Жидкостное охлаждение для компьютеров
В конце позапрошлого века появились первые автомобили, послужившие вехой технического прогресса и мобилизации человечества. Их двигатели сначала были примитивны, маломощны, шумны и работали на воздушном охлаждении. Но вот не проходит и десяти лет, и вместе с ростом мощности и более сбалансированной работой двигатель внутреннего сгорания получает гораздо более эффективное жидкостное охлаждение. Этот способ охлаждения миллионов моторов является неизменным атрибутом комфортного автомобиля и по сегодняшний день.
Первые ПК не имели проблем с охлаждением своих процессоров вообще. Потом они обзавелись радиаторами. Далее – небольшими вентиляторами. Что мы имеем теперь? Сегодня стоимость средств охлаждения для процессоров из верхнего модельного ряда уже приближается к цене самих CPU из нижних моделей. Чрезвычайно возросла мощность современных кулеров, их габариты, вес, обороты двигателей и диаметр вентиляторов. Стали критичны обработка и качество материала. Если раньше возможностей кулеров хватало с запасом, то сегодня они уже с трудом справляются со своими задачами. Увеличивать мощность вентиляции становится все сложнее, так как размеры и вес процессорных кулеров уже достигают критичных значений.
Вместе с ростом вычислительной мощности современные процессоры потребляют все больше и больше энергии. Основная ее часть выделяется в виде тепла. Этот непрерывный тепловой поток можно отбирать только через ограниченную площадь процессорного ядра. Производители стараются бороться с потреблением энергии и тепловыделением переходом на более низкие напряжения питания и технологические нормы. С уменьшением микронных норм производства потребление мощности действительно уменьшается, однако уменьшается и площадь кристалла самого ядра, что, в свою очередь, ведет к увеличению плотности теплового потока. И хоть тепла становиться меньше, но снизится ли температура внутри ядра меньшей площади – это уже под вопросом. С увеличением интеграции и уменьшением площади чипа отвод тепла с его поверхности становится все более трудной задачей. Здесь уже требуются специальные материалы и теплоносители. Неизменный рост тактовых частот предполагает неизбежное увеличение тепловыделения CPU в дальнейшем. Для процессоров с тактовыми частотами превышающими 2 ГГц рекомендуются кулеры с радиаторами из меди либо хотя бы с медной подошвой на алюминиевом радиаторе. Что будет за медью? Серебро? Напыление из золота? Или что-то еще?
Как бы не справлялся воздушный кулер с охлаждением процессора, но куда он девает тепло? Ответ ясен – выкачивает (вытягивает) его вовнутрь системного блока. Туда же сбрасывают свое тепло и кулер видиокарты, порядком греющиеся приводы жестких и оптических приводов, радиаторы чипсета и т.д. Но все эти устройства охлаждаются тем же воздухом из системного блока, который они сами и нагревают. Круг тепловой конвекции замыкается. Температура внутри корпуса компьютера стала так же актуальна, как и нагрев внутренних устройств. Результат – интенсивная принудительная вентиляция всего системного блока. Если раньше корпуса комплектовались одним посадочным местом под фронтальный вентилятор, причем производители не особо заботились о вентиляционных отверстиях напротив него, то теперь внутри стандартных корпусов предусмотрено 2-3 места под вентиляторы. Кроме того, в продаже появилась масса всевозможных «бловеров», блоков вентиляторов под слотовые и 5,25” отсеки.
Рекомендация, ставшая уже аксиомой: берите корпус большого объема, потому что в нем лучше циркуляция воздуха. Вот куда тратится пространство корпуса – на циркуляцию воздуха. Притом, что какой-либо специальной организации путей для воздуховодов в обычных корпусах нет вообще, и эффект от вентиляции зависит от комплектации конкретного компьютера, от загромождения его внутреннего пространства шлейфами и платами расширения. Процессор и другие устройства охлаждаются воздухом изнутри корпуса. Эффективность воздушного охлаждения напрямую зависит от температуры воздуха внутри системного блока. Требуется продуманная вентиляция внутреннего пространства корпуса. Но вот заставить течь потоки воздуха в нужном направлении весьма сложно, путь ему преграждают всевозможные устройства, шлейфы, внутренние закоулки. Воздух по большому счету не циркулирует по заданному пути, а перемешивается внутри корпуса.
Если корпуса с воздушным охлаждением спроектированы специально, с компактным расположением элементом и четкой организацией воздуховодов, что характерно для серверов, то и здесь очень остро стоит проблема организации и сечения воздуховодов. Вентиляторы внутренних устройств нагнетают воздух на свои радиаторы под определенным давлением. Эффективное сечение воздуховода должно быть сравнимо с площадью вентилятора. Приходится предусматривать широкие воздушные внутренние магистрали. Эти магистрали должны обеспечивать достаточную пропускную способность для отвода тепла и доступа к холодному воздуху.
В случае охлаждения системы жидкостью ситуация коренным образом меняется. Охлаждающая жидкость циркулирует в изолированном пространстве – по гибким трубкам малого диаметра. В отличие от воздушных магистралей, трубкам для жидкости можно задать практически любую конфигурацию и направление. Занимаемый ими объем гораздо меньше, чем воздушные каналы при такой же или гораздо большей эффективности.
Различные части жидкостного охлаждения процессора
Прежде чем начать обсуждение того, как работает жидкостное охлаждение ЦП, вам сначала нужно понять состав различных частей жидкостного охлаждение ЦП.
Итак, начнем с основных деталей, из которых состоит жидкостное охлаждение для процессора.
Шланги / трубки: шланги являются неотъемлемой частью жидкостного охлаждения ЦП.
Они обеспечивают безопасные пути для охлаждающей жидкости в охладителе от одного компонента к другому.
Шланги должным образом герметизированы вместе с компонентами, чтобы избежать утечки.
Радиатор: радиатор отвечает за распространение тепла, всасываемого нагретым процессором, в открытый воздух за пределами охлаждающего устройства.
Резервуар: резервуар — это небольшое место для хранения, которое помогает удерживать охлаждающую жидкость внутри жидкостного охлаждения ЦП.
Вы можете увидеть уровень жидкости, хранящейся в резервуаре, перед тем, как запустить охладитель, чтобы заполнить его в достаточной степени.
Вентилятор(ы): жидкостное охлаждение ЦП может иметь один или несколько вентиляторов в зависимости от их размера и функциональности.
Вентиляторы в основном используются для пропускания воздуха через радиатор, чтобы отводить от него тепло.
Насос (помпа): помпа, вероятно, самая важная часть любого жидкостного охлаждения ЦП.
Она помогает прокачивать охлаждающую жидкость через кулер ЦП, чтобы поддерживать его правильную работу.
На рынке доступно множество различных жидкостных охлаждений для ЦП разных размеров и форм, но все они имеют в значительной степени те же компоненты, о которых говорилось выше.
Более того, некоторые производители пытаются выделиться среди конкурентов, добавляя проприетарные компоненты, которых нет в продукции их конкурентов.
Когда вы покупаете новое жидкостное охлаждение для процессора, вы можете прочитать прилагаемый к нему буклет, чтобы понять работу каждого отдельного компонента, входящего в комплект.
Ключевые элементы СВО
Принцип охлаждения ПК разобрали, теперь перейдем к элементам, которые за это ответственны:
- Теплообменник – главный элемент, который вбирает в себя все тепло при нагреве процессора, видеокарты и прочих горячих железок;
- Помпа – механизм, который гоняет хладагент по контуру СВО. Некий аналог можно наблюдать в аквариуме для рыбок – принцип работы практически идентичный;
- Трубопровод – канал, по которым гоняется водичка от помпы к комплектующим и радиатору. И так по кругу;
- Переходники, фитинги и соединители – элементы, соединяющие конструкцию СВО;
- Расширительный бачок – резервуар, в котором находится жидкость, не активная в данный момент. Несмотря на тот факт, что контур закрыт и жидкость испариться не может, бачок нужен для того, чтобы спрятать в него помпу, которая при работе на свежем воздухе элементарно выходит из строя;
- Теплоноситель (он же жидкость, хладагент, дистиллят) – теплопроводящая субстанция, которая и охлаждает железо;
- Радиатор – конструкция, в которой остывает горячая вода, проходя через тонкие капилляры из меди или латуни;
- Кулер – вертушка, продувающая ребра радиатора.
Зная это, вам будет легче ориентироваться при возможном строительстве собственной СВО, если вдруг возникнет такая мысль.
Оверклокинг
Водяное охлаждение целесообразно устанавливать для мощных производительных систем, чтобы обеспечить более эффективный отвод тепла от внутренних компонентов ПК и одновременно снизить уровень шума. Кроме того, СВО просто необходима для разгона системы в том случае, если охлаждение стандартными средствами не дает необходимого результата. Недаром системы водяного охлаждения пользуются такой заслуженной популярностью у оверклокеров.
Проведено немало показательных тестов, в которых сравнивался разгон процессора с использованием, соответственно, воздушной и водяной систем охлаждения. Доказано, что стандартные кулеры не очень хорошо справляются со своей работой, ядро процессора достаточно быстро нагревается до таких температур, при которых дальнейший разгон системы становится опасным. В свою очередь, система жидкостного охлаждения успешно справляется с отводом тепла от процессора и даже при увеличении нагрузки на него рабочая температура ЦП остается на нормальном, приемлемом уровне.
Водяное охлаждение можно использовать не только для процессора, но и для других компонентов ПК. Например, нередко геймеры подключают к своему компьютеру параллельно несколько мощных видеокарт, работающих в режиме 3-Way SLI или CrossFire X. Графические карты устанавливаются вплотную одна к другой, что неизбежно приводит к их нагреву до температуры свыше 90 градусов. Из-за необходимости сильного охлаждения видеокарт вентиляторы в корпусе ПК начинают работать на полную мощность. Как следствие, создается очень высокий уровень шум. Прекрасной альтернативой воздушному охлаждению в такой ситуации выступают водяные системы охлаждения. В принципе, каждому компоненту компьютера можно организовать водяное охлаждение посредством установки собственного ватерблока. Таким способом можно охлаждать не только процессор и видеокарту, но и чипсет материнской платы или жесткий диск.
Установка СВО для компьютера потребует от Вас предварительного планирования. Во-первых, нужно определиться с тем, какие компоненты ПК Вы будете охлаждать посредством воды. Во-вторых, следует нарисовать схему расположения собственной системы водяного охлаждения для ее последующей сборки и установки. Тут нужно помнить о двух важных вещях. Во-первых, что течение воды в системе не должно быть ничем ограничено. А во-вторых, что при прохождении через каждый ватерблок вода нагревается. Это, в свою очередь, означает, что нежелательно пускать охлаждающую жидкость сразу через все нагревающиеся компоненты компьютера (процессор, чипсет, видеокарта), иначе в последний компонент на этом пути вода будет приходить уже теплой.
При наличии нескольких ватерблоков рекомендуется продумать, как пустить воду по отдельным, параллельным путям к каждому ватерблоку. Предварительно начертив план системы водяного охлаждения на бумаге, Вы сможете правильно подобрать все компоненты такой системы и облегчить ее дальнейшую установку.
Итак, как мы уже успели убедиться, водяное охлаждение намного эффективнее традиционного воздушного охлаждения. Не говоря уже о том, что такое охлаждение позволит Вашему мощному компьютеру работать гораздо тише. Мифы о том, что водяное охлаждение – это слишком дорого и сложно, постепенно уходят в прошлое. Сегодня разобраться в тонкостях сборки и установки СВО под силу даже не профессионалу. Можно с уверенностью утверждать, что в ближайшем будущем системы водяного охлаждения для компьютеров потеснят традиционное воздушное охлаждение, поскольку обладают рядом серьезных преимуществ.
Почему стоит выбирать СВО?
Значительный рост производительности ПК повлек за собой необходимость совершенствовать и системы охлаждения. Если раньше об охлаждении системного блока знали только как о наборе кулеров и радиаторов, то сегодня на рынке можно встретить фрионовые и комбинированные системы с элементами Пельтье. Правильное охлаждение — залог стабильной работы Вашего компьютера, особенно в жаркое время года, когда обычный набор кулеров давно не справляется.
Все разработки в области СВО в последнее время относились к совершенствованию самого хладагента и ускорению процесса охлаждения за счет оптимизации системы движения жидкости. Причем, диапазон цен на такие системы весьма растянут: можно найти бюджетный вариант с небольшой охладительной цепочкой, где в качестве хладагента выступает дистиллированная вода, а можно натолкнуться и на сложные многоуровневые СВО, с дорогими брендовыми радиаторами и вставками из углеродного волокна. Выбор подходящего варианта будет зависеть от условий эксплуатации Вашего ПК и от финансовых возможностей, но сама по себе такая система весьма эффективна и стоит потраченных на ее установку средств.
Превосходство СВО над остальными системами заключается в высоком уровне теплопроводности рабочей жидкости в отличии от аэрогенных охладителей и гораздо более длительной эксплуатацией по сравнению с системами открытого испарения. Также существует множество видеоуроков и инструкций, как сконструировать надежную водяную систему своими руками. Зачастую СВО сделанные самостоятельно ничем не хуже готовых решений от производителей компьютерных комплектующих.
Как лучше всего охлаждать процессоры?
Решения на базе СВО обеспечивают повышенную эффективность охлаждения по сравнению со стандартным кулером для центрального процессора системной платы. Однако на решение, какой тип охлаждения использовать, обычно влияет несколько факторов: цена, совместимость и внешний вид.
Несмотря на то, что жидкостное охлаждение превосходит воздушное в различных сценариях, вам нужно понимать, зачем такая система нужна. Например, нет причин использовать жидкостное охлаждение, если ваш процессор не нагревается выше рекомендуемых норм. Как и нет причин использовать усиленное воздушное охлаждение, если вы даже не играете. Иногда достаточно ограничиться хорошим пассивным охлаждением с лояльным в отношении шумовых характеристик кулером.
Если же вы приняли решение устанавливать СВО, имейте в виду, что существует несколько способов водяного охлаждения ПК, и выбранный вами метод будет зависеть от вашего технического опыта и, конечно, бюджета.
Сборка системы жидкостного охлаждения
У нас был выбор, собирать ли систему на жестких трубках или на шлангах (или скомбинировать оба варианта). В итоге мы выбрали более простой в реализации вариант, то есть использовали шланги.
На сайте компании Corsair есть конфигуратор, который облегчит подбор компонентов СЖО под имеющиеся комплектующие. У нас задача была противоположной, так как практически все компоненты СЖО уже были, но описать такой полезный инструмент все же стоит.
Таинство начинается с выбора корпуса:
Далее пользователь указывает материнскую плату (и опционально модель процессора) и видеокарту (и их число). В результате конфигуратор предлагает, какие компоненты Hydro X Series использовать и как их располагать.
Детали конфигурации выясняются после рада уточняющих вопросов, типа выбора цвета компонентов, количества радиаторов, выбора вентиляторов, модели помпы, типа магистрали (жесткие трубки или шланги), цвета ОЖ, контроллера, выбора дополнительных аксессуаров.
Окончательная конфигурация получает свой уникальный код, чтобы в дальнейшем пользователь мог еще поработать над ней.
Для данной конфигурации доступны для загрузки PDF-файлы. Один со списком компонентов и изображением, показывающим расположение основных компонентов в корпусе. Второй содержит более подробную схему возможного размещения компонентов СЖО и вентиляторов в выбранном корпусе. Примеры файлов доступны по ссылкам.
Разумеется, все эти схемы и списки, полученные в результате работы с конфигуратором, стоит рассматривать лишь как рекомендации, но они облегчат понимание вопроса новичкам, и даже опытные пользователи смогут их использовать в качестве отправной точки.
Для сбора кастомной СЖО мы использовали корпус Corsair Crystal Series 680X RGB. Процессор и материнская плата использовались такие же, что и при тестировании процессорных охладителей, а именно Intel Core i9-7980XE и ASRock X299 Taichi. Видеокарта — Nvidia GeForce RTX 2080 Ti. Дополнительно к трем вентиляторам с подсветкой Corsair LL120 RGB, которые входят в комплект поставки этого корпуса, мы задействовали вентиляторы Corsair QL120 RGB, подключенные к своему контроллеру (он управляет только подсветкой). Вентилятор Corsair SP120 из комплекта поставки корпуса мы не использовали.
Три вентилятора Corsair LL120 RGB подключались через разветвитель к одному каналу контроллера Corsair Lighting Node Pro. Этот контроллер также управляет только подсветкой. Водоблок видеокарты, помпа и водоблок центрального процессора подключались последовательно (в данном порядке) к второму каналу контроллера Corsair Lighting Node Pro. Регулировка скорости вращения помпы и вентиляторов, которые были подключены к разъемам для вентиляторов на материнской плате (в случае помпы — подавался только управляющий сигнал, но не питание), осуществлялась с помощью ШИМ, КЗ для которой выставлялся в программе SpeedFan. Для управления подсветкой штатных вентиляторов и компонентов СЖО применялась программа Corsair iCUE. Отметим, что на один канал контроллера Corsair Lighting Node Pro можно зарегистрировать вентиляторы только одного типа, поэтому для управления подсветкой двух вентиляторов Corsair QL120 RGB мы подключили их к своему контроллеру.
Радиатор СЖО был закреплен на передней съемной панели изнутри, а между ним передней панелью были установлены три вентилятора Corsair LL120 RGB, работающие на вдув внутрь корпуса. Один вентилятор (второй рядом уже не поместился) Corsair QL120 RGB был закреплен на съемной верхней панели и работал на выдув вверх из корпуса. Второй вентилятор Corsair QL120 RGB был установлен на задней стенке корпуса и также работал на выдув. Таким образом, в корпусе было установлено пять вентиляторов, не считая вентилятора в блоке питания. Помпа была закреплена на передней стенке корпуса в отсеке за материнской платой. Работающая система в сборе показана на видео ниже:
Заправка контура
И далее началась самая ответственная часть. Я подготовил жидкость количество которой было чуть больше, чем я слил из системы, чтобы точно хватило.
Так поднимем же с вами бокалы за долголетие наших помп и благополучие подшипников!
Чтобы проще было залить жидкость опять же надо соблюдать такое правило, что в одно отверстие заливается вода, а второе — должно выпускать воздух. Для того чтобы понять что куда течёт нужно понять конструкцию системы циркуляции жидкости. Она в водоблок поступает из центрального отверстий, далее по силиконовой вставке течёт в бок, распределять специальными столиками в корпусе, далее корпус разворачивает поток жидкости вверх на микроканалы водоблока, и после микроканалов жидкость уходит вбок, и проходит вглубь одной из сторон корпуса.
Заливать можно было либо в центр, и оставлять для выхода воздуха отверстие в глубине — либо можно было заливать в боковое отверстие в глубине корпуса. Штатное отверстие через которое в заводских условиях заправлялась система расположено именно у бокового отверстия, так что и я решил заливать в него. Если при заливки вы видите что жидкости осталось у вас ещё много, а вода не уходит, значит где-то образовалась воздушная пробка и надо покрутить радиатор чтобы собрать воздух вместе и чтобы он смог выйти наружу. Так же важно размещать место заливки выше радиатора, так как без принудительного движения потока — воздух можно выпустить только заполняя все части контура по принципу сообщающихся сосудов. У меня в систему поместился и подготовленный излишек жидкости. Но я решил часть жидкости удалить путём впитывания в салфетку чтобы привести уровень к тому, что был при разборке системы. При разборке — уровень воды не заполнял пространство над силиконовым вкладышем. Далее я собрал СВО в последовательности обратной разборке. Включил — стал ждать пока помпа прогонит все пузыри в контуре в один большой и он где-то задержится в ресиверах радиатора как это происходит и по заводу.
Но я ждал-ждал, а заветного прекращения разбивания воздуха о крыльчатку помпы так и не произошло. То есть воздуха было слишком много и он не мог занять какое-то положение, в котором его не уносило жидкостью. Для дозаправки я открыл заливное отверстие, но так как у меня нет шприцов с иглами, то я дозаправлял контур просто заливая жидкость в цековку под головку винта.
Естественно в таких условиях воздух выходил по мелкими пузырями очень долго, и делалась такая заправка уже на включенном СВО, то есть помпа активно перемешивала пузыри и часть из них выходило. Естественно тут так же надо держать сборку так чтобы отверстие для заправки было высшей точкой контура, иначе из него будет литься вода. Минут 10 выходил воздух и я периодически по каплям заполнял углубление под винт. В определённый момент я ещё раз попробовал дать системе собрать воздух в каком-то одном месте. Для этого я закрутил заливной винт на место и на рабочей системе покрутил СВО, на видео я это не снял, так как для этого требуется больше пространства, что у меня было для съёмки. Но делать надо примерно тоже самое что и, например, для калибровки магнитометров смартфона. То есть покрутить систему вокруг всех осей. А дальше дать минут 10 поработать. Если звук разбивания пузырей прекратился, и в радиаторе не будет звуков журчания воды — значит вы добились требуемого уровня жидкости и на этом процесс обслуживания СВО завершается.
Что касается этой системы водяного охлаждения, то в ней очень тихая помпа, тише, чем работа даже медленных 5400 жёстких дисков, и за 2,5 года это ничуть не изменилось. Вентиляторы тоже не требуют ещё никакого участия в дальнейшей эксплуатации. От этого предполагаемая одноразовость системы — кажется ещё более обидной, так как если бы не сейчас, то в скором времени она бы точно уже потребовала обслуживания. То есть нормально бы она проработала 3-4 года. Это, конечно, больше чем гарантийный срок, но всё равно вдвое ниже, чем ресурс работы подшипника помпы заявленный в 50 тысяч часов. А повторюсь — помпа тут крайне тихая, её вообще практически не слышно, и за эту тишину заплачено полностью при покупке, а не за половину. И подобная проблема характерна для всех заводских СВО. В целом — полагаю для большинства заводских систем охлаждения процедура обслуживания выглядеть будет примерно так же. Единственное — заливные отверстия в некоторых моделях бывают расположены на радиаторе, и тот долив что я делал через водоблок вам нужно будет делать через отверстие в радиаторе. Сложного в этой процедуре ничего нет. Тем более в процессе промывки вы неплохо натренируетесь в умении заправлять именно ваш водоблок, разберётесь куда надо заливать чтобы воздух эффективно выходил, как болтать чтобы воздушные пробки выходили и т.д. В общем — ничего страшного в этой процедуре нет. В целом — не сложнее, чем установить кулер, но гораздо дольше, если давать время на высыхание электроники.
