.

С другой стороны, установка настраиваемого контура требует дополнительных усилий и знаний со стороны сборщика. Процесс первоначальной установки может занять больше времени, однако дополнительная гибкость позволяет значительно расширить возможности настройки и при необходимости включить в контур другие компоненты, такие как графический процессор. При правильном внедрении эти более сложные настраиваемые контуры также могут поддерживать сборки всех форм и размеров.

Но есть и минусы, куда ж без них.

Во-первых, эффективность воздуха с каждым годом падает, поскольку железо регулярно растет в мощности, а видеокарты потребляют все больше электричества. В результате воздуха в корпусе не хватает, СО маслает на полных оборотах, но гоняет по коробке горячие воздушные массы.

Не знаете, какая максимальная температура процессора? Поработайте несколько часов в теплой комнате, а затем посмотрите показатели AIDA 64 – вы сильно удивитесь. И да, стенку системного блока лучше не задевать, наверняка она будет довольно горячей.

Во-вторых, хорошие кулеры имеют просто огромный радиатор, способный перекрыть множество ключевых портов и разъемов, включая многострадальные DIMM-слоты для ОЗУ. Наверняка многие даже не столкнутся с подобным недостатком, но приятного в этом мало, поскольку часть комплектующих будет попросту лежать и пылиться в коробках. Любой топ кулеров для процессора обладает подобным недостатком.

В‑третьих, вертушки на максимальных оборотах гремят так, словно у вас дома разыгрывается инсталляция войны во Вьетнаме при участии парочки боевых вертолетов. Эта проблема наверняка знакома обладателям процессоров Intel со штатным охлаждением, которое гудит, дребезжит и всячески старается наделать шума в комнате даже при просмотре роликов на Youtube.

Плюсы и минусы водяного охлаждения

Переходим к водянкам. Вот тут можно узнать принцип их работы, но если вы и так все знаете, то переходим к следующему этапу.

Итак, преимущество первое и самое веское – эффективность охлаждения, ради которого все и затевается. Если вы фанатеете от разгона и мечтаете достичь тех самых пиковых частот везде и во всем – берите водянку, и желательно 2–3 секционную. Одна секция по эффективности будет находиться на одном уровне с кулерами вроде Zalman CNPS10X Optima или Cooler Master Hyper 212, но занимать значительно меньше места в корпусе, что позволит более грамотно продумать cable-менеджмент.

Второй плюс – уровень шума помпы, который всегда будет меньше, чем у кулера. Шумит помпа – у вас проблемы, либо попался брак. Если вы плохо воспринимаете посторонние звуки или шумы, то можете обратить внимание на данную особенность водянок. Да и в офисах проблема излишнего «локального вертолетного противостояния» всегда стояла особенно остро.

Третий плюс – эстетика. Не оправдывайся, ты всегда смотришь со слюной у рта на кастомные системы с обслуживаемыми водянками, которые дополнительно используют не гибкие, а твердые акриловые шланги с цветной жидкостью. Выглядит действительно эффектно и просто радует глаз. С подобными системами можно создать потрясную сборку.

А теперь к минусам.

Косяк номер 1 – цена. Цена хорошей водянки никогда не будет ниже 100 баксов, если только пользователи не устроят массовую забастовку против производителей СВО. Ну а что вы хотели, технология достаточно сложная и приходится учитывать несколько нюансов. Некоторые наборы обслуживаемых водянок могут переваливать за 1000 долларов, причем лишь за базовый набор.

А теперь добавим сюда красивые вертушки, жидкость с эффектом люминесценции, RGB-подсветку, кастомные фитинги и прочие свистоперделки, включая процесс сборки. Становится страшно. Есть и необслуга, но и ее стоимость будет колебаться от 100 до 200 долларов включительно.

Косяк номер 2 – постоянное слежение за качеством продукта. Тарахтящий вентилятор легко меняется на новый после непродолжительной полемики с продавцом. А вот протекающая помпа уже грозит более серьезными последствиями, как и низкокачественные трубки. Залить дорогую систему водой – то еще удовольствие. Несмотря на тот факт, что в СВО используется диэлектрический дистиллят, приятного все равно мало.

Косяк номер 3 – сложность монтажа. Если обычный кулер встанет в самый дешевый корпус без особых проблем, то водянку нужно где-то разместить и сделать это правильно. Первая проблема – установка радиатора на 2 или 3 секции. Например, мой корпус и близко не располагает отверстиями для этих целей, как и большинство остальных. А это значит, что нужно подыскивать вариант, ориентированный под монтаж СВО.

Также нужно грамотно распределить трубки, кабели подключения вентиляторов и прочий клубок проводов, чтобы итоговая картина выглядела более-менее гармонично. А вот это уже задача посложней. С кастомными обслужками все куда серьезней, поскольку человек без опыта попросту не сможет ее нормально организовать.

Вот такая ситуация выходит, а потому делайте выводы, что вам больше нравится и готовы ли вы к трудностям. Надеюсь статья вам была очень полезна, не забывайте подписываться на обновления и делиться с друзьями.

Необслуживаемые СВО

Для тех, кто только начинает свой путь в мире компьютеров существуют необслуживаемые системы водяного охлаждения. Многие именитые производители предлагают готовые и надежные необслуживаемые (замкнутые) системы охлаждения по относительно невысокой цене, например: Corsair Hydro Series (существует несколько вариантов с разными типами радиаторов), Cooler Master Seidon, NZXT Kraken, Silverstone Tundra, да что там говорить, даже компания Intel рекомендует к своим процессорам Intel Core i7 в исполнении LGA 2011 в качестве штатной СО – систему водяного охлаждения от компании Asetek.

Какой же сделать выбор?

Сейчас, когда разгон процессоров стал достаточно привычным делом, никто не откажется от повышенных частот для более быстрого выполнения задач, будь то профессиональная деятельность, или компьютерные игры с богатой и тяжелой графикой или высоконагруженными сценами с большим кол-вом персонажей и полигонов. Очевидно, что в таких условиях вопрос о надежной и максимально эффективной системе теплоотвода стоит очень остро. Чем мощнее процессор или графическая карта, тем эффективнее должна работать система охлаждения компьютера. А воздушные кулера, как правило, имеют очень неприятную особенность – вентиляторы при работе в экстремальных режимах, шумят очень сильно и это может вызвать негативные эмоции особенно у пользователей или геймеров в ночное время.