Который проводит фирма Gigabyte. Требовалось написать обзор корпуса 3D Aurora. Я сначала согласился, а потом, когда прикинул что к чему, призадумался. Ведь я же не профессиональный писатель обзоров, к тому же серийными корпусами не пользуюсь уже года как три, как минимум. И если честно и пристально посмотреть правде в глаза, становится кристально ясно – писать этот обзор совершенно неинтересно и, естественно, ужасно не хочется. Я уже хотел звонить и отказываться, но все откладывал и откладывал. Прошло какое-то время, и обещание самым естественным образом забылось.

Две недели назад до меня все же дошла очередь на получение корпуса. Я так "обрадовался", что дня три не открывал коробку. Но чувство долга в конце концов победило, и я заглянул внутрь. Скажу сразу: удивительно, но кейс мне понравился. Первое, что поразило, – это размеры: высота 54.5, глубина 51.5, а ширина обычная – 20.5 см.

Корпус выпускается в двух цветовых решениях, черном и серебристом. Мне достался черный вариант. Корпус позиционируется как high-end решение и не комплектуется блоком питания.

На меня эта черная громадина сразу произвела впечатление своим стильным, запоминающимся видом. Дизайнеры поработали на славу. Корпус хотя и большой, но легкий. Изготовлен почти целиком из алюминия. Покраска качественная, ровная, с шелковистым отблеском.

Доступ к пяти 5.25" отсекам и двум 3.5" открывает массивная алюминиевая дверка. Фиксируется дверка в закрытом положении магнитом. В качестве защиты от распоясавшихся злоумышленников эту дверку можно закрыть на ключ. Рядом с 3.5" отсеками расположены кнопки Power и Reset. Нажатие легкое, с приятным на слух легким щелчком.

Ниже дверки располагается выступающая панель, усыпанная вентиляционными отверстиями. За ней расположен 120-мм вентилятор с подсветкой. Воздух внутрь корпуса он втягивает через пылезащитный фильтр. Свет от вентилятора очень красиво пробивается сквозь вентиляционные отверстия.

Справа от этой панели, на боку, расположены два USB, один IEEE 1394 и пара mini-jack"ов: микрофон и наушники. Здесь же расположены и два светодиодных индикатора работы системного блока и активности HDD.

Вот внешний вид корпуса со снятой лицевой панелью

Алюминиевые боковые стенки имеют непривычное крепление. Для того чтобы их снять, стенки нужно не сдвигать, а немного оттянуть и приподнять вверх. Левая стенка для удобства оперативного снятия имеет ручку-защелку и еще один замок с ключом. Имеется в ней также и окно, но не традиционное, из акрилового стекла, а сетчатое, скорее даже дырчатое. Для дополнительной защиты внутренностей от пыли это окно ограждено изнутри еще более мелкой сеткой. Стоит корпус на четырех ножках, которые для устойчивости корпуса можно раздвинуть.

Шасси корпуса довольно крепкое благодаря большому количеству ребер жесткости и дополнительным усиливающим элементам. Нет ни намека на шаткость конструкции. Внутри корпуса много свободного пространства, особенно понравилось большое расстояние между материнской платой и отсеком блока питания.

Корпус рассчитан на безотверточную сборку. Дисководы устанавливаются с помощью пластиковых салазок. Заглушки слотов карт расширения не выламываемые, а съемные, и крепятся все одновременно специальным рычагом-ключом.

Отсек для жестких дисков расположен поперек корпуса. Комфортную температуру винчестерам обеспечивает обдув этого отсека 120-мм вентилятором. В этом же отсеке расположен черный пластиковый бокс, содержащий два переходника питания для SATA-устройств, набор пластиковых салазок для установки 5.25" и 3.5" устройств в корпус, два пластмассовых крепежа для проводов, два комплекта ключей (разных) для передней дверцы и боковой крышки и комплект крепежных винтов.

Провода, идущие внутри корпуса от вентиляторов и лицевой панели, прикреплены к корпусу и уложены в черную трубку. Трассировка довольно удачна.

А теперь о том, что привлекло мое внимание к этому корпусу. Это, как ни странно, задняя панель.

На ней расположены два 120-мм прозрачных вентилятора с подсветкой. Ниже находятся два отверстия, защищенных резиновыми заглушками с лепестками. Сделано это для установки системы водяного охлаждения 3D Galaxy, производства все той же Gigabyte. Вот эти вентиляторы и отверстия превратили скучную процедуру написания обзора в увлекательное занятие.

Когда я увидел эти два 120-мм вентилятора на задней стенке корпуса, то мне сразу вспомнилась давняя идея встроить самодельную фреоновую систему охлаждения в стандартный корпус. Хотелось не просто встроить систему в корпус, а сделать это красиво, интересно и по возможности оригинально. Но я все никак не мог найти подходящий корпус, большой и прочный. Как-никак, компрессор, конденсор и прочие медные трубки весят прилично. К тому же компрессор при работе вибрирует. И, конечно, кроме прочностных ограничений хотелось, чтобы кейс стильно выглядел. 3D Aurora как раз и отвечал всем этим требованиям.

Все фреоновые системы, которые мне встречались, строились как блок, на котором стоит стандартный корпус. В дне корпуса приходится прорезать отверстие под испаритель. Но при такой компоновке отверстие должно быть приличных размеров. Калечить качественный корпус не хотелось, а здесь почти готовое решение.

Сразу начали вырисовываться контуры системы. Если разместить снаружи корпуса, напротив вытяжных вентиляторов, конденсор, то он будет ими отлично охлаждаться, заодно вентилируя корпус. Через готовые отверстия, предназначенные для трубок водяного охлаждения, прекрасно можно пропустить медные соединительные трубки системы. Остается только компрессор. Куда поместить его?

Недавно, экспериментируя со своей целиком самодельной фреоновой системой...

Я с удивлением обнаружил, что прекрасно слышу шум помпы, установленной в системе водяного охлаждения чипсета материнской платы. До этого я, как человек, избалованный бесшумностью своего основного компьютера ...

Считал фреонки ужасно шумными устройствами. Обычными воздушными кулерами я тоже давненько не пользовался, поэтому сравнивать было не с чем. А тут оказалось, что сквозь шум от двух не самых слабых компрессоров отчетливо слышна помпа производительностью 700 л/ч. Выходит, компрессоры шумят не так уж и сильно!

Так почему бы тогда не расположить компрессор просто на крыше корпуса? Это улучшит его охлаждение. Как выяснилось, шум от компрессора не так уж и велик. Прочности корпуса от Gigabyte для такой цели более чем достаточно. И я приступил к осуществлению задуманного.

По решению представителей фирмы Gigabyte корпус одновременно является и призом победителю конкурса. Я, естественно, пока таковым не являюсь и должен возвратить изделие неповрежденным. Поэтому задача несколько усложнялась.

Из-за этих ограничений я прикрепил компрессор L57TN не к верхней крышке корпуса, а к алюминиевой платформе, потихоньку открученной от гладильной доски. (Потом пришлось объяснять супруге, что штукенция эта, скорее всего, отвалилась сама, упала на пол в кладовке и, естественно, куда-то завалилась. Потом она, конечно, найдется... Но не буду отвлекаться.) Платформу эту с установленным компрессором через прокладку из пенофола я и поставил на крышу корпуса. Заодно это должно снизить вибрацию от работающего компрессора.

Теперь о конденсоре. Конденсор, чтобы не мешать подключению устройств к материнской плате, должен быть не шире 120-мм вентилятора, а по высоте соответствовать двум таким вентиляторам. Готовый такой не подобрать, но можно попробовать сделать самому.

Простейший конденсор можно изготовить, намотав спиралью обычную медную трубку. Но спираль имеет большие габариты. Поэтому я сделал из дерева шаблон плоской спирали и уже на него намотал медную трубку диаметром 6 мм.

По бокам спирали припаял медную проволоку с крепежными колечками, соответствующими крепежным отверстиям вытяжных вентиляторов. После я прикинул, как это будет размещаться вживую.

Крепить испаритель и всасывающую трубку к системе я решил на развальцовке. Соединительные муфты легко проходят в отверстия корпуса.

Чтобы не повредить корпус горелкой я, что смог, спаял отдельно от корпуса. Капиллярную трубку смотал в бухту, а последнюю часть пропустил через всасывающую трубку в испаритель.

Испаритель я применил самодельный. Сделан он из половинки серийного кулера Volkano7+.

Так выполняется развальцовка:

В качестве всасывающей я применил обычную медную трубку диаметром 10 мм. Не стал применять сильфон из нержавейки из-за того, что размеры корпуса позволяют помещать в него материнскую плату и без сильного отгиба испарителя. Да и не известно, кто окажется первым в конкурсе – возможно, придется вернуть корпус. Поэтому нестись в магазин за сильфоном я посчитал неразумным.

Вот что получилось.

Чтобы точнее подогнать размеры трубки, пришлось поставить в корпус материнскую плату.

Система собрана, спаяна и опрессована – пора приступать к теплоизоляции. Испаритель я изолировал полосой 3-мм пенофола, приклеив его на двусторонний скотч.

Предварительно я прикрепил к испарителю датчик от электронного термостата Dixell XR20C. На этом же устройстве будет построена и автоматика включения компьютера. Фреоновой системе для охлаждения процессора до определенной величины нужно время, иначе прилично разогнанный процессор может просто перегреться. Вышеуказанное устройство и обеспечит автоматическое включение компьютера по достижении определенной температуры на испарителе, значение которой можно установить вручную.

Существует целый ряд подобных устройств. Для использования в качестве автоматики они требуют минимальной доработки. Я использовал простейшее устройство, содержащее только контакты управления компрессором.

Работает прибор следующим образом. После включения устройство самодиагностируется, после чего замыкает контакты, которые по замыслу конструкторов и включают компрессор. По достижении на датчике определенной температуры размыкают контакты, отключая тем самым компрессор. После того как температура повысится, цикл повторяется.

В нашем случае компрессор работает постоянно, и управлять им не нужно. И требуется не выключать, а включить компьютер по достижении определенной температуры. Для этого нужно инвертировать выход устройства. Люди, хорошо разбирающиеся в электронике, без труда сами могут составить такую схемку, например, на "логике". Я же покажу, как собрать подобную схему человеку, далекому от электроники.

Мне кажется, что проще всего это можно сделать на автомобильном реле.

У реле есть несколько контактов. Два контакта – контакты катушки электромагнита. При подаче напряжения на них электромагнит притягивает коромысло, которое и замыкает одну группу контактов, размыкая другую. В нашем случае нам нужны контакты, замкнутые при отключенном питании катушки электромагнита реле. Если включить реле подобным образом,

происходит следующее. При включении терморегулятор подает напряжение на реле. Контакты, отвечающие за включение компьютера, размыкаются и остаются разомкнутыми до момента, когда термодатчик зафиксирует температуру, необходимую для включения компьютера. Тогда контакты терморегулятора размыкаются, а в реле замыкаются.

Конденсатор с сопротивлением нужен для имитации работы кнопки включения компьютера. Работает эта цепь следующим образом. При замыкании контактов Power ON конденсатором в цепи потечет ток зарядки конденсатора – аналог нажатия кнопки Power ON. После зарядки конденсатора ток в цепи прекращается – аналог отпускания кнопки Power ON. Емкость конденсатора должна быть в пределах 200-400 мкФ, сопротивление 15-20 кОм.

Для работы такой автоматики необходим источник питания напряжением 12 вольт. Также для работы фреоновой системы необходим обдув конденсора вентилятором. А как они будут работать, если блок питания включится только после того, как система должна набрать заданный минус? Поэтому специально для автоматики и работы вентиляторов нужно ставить в корпус отдельный блок питания, выдающий 12 вольт постоянного тока. Назову его блоком питания дежурного режима. К нему и подключаются автоматика и вентиляторы.

Для данной системы я собрал самодельный блок питания, но можно было купить и готовый. Нужно только обратить внимание на максимальный ток нагрузки такого блока. Он в данном случае должен составлять не менее одного ампера.

Всю эту электрическую часть я поместил в корпус от Hardcano, заменив у того лицевую панель на обычную заглушку 5.25" отсека, выкрашенную в серебристый цвет. Все-таки в пластмассе вырезать отверстия гораздо проще, чем в алюминии.

На фотографии видно, что электромонтаж не закончен. Справа от терморегулятора расположен выключатель. С его помощью и включается компрессор, да и все остальное. После сборки устанавливаем блок в отсек и подключаем к нему все провода.

Монтируем все комплектующие в корпус. Под материнскую плату для теплоизоляции я поместил кусок листового пенофола. Толщину подобрал такую, чтобы винты, крепящие материнскую плату к шасси, немного сжали этот теплоизолятор. Между платой и пенофолом не должно быть воздушных пузырей, иначе из этого воздуха при работе системы охлаждения на плату может выпасть конденсат и замкнуть контакты платы. Для гарантированного исключения этого неприятного момента плату под прокладкой я промазал слоем технического вазелина.

По отпечатку термопасты примеряем прилегание испарителя к процессору. Испаритель к процессору я прижимаю с помощью резьбовых шпилек. Корпус, как уже говорил, сверлить нельзя, и пришлось прикрутить эти шпильки прямо к отверстиям в материнской плате. Тут приключилась пара неприятностей, о которых я расскажу в заключительной части статьи.

После этого заканчиваем теплоизоляцию. Осталось самое простое – теплоизоляция трубок. Берется трубчатый рубафлекс, разрезается вдоль ножницами, одевается на трубки и склеивается. Вот и все готово для заправки системы.

Заправляю систему фреоном марки R22. Подробнее о заправке и вакуумировании написано уже более чем достаточно, поэтому не буду отнимать время и описывать эту процедуру еще раз. Напомню только, что в системе использовался компрессор марки L57TN, длина капилляра 2.9 метра. Заправляю систему до промерзания всасывающей трубки до входа в компрессор.

Система без нагрузки выдает температуру -43.8°C.

Выключаю систему. Проверяю еще раз прилегание испарителя к процессору, оказавшееся не слишком плотным. Всасывающая трубка имеет приличную жесткость и немного пружинит. К тому же теплоизоляция на испарителе немного ниже самого испарителя. Сделано это для исключения попадания воздуха в щели теплоизоляции. Притягивать же сильно испаритель к процессору я боюсь. Шпильки-то прикручены не к шасси корпуса, а к материнской плате, и есть риск выломать их из платы.

Отпечаток термопасты получается несколько "однобоким", а верхний левый угол испарителя почти не касается процессора. Но что делать, будем пробовать как есть.

Включаю систему. По достижении температуры на испарителе –20 включается сам компьютер. Автоматика отработала успешно, операционная система загружается – все нормально.

Конфигурация установленного железа такова:

• процессор – AMD Athlon 64 3200+;
• материнская плата – DFI Lan Party UT nF4 SLI-D;
• видеокарта – Leadtek PX7800GT;
• память – Digma DDR500;
• жесткий диск – Seagate 160 Gb;
• блок питания – Hiper R type 480 W;
• термопаста – КПТ-8.

Первым делом проверяю систему на разгон процессора.

Но тут началась чертовщина. Дальше процессор почему-то гнаться отказался. Я снизил частоту опять до 3100 MHz, но Windows перестал грузиться. Еще более понизил частоту – опять то же самое. И тут я попробовал рукой прижать испаритель к процессору. Система загрузилась. Тогда я еще немного подтянул крепежные гайки. Система снова загрузилась при 3100 MHz, но тест S&M не проходила. Тогда я заглянул в BIOS. Там в разделе мониторинга температура процессора прыгала как гимнаст на батуте: то –14, то +14. Все ясно, причина в плохом прижиме испарителя к процессору. Видимо, от вибрации контакт процессор–испаритель меняется, и, как следствие, скачет температура, что и сказывается на стабильности работы системы.

Дальше подтягивать гайки уже откровенно страшно. Существует большая вероятность выдрать шпильки вместе с текстолитом платы. Но прижим все равно недостаточен. Выход только один: сверлить отверстия в шасси компьютера и сжимать процессор уже не между платой и испарителем, а между металлическим шасси и испарителем, без риска повреждения материнской платы. А сверлить корпус нельзя. Очень жаль, но придется остановиться на этом.

Теперь несколько слов о личных впечатлениях о работе системы. Плохой прижим испарителя – легко устраняемый дефект. Можно прямо по месту просверлить отверстия и закрепить все как следует. И если даже при плохом контакте операционная система загружается с частотой процессора 3100 МГц, то, скорее всего, при нормальном охлаждении этот результат увеличится. Теплоизоляция прекрасно справляется со своей задачей. Никаких следов конденсата не было обнаружено.

О шуме. Компрессор работает очень тихо. Если наклониться над ним и прислушаться, то слышен небольшой шелест. Основной шум исходит из открытого корпуса. Видимо, по нагнетающей трубке и через станину компрессора вибрация передается корпусу, и он издает низкочастотный гул. Я вначале был поражен, что шум идет не от компрессора, а из корпуса. Но потом разобрался, в чем дело. Судя по всему, для комфортной эксплуатации оклеивание корпуса виброшумоизоляцией обязательно.

Неплохо было бы привернуть ручки на верхнюю крышку корпуса. Вес корпуса за счет системы охлаждения увеличился, и передвигать его стало сложно. К тому же взяться не за что.

Также из-за размещения компрессора на верхней крышке корпуса центр тяжести системного блока поднялся. Поэтому теперь даже с разложенными ножками корпус немного неустойчив. Неплохо бы утяжелить нижнюю часть корпуса каким-нибудь балластом. Это поможет и снизить вибрацию корпуса.

Желательно укрепить верхнюю крышку корпуса – виброшумоизолировать и прикрепить компрессор непосредственно к ней. Также необходимо увеличить толщину резиновых прокладок, через которые конденсатор крепится к корпусу, и попробовать сделать амортизаторы между витками конденсора. Все это должно дополнительно снизить шумность системы. Хотя и в таком виде самым шумным компонентом системы является вентилятор видеокарты.

Если суммировать все вышесказанное, то мы получили удобный, качественный корпус с прекрасной вентиляцией и с возможностью встраивания не только водяной, но и фреоновой системы охлаждения. Можно сказать, мечта оверклокера. Когда смотришь на этот корпус, не оставляет чувство, что перед тобой солидная, добротная и вместе с тем красивая и стильная вещь.

От редактора (ALT-F13): Так уж получилось, что статью мы смогли опубликовать аж через два месяца после ее написания. За это время автор не сидел, сложа руки, а двигался дальше в сторону более экстремального охлаждения. Сейчас Steff занимается сборкой самодельных phase-change direct-die систем, в просторечии - «фреонок». На момент написания этих строк, он продемонстрировал уже второй вариант своей системы. Впрочем, первый также прекрасно работал. Так что строки, с которых начинается текст этой статьи - «Экстремальными методами охлаждения компьютера я увлёкся совсем недавно, так что это - описание моего первого эксперимента в этой области» можно считать недействительными:)

Экстремальными методами охлаждения компьютера я увлёкся совсем недавно, так что это - описание моего первого эксперимента в этой области.

Водяное охлаждение я использовал на протяжении нескольких лет, но пришёл момент, когда захотелось большего. Можно было конечно купить готовую систему Asetek VapoChill или nVentiv Mach II (экс-Prometeia), но у фреонок есть свои недостатки. Во-первых это цена, во-вторых - способность охлаждать только один элемент системы. Для охлаждения, к примеру, видеокарты пришлось бы покупать еще одно устройство и серьезно заморачиваться с установкой.
Начинать свое знакомство с экстремальным охлаждением с постройки самодельной direct-die системы показалось мне достаточно сложной задачей, поэтому я выбрал другой путь.
Альтернативой direct-die охлаждения являются ватерчиллеры, то есть системы на базе водяного охлаждения с эффективным охлаждением хладагента, позволяющие достичь температур ниже окружающих.
Серийный ватерчиллер на сегодня есть только один, это достаточно неэффективная (около 0 градусов при загрузке 50-70Вт) и дорогостоящая ($330) система от Swiftech. Голландцы OC-Shop.com обещают начать продажи своего чиллера, но за последние полгода не слишком продвинулись к цели. Известна лишь цена продукта - 600 евро, что еще больше, нежели у продукта Swifttech.
По причине отсутствия эффективных серийных чиллеров, остаются два пути - сделать самому или купить чиллер, предназначенный для другого применения.
Существует два основных вида ватерчиллеров: на основе фазового перехода (phase-change) или с использованием модулей Пельтье. Первые представляют собой двухконтурную систему, где испаритель "фреонки" охлаждает хладагент в контуре жидкостного охлаждения. Во втором случае вода или другой хладагент проходит через ватерблок, охлаждаемый модулями Пельтье. Этот вид чиллеров компактнее и проще в изготовлении, но сильно проигрывает в температурах и соотношении "эффективность/потребляемая энергия". Так, 500Вт суммарной мощности модулей дают температуру жидкости чуть ниже нуля градусов при нагрузке около 100Вт...
Итак, решено - будем делать phase-change waterchiller с тремя охлаждаемыми элементами (процессор, северный мост, ядро видеокарты).

Компоненты системы

Проще всего собирать чиллер на базе бытового конциционера. Желательно найти кондиционер, который использует газ R22, а не R134а, так как R22 испаряется при низшей температуре. Для данных целей также подходит система от холодильника. Я использовал кондиционер 5000BTU, обычно в них устанавливаются компрессоры мощностью в 1/2 л.с.

В качестве резервуара подойдет любая ёмкость с теплоизоляцией, а в крайнем случае можно сделать самому. В моем случае - это изолированный бачок для холодной воды.

Главная головная боль тех, кто рискнул заниматься экстремальным охлаждением - теплоизоляция для предотвращения конденсата. Простых методов, описанных в статье "Теплоизоляция ватерблоков" перестанет хватать, если температура приблизится к нулю и ниже. Поэтому в ход пойдет "тяжелая артиллерия". Для теплообменников - монтажная пена-заполнитель и изолента, для трубок и шлангов - поролон с закрытыми порами. Обязательно использование диэлектрической смазки для мест установки ватерблоков (также можно использовать силиконовое покрытие, но его потом невозможно удалить с плат).

Собственно компоненты системы водяного охлаждения, ватерблоки и помпа. Мой комплект состоит из PolarFlo CPU waterblock, Danger Den Z-Chip block, Swiftech MCW50 VGA block и помпы Rio Aqua 1400.

Следующий вопрос - выбор хладагента. В данном случае я руководствовался двумя параметрами: жидкость не должна замерзать при низких температурах и иметь как можно большую теплопроводность. Для низких температур подходят антифриз (кто бы сомневался;)), водка или смесь вода+метанол. Я выбрал метанол: он ядовит (внимание!), но обладает наилучшей теплопроводностью. Один из самых простых способов его достать - купить в автомагазине жидкость для стеклоочистителя.

Сборка

Здесь фотографии помогут больше, чем длительное описание на словах.

Я начал с теплоизоляции ватерблоков. Блок заливался пеной, после высыхания ставилась изоляция на трубки и всё вместе закрывалось изолентой.

Таким образом я теплоизолировал все три ватерблока.

Осталось изолировать материнскую плату. Всё пространство вокруг сокета и чипсета намазал диэлектрической смазкой, тоже самое проделал с блоками, потом сделал прокладки из поролона. Аналогичным образом обработал заднюю сторону материнки и видеокарты, затем установил поролон и закрепил пластинами из акрила.

Когда блоки были готовы, занялся кондиционером. Полностью разобрал его, стараясь ничего не сломать.

Для легкого и безболезненного сгибания трубок в нужных местах рекомендую использовать инструмент под названием "pipe bender" (не знаю точного русского названия).

Третий в моем обзоре тип системы охлаждения, пожалуй, один из самых интересных, эффектных и эффективных.

Как я уже говорил, с законами физики не поспоришь. Рост тактовых частот и производительности современного компьютера неизбежно сопровождается повышением энергопотребления его элементов, следствием этого является увеличение тепловыделения. В свою очередь, это заставляет производителей создавать все новые и все более эффективные системы охлаждения.

Первый раз с такой системой я познакомился поздно – в конце 2006 года на выставке Home Interactive Technologies (HIT) в Питере. Тогда я участвовал в конкурсе моддинга и рядом с моим модом стоял мод парня, который сделал шикарнейший мод с применениям водяного охлаждения.

Система жидкостного охлаждения – это такая система охлаждения, в качестве теплоносителя в которой выступает какая-либо жидкость.
Вода в чистом виде редко используется в качестве теплоносителя (связано это с электропроводностью и коррозионной активностью воды), чаще это дистиллированная вода (с различными добавками антикоррозийного характера), иногда - масло, другие специальные жидкости.

Главная разница в использовании воздушного и жидкостного охлаждения заключается в том, что во втором случае для переноса тепла вместо нетеплоемкого воздуха используется жидкость, обладающая гораздо большей, по сравнению с воздухом, теплоемкостью.

Принцип действия системы жидкостного охлаждения отдаленно напоминает систему охлаждения в двигателях автомобиля - через радиатор вместо воздуха, прокачивается жидкость, что обеспечивает гораздо лучший теплоотвод. В радиаторах охлаждаемого объекта вода нагревается, после чего вода из этого места циркулирует в более холодное, т.е. отводит тепло.

Журчит ручей

Типичная система состоит из водоблока, в котором происходит передача тепла от процессора теплоносителю, помпы, прокачивающей воду по замкнутому контуру системы, радиатора, где происходит отдача тепла от теплоносителя воздуху, резервуара (служит для заполнения системы водой и прочих сервисных нужд) и соединительных шлангов.

Поверхность соприкосновения водоблока с процессором обычно отполирована до зеркального отражения, по уже озвученным мною причинам. Через знакомый термоинтерфейс водоблок крепится на охлаждаемый объект. Обычно он крепится с помощью специальных скоб, что исключает его возможность двигаться. Бывают водоблоки и для видеокарт, но явных отличий от принципа действия процессорных водоблоков нет – все различия в креплении и форме радиатора.

Одна из частых проблем обладателей систем жидкостного охлаждения это перегрев околопроцессорно-сокетных элементов материнской платы, которые могут греться ни чуть не хуже своего старшего брата. Связано это с тем, что обычно в таких системах отсутствует циркуляция холодного воздуха. Как этого избежать? Совет, пожалуй, один – выбирайте системы (совмещайте) с дополнительным кулером, который будет охлаждать остальные греющиеся силовые элементы.

Водоблок через специальные трубки соединяется с радиатором, крепиться который может как внутри системного блока, так и снаружи (например, с задней стороны системника). Второй вариант, пожалуй, предпочтительнее. Судите сами: больше свободного места внутри системного блока, более низкая температура окружающей среды положительно влияет на радиатор. Плюс он дополнительно обдувается корпусным вентилятором.

Резервуар для жидкости, или иначе, расширительный бачок, так же может находиться снаружи системного блока. Его объем в штатных системах варьируется от 200мл до литра.

Производители систем охлаждения стараются заботиться о своих пользователях и прекрасно понимают, что для хорошей системы охлаждения место найдется внутри не каждого системного блока. Тем более, нужно учитывать, что каждый производитель как-то хочет выделиться на фоне других. Поэтому существует огромный выбор внешних систем жидкостного охлаждения (понятное дело, что без соединительных трубок с радиатором на конце никак не пренебречь). Их не стыдно выставить напоказ; обычно внутри таких систем скрывается сразу все – помпа, резервуар, продуваемый вентиляторами радиатор. Но и стоят они, обычно, демонстративно дорого.

Итог по системам водяного охлаждения

Для чего же применять жидкостные системы охлаждения? Ведь если посудить строго, то обычных штатных кулеров всегда достаточно, в обычных условиях работы ПК (если бы это было не так, то их бы не ставили, а ставили системы жидкостного охлаждения). Поэтому чаще всего такую систему следует рассматривать с позиции разгона – тогда, когда возможностей воздушной системы охлаждения будет не хватать.

Другим плюсом жидкостной системы охлаждения является возможность ее установки в ограниченном пространстве корпуса. В отличие от воздуха, трубки с жидкостью можно задать практически любые направления.

Ну и еще один плюс такой системы – ее беззвучность. Чаще всего помпы заставляют циркулировать поток воды по системе, не создавая шума больше значения в 25 дБ.

Минус, как я уже отметил – зачастую, дороговизна установки.

Система охлаждения на элементах Пельтье

Среди нестандартных систем охлаждения можно отметить одну очень эффективную систему – на основе элементов Пельтье. Жан Шарль Атаназ - французский физик, открывший и изучивший явление выделения или поглощения тепла при прохождении электрического тока через контакт двух разнородных проводников. Устройства, принцип работы которых использует данный эффект, называются элементы Пельтье.

В основе работы таких элементов лежит контакт двух проводников с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. При протекании тока через контакт этих материалов, электрону необходимо приобрести энергию, чтобы он мог перейти в зону с бОльшей энергией проводимости другого полупроводника. Охлаждение места контакта полупроводников происходит при поглощении этой энергии. Нагревание же места контакта происходит при протекании тока в обратном направление.

На практике используются только контакт двух полупроводников, т.к. при контакте металлов эффект настолько мал, что незаметен на фоне явления теплопроводности и омического нагрева.

Элемент Пельтье содержит одну или несколько пар небольших (не больше 60х60 мм) полупроводниковых параллелепипедов - одного n-типа и одного p-типа в паре [обычно теллурида висмута (Bi2Te3) и германида кремния (SiGe)]. Они попарно соединены металлическими перемычками, которые служат термическими контактами и изолированы не проводящей плёнкой или керамической пластинкой. Пары параллелепипедов соединены так, что образуется последовательное соединение многих пар полупроводников с разным типом проводимости - протекающий электрический ток протекает последовательно через всю цепь. В зависимости от того, в каком направлении течет электрический ток, верхние контакты охлаждаются, а нижние нагреваются - или наоборот. Таким образом переносится тепло с одной стороны элемента Пельтье на противоположную и создаётся разность температур.

При охлаждении нагревающейся стороны элемента Пельтье (радиатором или вентилятором) температура холодной стороны становится ещё ниже.

Итог по элементам Пельтье

К достоинствам такой системы охлаждения можно отнести небольшие размеры и отсутствие каких-либо подвижных частей, а также газов и жидкостей.
Ложкой дегтя является очень низкий коэффициент полезного действия, что приводит к большой потребляемой мощности для достижения заметной разности температур. Если включить термоэлектрическую пластинку без нагрузки (процессор не будет греться), то Вы рискуете стать свидетелем интересной картины – на элементе Пельтье, при охлаждении до точки росы, появится иней, который хлебом не корми – дай закоротить контакты.

Так же, если элемент Пельтье выйдет из строя, то будет еще одно зрелище – из-за отсутствия контакта между радиатором (или кулером) и процессора, последний моментально нагреется и может выйти из строя.

Элементы Пельтье еще обязательно найдут широкое применение, так как без каких-либо дополнительных устройств они легко позволяют получить температуры ниже 0°C.

Системы фазового перехода (фреоновые установки)

Чувствуете, как читая текст, становится все холоднее и холоднее? Еще бы – медленно, но верно спускаемся в диапазон низких температур.
Сейчас мы рассмотрим не очень распространенный, но очень эффективный класс систем охлаждения – системы, хладагентом в которой выступают фреоны. Отсюда и название – фреоновые устанвоки. Но более правильно было бы называть такие системы системами фазового перехода. На принципе действия таких систем работают практически все современные бытовые холодильники.

Но давайте по-порядку. Один из вариантов охладить тело - заставить вскипеть на нем жидкость. Для перехода жидкости в пар, необходимо затратить энергию (энергия фазового перехода) – то есть закипая, жидкость отбирает тепловую энергию от окружающих ее предметов. Но мысленно возвращаясь в стены школьного кабинета физики, мы вспомним, что при текущем давлении мы не сможем нагреть жидкость выше температуры ее кипения. Кто из нас показывали друзьям такой фокус – наливая сок в пластиковый стаканчик и держа под дном стакана пламя? Можете попробовать - никаких катаклизмов не произойдет, пока весь сок не выкипит;)

Всем известная Википедия трактует слово «Фреоны» как галогеноалканы, фторсодержащие производные насыщенных углеводородов (главным образом метана и этана), используемые как хладагенты. Кроме атомов фтора, в молекулах фреонов содержатся обычно атомы хлора, реже - брома. Известно более 40 различных фреонов; большинство из них выпускается промышленностью. Фреоны - бесцветные газы или жидкости, без запаха.

Если же взять такую жидкость, которая будет закипать, скажем, при -40°С, то сосуд, в котором свободно кипит эта жидкость (такой сосуд называют испарителем), будет очень сложно нагреть. Его температура будет стремиться к -40°С. А поставив такой сосуд на нужный нам объект охлаждения (например, на процессор), мы сможем добиться того, чего и хотели – охладить систему.

Но понятное дело, лазить с определенным интервалом под стол и заливать жидкость в испаритель никто не будет – нужно из пара жидкости опять получить саму жидкость, которая будет снова подаваться в испаритель. Вот Вам пища для самостоятельных размышлений.

Ладно-ладно. В результате размышлений вы должны прийти к схеме следующего вида: мощный компрессор после испарителя качает газ и подает его под большим давлением в конденсор. Там газ конденсируется в жидкость и отдает тепло. Конденсор, выполненный в виде радиатора, рассеивает тепло в атмосферу – этот этап мы уже хорошенько рассмотрели в предыдущих системах. Далее жидкий фреон поступает к испарителю, где выкипая, отбирает тепло – вот и весь замкнутый цикл. Цикл «фазовых переходов» потому так и назван - фреон попеременно меняет свое агрегатное состояние.

Системы фазового перехода, испарители (холодильники) которых устанавливаются непосредственно на охлаждаемые элементы, называются системами «Direct Die». Холодными в такой системе являются только сам испаритель и отсасывающая трубка, остальные же элементы могут иметь комнатную температуру или выше. Холодные элементы нужно тщательно теплоизолировать для предотвращения образования конденсата.

Минусом фреонок является относительная громоздкость испарителя и отсасывающей трубки, поэтому объектом охлаждения выбираются лишь процессор и видеокарта.

Есть и еще одна разновидность систем охлаждения, о которой я пока не упомянул – чиллеры. Этот класс систем состоит в основном из систем жидкостного охлаждения, отличием же является наличие второй части (холодильника теплоносителя), которая работает вместо радиатора – зачастую эта часть является той самой системой фазового перехода. Достоинством такой системой является то, что ей можно охладить все элементы системника, а не только видеокарту и процессор (в отличие от «direct die»-систем). Система фазового перехода чиллера охлаждает лишь теплоноситель системы жидкостного охлаждения, то есть в замкнутом контуре течет очень холодная жидкость. Отсюда и минус систем такого типа – необходимость изолирования ВСЕЙ системы (водоблоки, трубки, насосы и т.п.). Если же изолировать не хочется, то можно использовать маломощную фреоновую установку для чиллера, но тогда об экстремальном разгоне можно будет забыть. Тут уж выбирайте, Вам шашечки или ехать.

Итог по фреонкам

К блестящей стороне медали можно отнести возможность достижения очень низких температур, возможность постоянной работы (в отличии от системы, которая рассмотрена далее). Высокий КПД системы (потери минимальны). Из постоянных систем охлаждения, фреонки – самые мощные. При этом они позволяют выносить тепло из корпуса, что положительно сказывается на температурах внутри него.

К стороне медали, намазанной дегтем, относятся такие особенности системы, как сложность изготовления такой системы [ серийно выпускаемых систем не так много, цены сопоставимы со стоимостью запуска шаттла;) ]. Небольшой вес и маленькие габариты – все это в полной мере отсутствует в установках данного типа.

Условная стационарность системы. Практически во всех случаях (кроме тех случаев, когда Вы не планируете заниматься экстремальным разгоном) – потребуется теплоизоляция всей системы. Ну и самый, пожалуй, негативный момент – более чем ощутимый шум от работы (50-60 дБ).

Еще одним минусом фреонок является то, что на покупку фреона нужна лицензия. У кого ее нет, выбор не велик: в свободной продаже есть только один - R134a (точка кипения которого -25°С).

Существует еще один хладагент - R290 (пропан), но сейчас он не используется в охладительных системах (возгораемость). Он обладает очень хорошими свойствами: точка кипения -41°С, совместим с любым маслом компрессора и главное, дёшев.
Одевайте варежки, «слоники» и шапки с шубой - мы добрались до самого холодного момента в этой статье.

Система экстремального охлаждения

Ну и в завершающей главе моей сегодняшней статьи станут системы, в качестве хладагента в которых используется жидкий азот.

Жидкий азот представляет собой прозрачную жидкость, без цвета и запаха, температурой кипения (при нормальном атмосферном давлении) которой равна ни много ни мало -195.8 градусов по Цельсию! Для хранения жидкого азота применяют специальные резервуары - сосуды Дьюара объемом от 6 до 40 литров. Тут вот Word подсказывает, что 40 литров это еще и 70.39 английских пинтов, 84.52 американских, 10.56 галлонов или 42.46 квартов;)

Установки данного типа предназначены только для экстремального охлаждения, в экстремальных условиях. Одним словом, при разгоне.

Всем по стакану

Системы с жидким азотом не содержат никаких помп (температура, знаете ли, не располагает;) или других подвижных элементов. Она представляет из себя высокий металлический (медный или алюминиевый) стакан с дном, который плотно соединяется с центральным процессором. Достать такую штуковину не так-то просто (хотя что в наше время не купишь?) – поэтому умельцы зачастую делают его самостоятельно.

Основной проблемой при разработке стакана является обеспечение процессора при полной нагрузке минимальной температурой. Ведь теплопроводные свойства жидкого азота сильно отличаются от той же воды. Он берет лишь тем, что «промораживает» стенки стакана, позволяя охладить процессор до температуры ниже 100 градусов. А так как тепловыделение камешка в простое и в режиме полной нагрузки отличается достаточно существенно (а скачки происходят мгновенно) - стакан часто не в состоянии вовремя эффективно отвести тепло. Для современного процессора оптимальной температурой является -110-130 градусов. Да, подойдет не любой термоинтерфейс. DeDaL советует AS ceramique.

После изготовления стакана, его (и материнскую плату) нужно тщательно теплоизолировать, чтобы конденсат, который неминуемо образуется от такого перепада температур, не замкнул какие-нибудь контакты на материнской плате. Обычно используют различные пористые и пенистые материалы, например вспененный каучук – неопрен. В несколько слоев обматывают отрезанным куском, после чего закрепляют тем же скотчем.

С изоляцией материнской платы несколько сложнее. Чаще всего поступают так – заклеивая разъемы, все «заливают» диэлектрическим лаком. Причем, с обратной стороны материнской платы такую процедуру тоже нужно проделать – в районе процессорного сокета. Такая лакировка абсолютно не мешает работе платы (хотя, вы автоматически лишаетесь гарантии – так, на всякий случай, если еще не лишились) – но зато вы почти гарантированно исключаете возможность пострадать от протекания жидкого азота.

Махмуд, поджигай!

Дальше все просто. После того, как Вы тщательно соберете все компоненты, можно приступать. С помощью какой-то промежуточной емкости (например, термос или какой-то другой теплоизолированный стакан) наливаете азот в стакан на материнской плате, после чего можете мучить свою систему, например, проведением забугорского синтетического теста;)

Кстати о тестах – вот список тех бенчмарков, которые официально приняты:
- 3Dmark 2001
- 3Dmark 2003
- 3Dmark 2005
- 3Dmark 2006
- Aquamark 3.0
- Super Pi как самый фундаментальный
- Pifast

Для часа работы компьютера достаточно 4-5 литров азота. Заливать в стакан нужно примерно до половины, причем постоянно поддерживая этот уровень.

Достать азот в наше время не является нерешаемой задачей. На каком-нибудь заводе вам его отпустят по цене рублей в 30 за литр. Попробовать купить его можно и в различных медицинских учреждениях. Естественно, нужно везде заранее созваниваться и все узнавать!

Что будет, если азот попадет на какую-либо часть тела? Смотря на какую. Если в глаза – пиши-пропало. Если же немного прольется на руку – ничего страшного не случится. Дело в том, что на поверхности кожи азот сразу закипает, благодаря этому между рукой и азотом образуется воздушная прослойка. Но все в этом мире не вечно… поэтому купаться и даже умываться крайне не советую. Устрашающего вида теплоизоляционные перчатки на руках тех, кто работает с азотом – это чаще всего просто требуемая техника безопасности, за несоблюдение которой больно ругают.

Что является недостатком такой системы охлаждения? Мне кажется, тут все очевидно. Вряд ли кто-то будет спокойненько серфить интернет или моделировать что-то, пусть и ресурсоемкое. Систему с азотом нельзя собрать в небольшую системку под столом и чтобы она там сама по себе стояла. Говоря иначе, такое охлаждение не подходит для решения бытовых задач – нужен постоянный и ответственный контроль, все нужно стараться делать тщательно и без ошибок.

Но зато как элегантно и демонстративно это со стороны…;)

Морозная свежесть

Итак, самое время подвести итоги. Мы узнали, что является самым главным нагревателем в компьютере - это центральный процессор, он же камень. После камня друг за другом идут видеокарта, чипсет материнской платы, жёсткий диск, системная память и различные платы расширения. Практически всегда и на всех компонентах компьютера, требующих охлаждения, оно(охлаждение) уже установлено и для штатного режима работы его вполне достаточно. Если Вы не собираетесь разгонять компьютер, то и модифицировать систему охлаждения Вам не имеет смысла.

Основное, что нужно помнить – что обязательно нужна вентиляция внутри корпуса, т.к. холодный воздух, приходящий из окружающей среды, для той же видеокарты будет намного полезней, чем установка или замена идущего в комплекте кулера на более дорогой.

Если же в Ваши планы входит разгон, то всегда нужно помнить 4 простых правила, однажды кем-то озвученных:

1. Всегда есть вероятность схода с дистанции каких-то участников мероприятия, по разным причинам - начиная от неправильных действий разгоняющего и кончая неправильными действиями производителя, не предугадавшего, что вот именно данная конкретная железка пойдет В РОССИЮ и там ее однозначно будут эксплуатировать на различных нештатных режимах.

2. Гарантии (и возможности продать это оборудование как исправное) в таком случае вы скорее всего лишаетесь, и винить в этом вы будете вынуждены только себя.

3. Устройства «noname» китайского производства рекомендуется исключить из состава вашей машины.

4. Три кита, на которых держится разгон - голова на плечах, руки с правильной заточкой, хорошее охлаждение. При отсутствии хотя бы одного из них можете расслабиться и о разгоне забыть.

Титры

Возможно, в каких-то моментах я был не прав – каюсь. Возможно, Вы все это давно знали – тогда искать причину «вселения злого духа» в компьютер Вам нужно самостоятельно и в другом месте. Я же свою миссию, рассказать об основных системах охлаждения, считаю выполненной;) Задавайте вопросы, комментируйте.

P.S. Глава про азотное охлаждение была проверена и одобрена мировым рекордсменом по экстремальному охлаждению, DeDal -ом. Благодарю за помощь! ;)

P.P.S Если кому понравилась картинка с бумером (делал сам), то вот фулсайз)

Введение

Выделяемое количество теплоты зависит от содержимого Вашего системного блока, от его энергопотребления. Это вовсе не значит, что охлаждать нужно абсолютно все задейств о ванные составляющие системного блока. Вешать вентиляторы на розетки вовсе не нужно, но вот современным процессорам и видеокартам без охлаждения ну никак не обойтись.

От тепловыделения, увы, никуда не деться, но ведь эта проблема имеет немало решений. Другой вопрос – чем охлаждать. На данный момент существует достаточно много систем охл а ждения, все они используют общий принцип действия — перенос тепла от более горячего тела (охлаждаемого объекта) к менее горячему (системе охлаждения). Мы рассмотрим только сл е дующие системы:

— Радиатор;

— Кулер;

— Система жидкостного охлаждения;

— Система охлаждения на элементах Пельтье;

— Система фазового перехода (фреонка);

— Система экстремального охлаждения на жидком азоте;

Можно использовать и наиболее эффективные установки, в которых совмещаются ра з личные виды перечисленных систем.

1 Радиаторы

Радиатор (новолат. radiator, «излучатель») — теплообменник, служит для рассеивания т е пла от охлаждаемого объекта. Механизмом передачи тепла здесь является теплопроводность, способность вещества проводить тепло внутри своего объёма. Все, что нужно — создать физ и ческий контакт радиатора с охлаждаемым объектом, именно поэтому он всегда находится в тесном контакте с тем, что охлаждает. После того, как радиатор принимает на себя часть тепла от охлаждаемого объекта, его задача – рассеять его в окружающий воздух.

Но мало просто обеспечить физический контакт, ведь рано или поздно от постоянно н а гревающегося охлаждаемого объекта нагреется и сама система охлаждения. А процесса тепл о обмена в системе тел с одинаковой температурой быть не может. Чтобы найти выход из данной ситуации и не столкнуться с проблемой перегрева, необходимо организовать подвод какого-то холодного вещества, чтобы охлаждать саму систему охлаждения. Такое вещество общепринято называть хладагентом (холодильный агент, частный случай теплоносителя).

Радиатор является воздушной системой охлаждения, т.е. хладагентом в его случае являе т ся холодный воздух из окружения. Тепло от охлаждаемого объекта идет к основанию радиат о ра, потом равномерно распределяется по всем его рёбрам, а уже после этого оно уходит в окр у жающий воздух. Такой процесс называется теплопроводностью. Воздух вокруг радиатора п о степенно нагревается, из-за чего процесс теплообмена становится все менее эффективным. Э ф фективность теплообмена можно увеличить, если постоянно подавать холодный воздух к рё б рам радиатора. Для эффективного охлаждения нужна свободная циркуляция холодного воздуха.

Такие физические величины, как теплопроводность (скорость распространения тепла по телу) и теплоемкость (количество теплоты, которое нужно сообщить телу, чтобы повысить его температуру на 1 градус) у радиатора должны быть на высоком уровне. Мы знаем, что на и большей теплопроводностью обладают металлы. На самом деле это не так – наибольшая тепл о проводность у алмаза, и лежит она в диапазоне от 1000 до 2600 Вт/(м·K). Из металлов же лучше всех тепло проводит серебро – его теплопроводность равна 430 Вт/(м·K). После серебра идет медь , потом золото . Завершает цепочку алюминий .

Наиболее применимыми являются два материала – алюминий и медь. Первый — из-за низкой стоимости и высокой теплоёмкости (930 против 385 у меди), второй — из-за большой теплопроводности (к недостаткам меди можно отнести более высокую температуру плавления и сложность ее обработки). Серебро же, за его высокую теплопроводность, иногда используют для изготовления основания радиатора. Еще для изготовления радиаторов может применяться сплав алюминия с кремнием – силумин. Преимущество его использования – дешевле алюм и ния.

Если радиатор сделан из высоко теплопроводного материала, то температура в любой его точке будет одинакова. Выделение тепла будет одинаково эффективно со всей площади п о верхности. Т.к. объект отдаёт тепло со своей поверхности, то это значит, что для достижения наилучшего отвода тепла, площадь поверхности охлаждаемого объекта должна быть макс и мальной. Существует два способа увеличения площади радиатора — увеличение площади р ё бер с сохранением размеров радиатора и увеличение геометрических размеров радиатора. Вт о рой вариант, понятно, предпочтительней, но это вносит ряд неудобств – например, увеличивает вес и размеры радиатора, что может затруднить монтаж устройства. Ну и цена, соответственно, растет пропорционально количеству израсходованного на изготовления материала.
Типов конструкций ребер радиаторов существует огромное множество. Они могут быть толстыми, если были созданы процессом выдавливания. Или наоборот, тонкими – если ребра отливали. Они могут быть прямыми по всей длине радиатора, а могут быть расчерчены поп е рек. Могут быть плоскими, согнутыми из пластин, вдавленными в основание. Но лучше всего в работе на сегодняшний день себя показывают радиаторы игольчатого типа – в таких радиаторах вместо ребер квадратные или цилиндрические иглы.

1.2 Виды радиаторов

Существуют следующие виды методов производства радиаторов, по которым она кла с сифицируются:

1. Прессованные (экструзионные) радиаторы — самые дешевые и самые распростр а ненные на рынке. Основным материалом, который используется в их производстве, является алюминий. Радиаторы такого типа изготавливаются путем прессования (экструзии), который позволяет получить достаточно сложные профили поверхностей ребер и достичь хороших те п лоотводящих свойств.

2. Складчатые (ленточные) радиаторы — получаются тогда, когда тонка металлическая лента, свернутая в гармошку, пайкой (или с помощью адгезионных проводящих паст) прикре п ляется на базовую пластину радиатора. Складки ленты-гармошки в данном случае играют роль ребер. Такая технология изготовления позволяет получать компактные изделия по сравнению с прессованными радиаторами, но с примерно такой же тепловой эффективностью.

3. Кованые (холоднодеформированные) радиаторы — радиаторы, получаемые в р е зультате использования технологии холодного прессования. Эта технология позволяет созд а вать поверхность радиатора в виде стрежней произвольного сечения, а не только стандартных прямоугольных ребер. Как правило, они дороже радиаторов первых двух типов, но их эффе к тивность зачастую гораздо ниже.

4. Составные радиаторы — близкие родственники «складчатых» радиаторов. Несмотря на это, их отличает существенный момент: в данном типе радиаторов поверхность ребер фо р мируется не лентой-гармошкой, а тонкими раздельными пластинками, которые закрепляют пайкой или стыковой сваркой на подошве радиатора. Радиаторы этого типа немного более э ф фективны, чем экструзионные и складчатые.

5. Литые радиаторы – в производстве изделий такого типа используется технология л и тья в пресс-форму под давлением. Применение такой технологии позволяет получать профили реберной поверхности практически любой сложности, значительно улучшающий теплоперед а чу.

6. Точеные радиаторы — являются самыми дорогими и продвинутыми радиаторами. И з делия такого типа создаются прецизионной механической обработкой (на специальных высок о точных станках с ЧПУ) монолитных заготовок и отличаются самой высокой тепловой эффе к тивностью. Если бы не производственная стоимость, то радиаторы такого типа давно смогли бы вытеснить своих конкурентов на рынке.

1.3 Тепловые трубки

В современных системах перестали быть редкостью применяемые в радиаторах и в кул е рах – тепловые трубки или просто теплотрубки.

Она представляет собой герметическое теплопередающее устройство, которое работает по замкнутому испарительно-конденсационному циклу в тепловом контакте с внешними — и с точником и стоком тепла. Тепловая энергия берется на охлаждаемом объекте и затрачивается на испарение теплоносителя, который находится внутри корпуса тепловой трубки. Далее тепл о вая энергия переносится паром в виде скрытой теплоты испарения далее, на определенном ра с стоянии от места испарения, где при конденсации пара выделяется в сток. Образовавшийся конденсат снова возвращается в место испарения — либо под действием капиллярных сил (к о торые обеспечиваются наличием специализированной капиллярной структуры внутри тепловой трубки), либо за счет действия массовых сил (такая конструкция обычно именуется термосиф о ном).

Получается, что вместо привычного электронного механизма переноса тепла (путем те п лопроводности, что имеет место в сплошном металлическом теплопроводе), в теплотрубке и с пользуется молекулярный механизм переноса (точнее, процесс переноса кинетической и кол е бательной энергии беспорядочного движения частиц пара).

1.4 Оптимальная площадь

Нужно стремиться к тому, чтобы площадь контакта между радиатором и охлаждаемым объектом была как можно больше – ведь именно через эту площадь тепло от объекта будет п о ступать на радиатор. Но нужно учитывать то, что при соприкосновении двух даже самых гла д ких поверхностей, между ними все равно остаются мельчайшие полости и зазоры, заполненные воздухом [напомню, что теплопроводность воздуха 0.026 Вт/(м·K)] – это может сыграть свою злую шутку.

Чтобы избавиться от вредного воздуха и позволить радиатору работать с максимальной отдачей, применяют различные тепловые интерфейсы, чаще всего это термопроводная паста (термопаста). Она имеют большую теплопроводность [благодаря использованию в своем сост а ве таких веществ, как алюминий и серебро (до 90% содержания)] и за счет текучести заполняет собой все неровности в соприкасающихся поверхностях.

Термопаста поставляются в комплекте с большинством брендовых кулеров и радиаторов. Бывает в виде шприца или небольшого тюбика-пакетика. Рекомендуется избегать попадания термопасты на электрические элементы компьютера.

Одним из параметров термопаст является продолжительность периода, когда она выходит на максимальную эффективность. В среднем это время составляет около недели. Компания Coolink недавно произвела первую термопасту с добавлением наночастиц – ее преимуществом является то, что никакого периода ожидания нет.

Помимо термопасты есть и другой вид теплового интерфейса – проводящие прокладки. Суть их работы та же, но используются они по другому – кладутся на поверхность контакта и при тепловом воздействии меняют свое агрегатное состояние, заполняя неровности и вытесняя воздух.

1.5 Итог по радиаторам

Несмотря на всевозможные вариации, самое главное преимущество радиатора то, что он не является источником какого-либо шума. К минусам можно отнести относительно низкую эффективность, отсутствие потенциала для разгона системы и зачастую крупные габариты.

Если доверять охлаждение современных видеокарт и процессоров пассивным радиаторам достаточно опасно, то охлаждение модулей памяти, жестких дисков, чипсета, цепей питания – можно и положиться.

2 Кулеры

Кулер (англ. cooler — охладитель) совокупность радиатора и вентилятора, устанавлива е мого на электронные компоненты компьютера с повышенным тепловыделением. Самая главная задача устройства — снижение температуры охлаждаемого объекта и поддержание ее на опр е деленном уровне. Достигается это за счет непрерывного потока воздуха, обдувающего ради а тор. То есть менее эффективный процесс излучения превращается в более эффективный — ко н векцию. Кулеры — это самый простой, самый быстрый, доступный и, в большинстве случаев, достаточный способ охлаждения компонентов компьютера — воздухом охлаждается все.

Вариантов исполнения существует гигантское множество. Если говорить про внешний вид можно долго, то касательно функциональных отличий много не расскажешь.

Кулеры бывают разных размеров – обычно от 40х40мм до 320х320мм.

Самой важной частью любого кулера является его вентилятор. Именно он шумит у Вас в Вашем системном блоке. А если быть более точным, то шум этот появляется при столкновении воздушного потока с радиатором. Особенно этот шум ощутим на дешевых моделях кулеров, т.к. над их дизайном никто не работает.

Вентилятор состоит из крыльчатки (в ней по внутреннему диаметру расположен магнит) и электромотора, который этот магнит вместе с крыльчаткой вращает. Через центр вентилятора идет осевой штырь, который размещается в центре мотора. Для большей плавности хода крыльчатки могут использоваться три вида подшипников (срок службы которых производители указывают в тысячах часов на упаковке):

— Подшипник скольжения (sleeve bearing) — наиболее дешевый и наименее надежный вариант, создающий при работе высокий уровень шума.

— 1 подшипник скольжения (sleeve bearing) + 1 подшипник качения (ball bearing) — ко м бинированный подшипник- более долговечная конструкция, работающая в среднем в два раза дольше, чем на подшипнике скольжения.

— 2 или 4 подшипника качения (ball bearing) — наиболее надежные варианты с низким уровнем шума, но стоят такие вентиляторы существенно дороже первых двух.

— Игольчатые и NCB (наномиллиметровые керамические) подшипники — устанавлив а ются в вентиляторы ограниченным числом производителей. Они отличаются низким уровнем шума, невысокой стоимостью и очень большим сроком службы.

Кстати, о сроке службы (сроке безотказной работы). Если срок службы указан в 40-50 т ы сяч часов (почти 5 лет, хотя бывает и больше — до 300 000 часов), это вовсе не значит, что вспомнить о кулере в следующий раз придется только через это время. Нет, это число нужно делить на два-три, и все равно время от времени производить профилактические действия – протирать от пыли, продувать, смазывать. Если не ухаживать за кулером, он может начать ш у меть, а если совсем про него забыть – то и остановиться.

Производительность вентилятора (расходная характеристика) – пожалуй, основная его характеристика. Измеряется она в количестве кубических футов воздуха, перегоняемых им в минуту, сокращенно — CFM (Cubic Feet per Minute). Эта характеристика главным образом з а висит от площади вентилятора, профиля лопастей и скорости их вращения. Чем больше это значение, тем выше эффективность охлаждения и, как правило, тем выше уровень шума, созд а ваемый вентилятором при работе.

2.1 Питание кулеров

Перегонять кубометры воздуха кулер может своими лопастями на скорости до 8000 об о ротов в минуту (для сравнения, двигатель обычнго легкового автомобиля выдает 5-8 тысяч об о ротов, двигатель болида «Формула-1» — до 22 000 оборотов). Но понятное дело, что при такой скорости шум от работы кулера будет ощутимым. Поэтому предпочтительнее брать кулеры с термодатчиками – которые «анализируют» температуру и в зависимости от ситуации могут увеличивать или уменьшать количество оборотов. Чаще всего это положительно сказывается на шуме от работы.

Все компьютерные кулеры питаются от постоянного тока, напряжение которого чаще вс е го составляет 12В. Для подключения к питанию они используют Molex-коннекторы (для Smart-вентиляторов) или PC-Plug-коннекторы. PC-Plug имеет четыре провода: два чёрных (земля), жёлтый (+12В) и красный (+5В).

Разъёмы Molex на материнских платах используются для того, чтобы система сама могла контролировать скорость вращения вентилятора, подавая на красный провод различное напр я жение (обычно от 8 до 12 В). По жёлтому (сигнальному) проводу система узнает от кулера св е дения о скорости вращения его лопастей. Использование Molex имеет один весомый недост а ток: опасно цеплять вентиляторы с потребляемой мощностью более 6Вт.

Дело обстоит иначе с разъемом PC-Plug – он выдерживает десятки Ватт. Но при подкл ю чении к нему Вы не сможете узнать, работает Ваш вентилятор или нет. Найти переходник с одного разъема на другой сейчас не составляет никакого труда – они часто идут в комплекте.

Так же для снижения шума кулер иногда переводят на 5В или 7В. Шлейфы округляют, провода заплетают в косички или обтягивают оплеткой и убирают в укромное местечко – чтобы не мешали продуманной воздушной циркуляции.

2.2 О шумах

Все кулеры классифицируются по уровню шума, издаваемому от их работы на следующие классы (чем ниже уровень шума, тем более комфортной будет работа за компьютером):

— Условно бесшумный . Уровень шума такой системы охлаждения составляет менее 24 дБ. Этот показатель ниже типового фонового шума в тихой комнате (в вечернее или ночное время суток). Таким образом, кулер не вносит практически никакого существенного вклада в шумовую картину. Обычно это значение достигается при минимальном числе оборотов вент и лятора для систем с регулятором скорости вращения.

— Малошумный . Уровень шума от такой системы охлаждения лежит в пределах от 24 до 30 дБ включительно. Кулер вносит еле ощущаемый вклад в акустику ПК.

— Эргономичный . Уровень шума такой системы охлаждения лежит в диапазоне от 37 до 42 дБ включительно. Шум от такого кулера по всей вероятности будет заметен в большинстве пользовательских конфигураций компьютера.

— Не эргономичный . Уровень шума рассматриваемой системы охлаждения больше 42 дБ. В таких условиях кулер будет являться основным «генератором» шума компьютера практ и чески любой конфигурации. Домашнее применение такого кулера неоправданно – он больше подойдет для производственных и офисных помещений с фоновым шумом более 45 дБ.

2.3 Итог по кулерам

К плюсам кулеров относятся их распространенность, универсальность, доступность. Н е большую стоимость тоже можно отнести к плюсу, но стоит учитывать, что на хороший кулер жадничать не стоит – ведь это, по сути, второе сердце компьютера – нельзя, чтобы останов и лось.

К минусам можно отнести возможные шумы, которые рано или поздно появятся на любом кулере.

Подводя итог вышесказанному. На данный момент кулер – самая распространенная си с тема охлаждения, охладить которой можно что угодно – от процессора до винчестера и памяти. Вопрос заключается в выборе и подборе нужного кулера – ведь их существует великое множ е ства от десятков производителей.

3 Система жидкостного охлаждения

Система жидкостного охлаждения – это такая система охлаждения, в качестве теплонос и теля в которой выступает какая-либо жидкость.

Вода в чистом виде редко используется в качестве теплоносителя (связано это с электр о проводностью и коррозионной активностью воды), чаще это дистиллированная вода (с разли ч ными добавками антикоррозийного характера), иногда — масло, другие специальные жидкости.

Главная разница в использовании воздушного и жидкостного охлаждения заключается в том, что во втором случае для переноса тепла вместо нетеплоемкого воздуха используется жи д кость, обладающая гораздо большей, по сравнению с воздухом, теплоемкостью.

Принцип действия системы жидкостного охлаждения отдаленно напоминает систему о х лаждения в двигателях автомобиля — через радиатор вместо воздуха, прокачивается жидкость, что обеспечивает гораздо лучший теплоотвод. В радиаторах охлаждаемого объекта вода нагр е вается, после чего вода из этого места циркулирует в более холодное, т.е. отводит тепло.

3.1 Составляющие системы

Типичная система состоит из водоблока, в котором происходит передача тепла от проце с сора теплоносителю, помпы, прокачивающей воду по замкнутому контуру системы, радиатора, где происходит отдача тепла от теплоносителя воздуху, резервуара (служит для заполнения системы водой и прочих сервисных нужд) и соединительных шлангов.

Поверхность соприкосновения водоблока с процессором обычно отполирована до зе р кального отражения, по уже озвученным мною причинам. Через знакомый термоинтерфейс в о доблок крепится на охлаждаемый объект. Обычно он крепится с помощью специальных скоб, что исключает его возможность двигаться. Бывают водоблоки и для видеокарт, но явных отл и чий от принципа действия процессорных водоблоков нет – все различия в креплении и форме радиатора.

Одна из частых проблем обладателей систем жидкостного охлаждения это перегрев ок о лопроцессорно-сокетных элементов материнской платы, которые могут греться ни чуть не хуже своего старшего брата. Связано это с тем, что обычно в таких системах отсутствует циркуляция холодного воздуха. Как этого избежать? Совет, пожалуй, один – выбирайте системы (совм е щайте) с дополнительным кулером, который будет охлаждать остальные греющиеся силовые элементы.

Водоблок через специальные трубки соединяется с радиатором, крепиться который может как внутри системного блока, так и снаружи (например, с задней стороны системника). Второй вариант, пожалуй, предпочтительнее. Судите сами: больше свободного места внутри системн о го блока, более низкая температура окружающей среды положительно влияет на радиатор. Плюс он дополнительно обдувается корпусным вентилятором.

Резервуар для жидкости, или иначе, расширительный бачок, так же может находиться снаружи системного блока. Его объем в штатных системах варьируется от 200мл до литра.

Производители систем охлаждения стараются заботиться о своих пользователях и пр е красно понимают, что для хорошей системы охлаждения место найдется внутри не каждого системного блока. Тем более, нужно учитывать, что каждый производитель как-то хочет выд е литься на фоне других. Поэтому существует огромный выбор внешних систем жидкостного о х лаждения (понятное дело, что без соединительных трубок с радиатором на конце никак не пр е небречь). Их не стыдно выставить напоказ; обычно внутри таких систем скрывается сразу все – помпа, резервуар, продуваемый вентиляторами радиатор. Но и стоят они, обычно, демонстр а тивно дорого.

3.2 Итог по системам водяного охлаждения

Для чего же применять жидкостные системы охлаждения? Ведь если посудить строго, то обычных штатных кулеров всегда достаточно, в обычных условиях работы ПК (если бы это б ы ло не так, то их бы не ставили, а ставили системы жидкостного охлаждения). Поэтому чаще всего такую систему следует рассматривать с позиции разгона – тогда, когда возможностей воздушной системы охлаждения будет не хватать.

Другим плюсом жидкостной системы охлаждения является возможность ее установки в ограниченном пространстве корпуса. В отличие от воздуха, трубки с жидкостью можно задать практически любые направления.

Еще один плюс такой системы – ее беззвучность. Чаще всего помпы заставляют циркул и ровать поток воды по системе, не создавая шума больше значения в 25 дБ.

Минус – дороговизна установки.

4 Система охлаждения на элементах Пельтье

Среди нестандартных систем охлаждения можно отметить одну очень эффективную си с тему – на основе элементов Пельтье. Жан Шарль Атаназ — французский физик, открывший и изучивший явление выделения или поглощения тепла при прохождении электрического тока через контакт двух разнородных проводников. Устройства, принцип работы которых использ у ет данный эффект, называются элементы Пельтье.

В основе работы таких элементов лежит контакт двух проводников с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. При протекании тока через контакт этих материалов, электрону необходимо приобрести энергию, чтобы он мог перейти в зону с большей энергией проводимости другого полупроводника. Охлаждение места контакта полупроводников прои с ходит при поглощении этой энергии. Нагревание же места контакта происходит при протек а нии тока в обратном направление.

На практике используются только контакт двух полупроводников, т.к. при контакте м е таллов эффект настолько мал, что незаметен на фоне явления теплопроводности и омического нагрева.

Элемент Пельтье содержит одну или несколько пар небольших (не больше 60х60 мм) п о лупроводниковых параллелепипедов — одного n-типа и одного p-типа в паре [обычно теллур и да висмута (Bi2Te3) и германида кремния (SiGe)]. Они попарно соединены металлическими п е ремычками, которые служат термическими контактами и изолированы не проводящей плёнкой или керамической пластинкой. Пары параллелепипедов соединены так, что образуется посл е довательное соединение многих пар полупроводников с разным типом проводимости — прот е кающий электрический ток протекает последовательно через всю цепь. В зависимости от того, в каком направлении течет электрический ток, верхние контакты охлаждаются, а нижние н а греваются — или наоборот. Таким образом переносится тепло с одной стороны элемента Пел ь тье на противоположную и создаётся разность температур.

При охлаждении нагревающейся стороны элемента Пельтье (радиатором или вентилят о ром) температура холодной стороны становится ещё ниже.

4.1 Итог по элементам Пельтье

К достоинствам такой системы охлаждения можно отнести небольшие размеры и отсутс т вие каких-либо подвижных частей, а также газов и жидкостей.

Минусом является очень низкий коэффициент полезного действия, что приводит к бол ь шой потребляемой мощности для достижения заметной разности температур. Так же, если эл е мент Пельтье выйдет из строя, то из-за отсутствия контакта между радиатором (или кулером) и процессора, последний моментально нагреется и может выйти из строя.

Элементы Пельтье еще обязательно найдут широкое применение, так как без каких-либо дополнительных устройств они легко позволяют получить температуры ниже 0°C.

5 Системы фазового перехода (фреоновые установки)

Не очень распространенный, но очень эффективный класс систем охлаждения – системы, хладагентом в которой выступают фреоны. Отсюда и название – фреоновые устанвоки. Но б о лее правильно было бы называть такие системы системами фазового перехода. На принципе действия таких систем работают практически все современные бытовые холодильники.

Один из вариантов охладить тело — заставить вскипеть на нем жидкость. Для перехода жидкости в пар, необходимо затратить энергию (энергия фазового перехода) – то есть закипая, жидкость отбирает тепловую энергию от окружающих ее предметов.

Слово «Фреоны» трактуется как галогеноалканы, фторсодержащие производные нас ы щенных углеводородов (главным образом метана и этана), используемые как хладагенты. Кр о ме атомов фтора, в молекулах фреонов содержатся обычно атомы хлора, реже — брома. И з вестно более 40 различных фреонов; большинство из них выпускается промышленностью. Фреоны — бесцветные газы или жидкости, без запаха.

Если же взять такую жидкость, которая будет закипать, скажем, при -40°С, то сосуд, в к о тором свободно кипит эта жидкость (такой сосуд называют испарителем), будет очень сложно нагреть. Его температура будет стремиться к -40°С. А поставив такой сосуд на нужный нам объект охлаждения (например, на процессор), мы сможем добиться того, чего и хотели – охл а дить систему.

Мощный компрессор после испарителя качает газ и подает его под большим давлением в конденсор. Там газ конденсируется в жидкость и отдает тепло. Конденсор, выполненный в виде радиатора, рассеивает тепло в атмосферу – этот этап мы уже хорошенько рассмотрели в пред ы дущих системах. Далее жидкий фреон поступает к испарителю, где выкипая, отбирает тепло – вот и весь замкнутый цикл. Цикл «фазовых переходов» потому так и назван — фреон попер е менно меняет свое агрегатное состояние.

Системы фазового перехода, испарители (холодильники) которых устанавливаются неп о средственно на охлаждаемые элементы, называются системами «Direct Die». Холодными в т а кой системе являются только сам испаритель и отсасывающая трубка, остальные же элементы могут иметь комнатную температуру или выше. Холодные элементы нужно тщательно тепл о изолировать для предотвращения образования конденсата.

Минусом фреонок является относительная громоздкость испарителя и отсасывающей трубки, поэтому объектом охлаждения выбираются лишь процессор и видеокарта.

Есть и еще одна разновидность систем охлаждения – чиллеры. Этот класс систем состоит в основном из систем жидкостного охлаждения, отличием же является наличие второй части (холодильника теплоносителя), которая работает вместо радиатора – зачастую эта часть являе т ся той самой системой фазового перехода. Достоинством такой системой является то, что ей можно охладить все элементы системника, а не только видеокарту и процессор (в отличие от «direct die»-систем). Система фазового перехода чиллера охлаждает лишь теплоноситель сист е мы жидкостного охлаждения, то есть в замкнутом контуре течет очень холодная жидкость. О т сюда и минус систем такого типа – необходимость изолирования всей системы (водоблоки, трубки, насосы и т.п.). Если же изолировать не хочется, то можно использовать маломощную фреоновую установку для чиллера, но тогда об экстремальном разгоне можно будет забыть.

5.1 Итог по фреоновым установкам

Плюсом системы является возможность достижения очень низких температур, возмо ж ность постоянной работы. Высокий КПД системы (потери минимальны). Из постоянных систем охлаждения, фреоновые – самые мощные. При этом они позволяют выносить тепло из корпуса, что положительно сказывается на температурах внутри него.

К минусам относятся такие особенности системы, как сложность изготовления такой си с темы [серийно выпускаемых систем не так много, цены на них высоки ]. Небольшой вес и м а ленькие габариты – все это в полной мере отсутствует в установках данного типа.

Условная стационарность системы. Практически во всех случаях (кроме тех случаев, к о гда Вы не планируете заниматься экстремальным разгоном) – потребуется теплоизоляция всей системы. Ну и самый, пожалуй, негативный момент – более чем ощутимый шум от работы (50-60 дБ).

Еще одним минусом фреонок является то, что на покупку фреона нужна лицензия. У кого ее нет, выбор не велик: в свободной продаже есть только один — R134a (точка кипения котор о го -25°С).

Существует еще один хладагент — R290 (пропан), но сейчас он не используется в охлад и тельных системах (возгораемость). Он обладает очень хорошими свойствами: точка кипения -41°С, совместим с любым маслом компрессора и главное, дёшев.

6 Система экстремального охлаждения

Рассмотрим системы, в качестве хладагента в которых используется жидкий азот.

Жидкий азот представляет собой прозрачную жидкость, без цвета и запаха, температурой кипения (при нормальном атмосферном давлении) которой равна ни много ни мало -195.8 гр а дусов по Цельсию. Для хранения жидкого азота применяют специальные резервуары — сосуды Дьюара объемом от 6 до 40 литров.

Установки данного типа предназначены только для экстремального охлаждения, в экстр е мальных условиях. Одним словом, при разгоне.

6.1 Организация азотной системы охлаждения

Системы с жидким азотом не содержат никаких помп или других подвижных элементов. Она представляет из себя высокий металлический (медный или алюминиевый) стакан с дном, который плотно соединяется с центральным процессором. Достать такую штуковину не так-то просто – поэтому умельцы зачастую делают его самостоятельно.

Основной проблемой при разработке стакана является обеспечение процессора при по л ной нагрузке минимальной температурой. Ведь теплопроводные свойства жидкого азота сильно отличаются от той же воды. Он берет лишь тем, что «промораживает» стенки стакана, позволяя охладить процессор до температуры ниже 100 градусов. А так как тепловыделение камешка в простое и в режиме полной нагрузки отличается достаточно существенно (а скачки происходят мгновенно) — стакан часто не в состоянии вовремя эффективно отвести тепло. Для совреме н ного процессора оптимальной температурой является -110-130 градусов. Да, подойдет не любой термоинтерфейс. DeDaL советует AS ceramique.

После изготовления стакана, его (и материнскую плату) нужно тщательно теплоизолир о вать, чтобы конденсат, который неминуемо образуется от такого перепада температур, не зам к нул какие-нибудь контакты на материнской плате. Обычно используют различные пористые и пенистые материалы, например вспененный каучук – неопрен. В несколько слоев обматывают отрезанным куском, после чего закрепляют тем же скотчем.

С изоляцией материнской платы несколько сложнее. Чаще всего поступают так – закле и вая разъемы, все «заливают» диэлектрическим лаком. Причем, с обратной стороны матери н ской платы такую процедуру тоже нужно проделать – в районе процессорного сокета. Такая л а кировка абсолютно не мешает работе платы (хотя, вы автоматически лишаетесь гарантии – так, на всякий случай, если еще не лишились) – но зато вы почти гарантированно исключаете во з можность пострадать от протекания жидкого азота.

Дальше все просто. После того, как Вы тщательно соберете все компоненты, можно пр и ступать. С помощью какой-то промежуточной емкости (например, термос или какой-то другой теплоизолированный стакан) наливаете азот в стакан на материнской плате, после чего можете тестить свою систему.

Кстати о тестах – вот список тех бенчмарков, которые официально приняты:

— Aquamark 3.0

— Super Pi как самый фундаментальный

— Pifast

Для часа работы компьютера достаточно 4-5 литров азота. Заливать в стакан нужно пр и мерно до половины, причем постоянно поддерживая этот уровень.

Минусом является то, что систему с азотом нельзя собрать в небольшую систему под ст о лом и чтобы она там сама по себе стояла. Говоря иначе, такое охлаждение не подходит для р е шения бытовых задач – нужен постоянный и ответственный контроль, все нужно стараться д е лать тщательно и без ошибок.

Список литературы

1. http://habrahabr.ru/blogs/hardware/64162/

2. http://habrahabr.ru/blogs/hardware/64166/

PAGE \* MERGEFORMAT 2

Похоже, Россия становится не только "родиной слонов" и великих комбинаторов, но и местом рождения остроумных технических решений для современных высокопроизводительных вычислительных систем.

В начале двадцатого века паровозы доставляли пассажиров из Москвы в Санкт-Петербург за десять часов. При этом их КПД не превышал семи процентов. То есть использовалась только одна четырнадцатая часть энергии дров и угля, а остальные тринадцать обогревали атмосферу. Конструкторы тех лет придумывали самые изощренные способы, дабы сохранить тепло. Процессоры в современных серверных стойках тоже обогревают атмосферу, однако в данном случае конструкторы преследуют диаметрально противоположную цель - отвести от чипа как можно больше избыточного тепла.

Современные высокопроизводительные процессоры греются не хуже ламп накаливания; "топовые" модели производят до 130 Вт тепла, а порой и больше. Теперь представьте, что в одном сервере толщиной в один юнит (1,75 дюйма, около 4,4 см) может находиться два таких процессора, а юнитов в стойке - до сорока двух штук. Количеству выделяемых стойкой калорий позавидует иная тепловая пушка, обогревающая производственные помещения.

Но это не все трудности, встающие на пути инженеров-разработчиков высокопроизводительных систем. Вторая проблема - малый размер процессоров. Чтобы отвести тепло с небольшой площади радиатора, необходимо обдувать его очень большим количеством воздуха, а значит, вентиляторы должны быть высокопроизводительными и, как следствие, шумными.

Компания Cray - всемирно известная своими суперкомпьютерами, пошла по иному пути. Например, в модели ETA-10 была применена система охлаждения процессоров жидким азотом, что позволило вдвое повысить производительность. С эффективностью такой системы не поспоришь, однако ее цена заставляет задуматься даже военные ведомства. Так что применение этой технологии пока остается уделом сверхплотных и сверхпроизводительных систем стоимостью несколько сот тысяч и даже миллионов долларов.

Другой способ - закрытые кондиционированные шкафы, куда подается уже сильно охлажденный воздух. Но и здесь есть свои трудности. Во-первых, стоимость подобных шкафов и затраты на их эксплуатацию хоть и в разы меньше, чем у системы на азоте, тем не менее весьма высоки. Несмотря на кажущуюся простоту, приходится искать решения множества технологических задач, таких как равномерное распределение холодного воздуха в стойке, интенсивный отвод теплого воздуха, герметичность. Становится очень важным правильное распределение (не всегда совпадающее с желаемым) серверов внутри стойки и прочие тонкости. Да и КПД такой системы охлаждения тоже оказывается не на высоте: получается тройная передача тепловой энергии - сначала охлаждается фреон, который затем охлаждает воздух, а воздух, в свою очередь, охлаждает процессоры.

Специалисты российской компании Kraftway, изучив проблему, подумали: а зачем вообще нужен воздух в этой системе "теплых взаимоотношений"? И решили охлаждать процессоры сразу фреоном кондиционера.

Однако не все так просто. Подумайте, легко ли конфигурировать систему, насквозь пронизанную трубками с фреоном?! Поэтому было решено охлаждать не сами процессоры, которые располагаются в разных серверах по-разному, а сначала отводить тепло от раскаленных невероятной вычислительной мощностью ядер тепловыми трубками. То есть один ее конец располагается на самом процессоре, отбирая тепло, а другой - выводится на заднюю стенку сервера. Тем самым упрощается не только конструкция охладителя, но и процесс замены серверов: достаточно отвинтить тепловую трубку и вынуть корпус из стойки, не останавливая и не разбирая всю систему охлаждения.

Устройство тепловой трубки тоже заслуживает упоминания. Как известно, в них применяются самые разные теплоносители (вода, эфир, фреон). Однако большинство из них не обладают достаточной производительностью. Даже вода, несмотря на свою впечатляющую теплоемкость, не может справиться с той скоростью отвода тепла, которая требуется для современных процессоров. [Главная проблема - скорость циркуляции. Есть, однако, примеры и удачного применения воды. Компания Icebear System построила систему водяного охлаждения для стоек. Мне, правда, не приходилось встречать сообщений о ее реальных применениях. К тому же прототип этой системы был предназначен только для машин на базе процессоров Opteron]. Есть и другой момент: представьте, что трубка вдруг начнет протекать... это явно не обрадует электрические схемы материнской платы.

Применение фреона позволяет добиться необходимой производительности и безопасности. В случае протечки он тут же улетучивается, а теплоемкость его испарения сравнима с водой. Устроена трубка следующим образом. Жидкий фреон по капиллярной губке направляется к процессору, там, испаряясь, поднимается к "утюжкам" (рис. 2), прикрепленным к постоянно охлаждаемой металлической колонне (о ней будет рассказано ниже), в которых он охлаждается и, конденсируясь, стекает вниз в горизонтальную часть трубки, где благодаря капиллярному эффекту попадает обратно к ядру процессора. Далее - по кругу. Надежность такой замкнутой и герметичной системы очень высока.

Однако выведя процессорное тепло наружу, мы решили только половину задачи. Ведь его все равно нужно каким-то образом передать дальше, "на улицу". Тут и выступает на сцену вышеупомянутая колонна, к которой прикреплены горячие "утюжки" тепловых трубок. Несмотря на свой заурядный вид, она вовсе не является копией морозилки бытового холодильника.

Внутри этой прямоугольной тепловой колонны расположена медная трубка с массой мельчайших отверстий [Как утверждают разработчики, для их изготовления пришлось применить лазерное сверление, ведь диаметр отверстий не превышает нескольких десятков микрон], в которую специальная помпа подает хладагент [Используется опять же фреон, однако любителям природы не стоит волноваться, - применяется безопасная для озонового слоя марка хладона (HFC R142b)]. Протекая по трубке, фреон через отверстия разбрызгивается на внутреннюю поверхность колонны. Испаряясь на ней, он отбирает тепло у "утюжков" и уходит по трубке к основному компрессору [Вообще, "теплый конец" - это стандартный внешний блок сплит-системы кондиционирования воздуха], который может быть расположен далеко за пределами стойки (например, на улице вместе с радиатором охлаждения хладагента). Дополнительная помпа (рис. 1) понадобилась для того, чтобы регулировать нагрузку: стойка с серверами может быть заполнена только частично, и охлаждать колонну целиком - пустая трата энергии. С другой стороны, основной компрессор кондиционера работает на постоянных оборотах, и снижать их недопустимо, так как он может просто-напросто сгореть (можно вспомнить частые случаи перегорания компрессоров холодильников в сельской местности из-за пониженного напряжения). Поэтому оказалось рациональнее (хоть это немного и усложнило конструкцию) поставить дополнительную помпу непосредственно в стойке и управлять уже ее оборотами. Таким образом, инженеры продолжают бороться за общее повышение КПД системы.

Итак, получается двойная, а не тройная система охлаждения. Сначала нагревается непосредственно фреон, минуя воздушную стадию (нагревом корпуса трубок можно пренебречь), и уже он отдает тепло окружающему воздуху, причем далеко за пределами серверной стойки.

Если мы избавились от воздушного охлаждения процессоров, то нет необходимости в большом количестве вентиляторов внутри каждого сервера. По утверждению разработчика, для охлаждения всех оставшихся схем, включая жесткий диск и блок питания, достаточно лишь одного вентилятора на корпус. Это радикально снижает шум, что позволяет размещать такие стойки внутри рабочих комнат, не вынося их в специальные помещения.

Представители компании Kraftway очень неохотно отвечали на вопрос о возможной стоимости подобной системы. Ссылаясь на то, что пока существует только прототип и многие решения еще не вышли на стадию массового производства, говорить о конкретных расчетах слишком трудно. Однако мне удалось в приватной беседе выяснить, что ориентировочная стоимость в расчете на один процессор не должна превышать пятидесяти долларов (не забывайте, что речь идет о многопроцессорных системах с количеством чипов около сотни). Это, согласитесь, уже близко к цене обычных медных радиаторов и, разумеется, гораздо меньше стоимости систем на жидком азоте.

Похоже, Россия становится не только "родиной слонов" и великих комбинаторов, но и местом рождения остроумных технических решений для современных высокопроизводительных вычислительных систем. Возможно, недалек тот день, когда первые строчки знаменитого Top 500 будут занимать компьютеры, построенные именно у нас.

Из журнала "Компьютерра"