Комп'ютерні кулери: починаємо з нуля.

Кулери на процесори, кулери на вінчестери, кулери на відеокарти та системні чіпсети. Додайте до цього кардкулери, системні бловери та кулери для ноутбуків. У такій кількості пристроїв для охолодження легко можна заплутатися, і поступово починаєш вірити, що кулери - основна складова сьогоднішнього комп'ютера. На щастя, або на жаль, але поки що це не так, і на сьогоднішній день ще немає необхідності обвішувати Ваш улюблений ПК шумними вентиляторами, доки він не злетить. У цій статті ми постараємося розібратися, що ж у комп'ютері є джерелами тепла, які існують способи охолодження цих компонентів, і чи взагалі треба боротися з підвищеною температурою комп'ютера.

Теоретичні основи охолодження

Отже, небагато теорії. З курсу фізики відомо, що будь-який провідник, яким протікає електричний струм, виділяє тепло. Це означає, що всі компоненти комп'ютера, починаючи від центрального процесора і закінчуючи проводами живлення, підігрівають навколишнє повітря. Кількість теплоти, що виділяється тим чи іншим компонентом комп'ютера безпосередньо залежить від його енергоспоживання, яке, у свою чергу, визначається безліччю інших факторів: якщо ми говоримо про жорсткий диск, то потужністю електромоторчика та електронікою контролера, а якщо про процесор або інший чіп, то числом інтегрованих до нього елементів та технологічним процесом його виробництва. Така фізика нашого світу, і від цього нікуди не подітися.Але ж нікому досі не спала на думку ідея клеїти радіатори на електричні дроти і обдувати, скажімо, внутрішні модеми! Це тому, що різні компоненти комп'ютера впливають на температуру в корпусі по-різному, і якщо такий "холодний" пристрій як модем не вимагає ніякого додаткового охолодження, то тій же відеокарті ми приділяємо занадто багато уваги, тому на сучасні плати і ставлять величезні кулери, іноді навіть із двома вентиляторами.
Але перш за все, повторимо, що таке кулер. Кулер (від англ. Cool - холод) є пристроєм для охолодження чого-небудь. Основним завданням будь-якого кулера є зниження і підтримання температури тіла, що охолоджується, на заданому рівні. І залежно від типу охолоджуваного пристрою, чи це транзистор, чіп, процесор або навіть вінчестер, застосовуються різні типи кулерів. У нашому понятті кулер зміцнився, як "велика залізяка з пропелером", і чим вона більша, тим вона краща. Однак, кулери можуть являти собою і складніші пристрої, вартістю сотні доларів. Зазвичай кулери, що застосовуються в комп'ютерах, складаються з вентилятора, радіатора та кріплення.

Радіатори

Радіатор (від англ. Radiate - випромінювати) служить для відведення тепла від об'єкта, що охолоджується. Він знаходиться в безпосередньому контакті з об'єктом, що охолоджується, і його основна функція - прийняти на себе частину виділяється тілом тепла і розсіяти її в навколишнє повітря. Як відомо, знову ж таки з курсу фізики, об'єкт віддає тепло тільки зі своєї поверхні, а це означає, що для досягнення найкращого відведення тепла охолоджуваний об'єкт повинен мати якомога більшу площу поверхні. У сучасних радіаторах площа поверхні збільшується рахунок установки більшої кількості ребер.Тепло від об'єкта, що охолоджується, переходить до основи радіатора, а потім рівномірно розподіляється по його ребрах, після чого воно йде в навколишнє повітря, і цей процес називається випромінюванням Повітря навколо радіатора поступово нагрівається, і процес теплообміну стає менш ефективним, тому ефективність теплообміну можна буде підняти. , якщо постійно подавати холодне повітря до ребер радіатора. Для цього сьогодні використовуються вентилятори. поговоримо трохи згодом.
Радіатор повинен мати хорошу теплопровідність і теплоємність. Теплопровідність визначає швидкість розповсюдження тепла по тілу. зможе рівномірно розподілитись по всьому об'єму, по всіх ребрах радіатора. з матеріалу з високою теплопровідністю, то в кожній його точці температура буде однакова, і з усієї площі його поверхні тепло виділятиметься з однаковою ефективністю, тобто не виникне ситуації, коли одна частина радіатора буде розпеченою, а інша - залишиться холодною і не віддаватиме тепло в навколишнє повітря. Теплоємність визначає кількість теплоти, яку потрібно повідомити тілу, щоб підвищити його температуру на 1 градус. високої, тому що при охолодженні на один градус тіло віддає ту саму кількість теплоти.

Як видно, для виготовлення радіаторів найвигідніше використовувати два матеріали: алюміній і мідь. Перший через низьку вартість і високу теплоємність, а другий - через велику теплопровідність. Срібло занадто дорого коштує, щоб його можна було використовувати для створення радіаторів, але навіть якщо не брати до уваги його високу ціну, завдяки хорошій теплопровідності, цей метал найкраще застосовувати для виготовлення тільки підстав радіаторів.
Конструкція радіатора також має велике значення. Наприклад, ребра можуть бути встановлені під різним кутом повітряного потоку. Вони можуть бути прямими по всій довжині радіатора, або розсічені поперек, вони бувають товсті і з задирками, якщо радіатор вироблений за технологією видавлювання, або тонкими і гладкими, якщо він був відлитий з розплавленого металу. Ребра можуть бути плоскими, зігнутими з пластин і впресовані в основу. Радіатор взагалі може бути голчастим, тобто замість ребер мати циліндричні або квадратні голки. Сьогодні відомо, що за конструкцією ребер найкраще показують себе голчасті радіатори.

Тепловий інтерфейс

Радіатори прилягають своєю основою до об'єкта, що охолоджується, і тепло від нього до радіатора переходить лише через поверхню їх дотику, тому треба прагнути, щоб вона була якомога більше. Але навіть наявну зазвичай площу дотику (наприклад, поверхню ядра процесора) треба використовувати на всі сто відсотків. Справа в тому, що при дотику двох поверхонь між ними залишаються дрібні порожнини, заповнені повітрям.Цього неможливо уникнути, і якою б рівною та гладкою не здавалася Вам поверхня радіатора, вона все одно має тріщини та западини, де збирається повітря Повітря дуже погано проводить тепло, а тому ефективність охолодження буде істотно нижчою за можливості радіатора.
Щоб позбутися повітряних подушок і збільшити ефективність охолодження, застосовують різні теплові інтерфейси. Вони мають високу теплопровідність і за рахунок плинності заповнюють собою всі нерівності основи радіатора. і радіатор вже працює з максимальною віддачею. Теплові інтерфейси бувають різних типів: термопасти або провідні. Прокладки представляють собою гумоподібні полімерні пластинки, нанесені на основу радіаторів. При нагріванні вони змінюють свій агрегатний стан і розм'якшуючись заливають собою всі нерівності. маленькому целофановому пакетику. буває, що вона вже нанесена на основу радіатора. , а не термопрокладки Велика текучість термопаст дозволяє їм краще заповнювати всі нерівності радіатора, а за рахунок використання у своєму складі таких матеріалів, як срібло або алюміній, вони мають більш високу теплопровідність.Сьогодні у продажу можна зустріти термопасти з 90% вмістом срібла. І хоча срібло є відмінним електричним провідником, виробники гарантують, що термопаста не замкне контакти елементів плати або пристрою, на який вона нанесена, але все ж таки рекомендують не перевіряти ізолюючі властивості їх продукту і по можливості уникати попадання термопаст на електричні елементи комп'ютера.

Вентилятори

Вентилятори забезпечують безперервний потік повітря, що обдуває радіатор, перетворюючи менш ефективний процес випромінювання на більш ефективний - конвекцію. Конвекція - це процес обміну тепла, який відрізняється від випромінювання тим, що повітря, що охолоджує, постійно знаходиться в русі. В активних кулерах він примусово надходить у радіатор і нагрівається, розсіюється у навколишньому середовищі. З використанням вентилятора кулер стає набагато продуктивнішим, і температура об'єкта, що охолоджується, може падати в два рази, а то і більше, в залежності від продуктивності вентилятора. Продуктивність вентилятора - це основна його характеристика, що вимірюється в кількості кубічних футів повітря, що переганяються ним за хвилину, скорочено - CFM (Cubic Feet per Minute). Вона головним чином залежить від площі вентилятора, його висоти, профілю лопатей та частоти їхнього обертання. Чим ці величини більші, тим більше повітря зможе переганяти вентилятор, і відповідно тим більш ефективним буде охолодження. Сьогодні у вентиляторах для комп'ютерних кулерів немає можливості нескінченно збільшувати розміри, ні швидкість обертання крильчатки. Зрозуміло, що вентилятор розміром більше 80 мм вже важко розмістити в корпусі, а частота обертання пропелера впливає на рівень його шуму.Крім того, більший за розмірами вентилятор повинен мати більш потужний і дорожчий електричний моторчик, що позначиться на його вартості.
Всі вентилятори, що використовуються сьогодні в комп'ютерах, живляться від постійного струму, найчастіше напругою 12В.

Роз'єм Molex має три дроти: чорний (земля), червоний (плюс) та жовтий (сигнальний). встановлюються на материнських платах, щоб система сама могла контролювати швидкість обертання вентилятора, подаючи на червоний Провід різна напруга (зазвичай від 8 до 12 В), і змінювати її у разі необхідності. По жовтому сигнальному проводу материнська плата отримує від вентилятора інформацію про частоту обертання його лопат. пошкодження процесора. Тому сучасні материнські плати стежать, щоб вентилятор завжди обертався, і якщо він Зупиняється, то вимикають комп'ютер. Підключення через Molex має один недолік: до материнських плат небезпечно чіпляти вентилятори з споживаною потужністю більше 6 Вт. ні.Сьогодні все частіше вентилятори мають у комплекті перехідники PC-Plug - Molex, щоб підключати їх до блоку живлення, або навіть відразу обидва роз'єми: PC-Plug і Molex, щоб отримувати живлення від БП комп'ютера, а сигнальним проводом Molex-а повідомляти материнську плату про швидкість роботи двигуна.
Також вентилятори можуть мати різний тип ротора підвіски. Для цього використовуються підшипники ковзання (Sleeve bearing) чи кочення (Ball bearing). У вентиляторі може бути один або два підшипники, причому іноді в них поєднуються різні типи - Sleeve та Ball. Найбільш надійними вважаються вентилятори з підшипниками кочення (звичайні кулькові підшипники). Компанії-виробники обіцяють їм безперервну роботу протягом 50 000 годин, що становить понад п'ять років, а ті, що використовують підшипники ковзання, обіцяють жити не більше 30 000 годин, близько трьох з половиною років. Сьогодні вже існують вентилятори з керамічними підшипниками, яким обіцяють майже безсмертя - 300 000 годин безперервної роботи, адже це тридцять шість років! Проте, з одного боку, заявлені часи життя вентиляторів дуже рідко відповідають дійсності, і найчастіше їх треба ділити на два, а то й на три, а з іншого боку, повірте мені – тридцять шість років комп'ютер не проживе. Варто розраховувати, що звичайний вентилятор може жити рік-два. Потім він починає гудіти, і його треба змащувати, але навіть мастило вирішить проблему лише на якийсь час, і незабаром вентилятор доведеться замінити на новий.
Деякі сучасні вентилятори мають автоматичне регулювання швидкості залежно від температури навколишнього повітря або температури радіатора. Ми розповімо Вам про таке наприкінці статті.Практично у всіх них датчик температури стоїть безпосередньо на самому вентиляторі і може не відображати реальну температуру об'єкта, що охолоджується. Тобто, при підвищенні температури процесора, кулер, на якому встановлений такий автоматичний вентилятор, може лише за кілька хвилин підвищити свої оберти. Інша річ, це вентилятори із встановленими на них сигналізаціями зупинки. При зниженні частоти обертання ротора нижче за певну межу, спеціальний електронний блок на дроті вентилятора подає гучний писк, і Ви точно знаєте, що настав час вимкнути комп'ютер і замінити кулер.

Пасивні кулери

Пасивні кулери - це звичайні радіатори, встановлені на об'єкт, що охолоджується. Вони відводять тепло тільки випромінюванням, якщо не обдуваються якимись вентиляторами комп'ютера, і застосовуються для охолодження малопотужних і малих за розмірами елементів, наприклад, чіпів пам'яті або транзисторів. Радіатори встановлюються сьогодні на відеокарти, деякі материнські плати, де ще немає повноцінних кулерів, модулі пам'яті, та взагалі практично на все, що доводиться охолоджувати, і навіть на центральні процесори, якщо вони мають малу потужність.

Окремий випадок пасивного кулера - розподільник тепла. Виглядає як "лисий" радіатор, отриманий з пластини, без ребер і з невеликою площею поверхні. Розподільники тепла застосовують сьогодні для охолодження системної пам'яті. Зокрема компанія Thermaltake випускає спеціальні набори для DDR SDRAM DIMM модулів. Недоліком розподільників тепла, як і пасивних кулерів, є їхня мала ефективність.

Активні кулери

Активними називаються кулери, які працюють за рахунок конвекції. Простіше кажучи, це радіатор із встановленим на нього вентилятором.Найчастіше вони використовуються для охолодження процесорів. І сьогодні, кажучи слово "кулер", ми і маємо на увазі, насамперед, саме їх. Активні кулери використовуються практично скрізь, де потрібне охолодження, замінюючи собою звичайні радіатори. Перевагами такого охолодження можна назвати значно більшу ефективність у порівнянні зі звичайними радіаторами. Активні кулери можуть охолоджувати розжарені процесори, маючи при цьому невеликі розміри. Але вентилятори завжди є джерелами шуму в комп'ютерах, інколи ж і вібрації. Тому охолоджувати ними треба лише елементи, що сильно гріються, інакше працювати за галасливою машиною стане нестерпно. Ще один недолік активних кулерів у тому, що вони недовговічні. Лопаті вентилятора обертаються, і рано чи пізно підшипники на роторі вийдуть з ладу, і він зупиниться. Природно, в цьому випадку елемент, що охолоджується, перегріється і, можливо, вийде з ладу. Але найчастіше вентилятори перед зупинкою починають голосно гудіти, тому Ви будете попереджені заздалегідь.

Тепер, коли ми розібралися в основах охолодження комп'ютера, ми можемо перейти до розгляду джерел тепла в комп'ютері та способів їх охолодження.

Що в комп'ютері гріється, і як воно охолоджується

Ну що ж, маючи уявлення про кулери, давайте тепер складемо картину, що ж гріється в комп'ютерах, і як це потрібно (якщо потрібно) охолоджувати. Почнемо ми з основного елемента будь-якого ПК - центрального процесора. Сьогодні охолодженню процесорів приділяється особлива увага, і тому кожен виробник кулерів для PC обов'язково має у своєму асортименті та охолоджувачі для CPU.

Процесори

Якщо не розглядати серверні та переносні комп'ютери (у тому числі ноутбуки), то сьогодні в персональних комп'ютерах використовуються процесори двох компаній-виробників: Intel і AMD. Вони використовують три основні платформи: Socket 370, Socket 478 та Socket 462 (Socket A). Цифри позначення платформи показують число контактів кожного процесора. Звичайно, між собою всі ці стандарти не сумісні, і Pentium III під Socket 370 не встановиш в материнську плату з іншим гніздом. До недавнього часу був поширений ще й стандарт Socket 423 під перші Pentium 4, але з приходом більш сучасного Socket 478 він майже зник і зараз успішно забувається. Для кожного типу процесорів є свої стандарти кулерів.

У Socket 370 використовують процесори Intel Pentium III, Intel Celeron (крім нових під Socket 478) та VIA C3. Процесори виробництва AMD (Duron, Athlon на ядрі Thunderbird, Palomino і Thoroughbred) використовують роз'єм Socket A. Кулери для Socket 370 і Socket A майже сумісні один з одним. Точніше, можна сказати, що вони і повністю сумісні, але це не означає, що ви зможете встановити кулер під Athlon на Pentium III. Справа в тому, що хоча гнізда Socket 370 і Socket A мають однакові розміри, все ж таки стандарти, за якими AMD рекомендує будувати материнські плати, відрізняються від Intelівських. Насамперед, подивіться на фотографію. Гніздо Socket A має три зубчики спереду і ззаду для кріплення кулера. Спочатку малося на увазі, що на процесори Athlon будуть ставитися потужніші охолоджувачі, які вимагатимуть більш жорстке кріплення, і один зубчик може зламатися під пружиною кулера.Крім того, AMD рекомендувала виробникам материнських плат залишати так звану вільну зону зліва та праворуч від гнізда. У цій зоні не повинно бути жодних елементів, які могли б перешкодити встановленню прямокутних кулерів завдовжки більше 55 мм (ширина гнізда). Таким чином, на процесори Athlon і Duron можна встановлювати кулери розміром 60x80мм і висотою, наскільки дозволяє Ваш корпус. На Pentium III, звичайно, такі великі охолоджувачі навряд чи стануть, але це знову ж таки залежить від материнської плати.

Крім того, багато материнських плат під Athlon/Duron мають навколо гнізда чотири отвори. Це ще один спосіб кріплення кулера – не до гнізда, а до материнської плати. З одного боку, він зручніший, оскільки кулер вже не відвалиться, відламавши зубчик, а з іншого боку - для його заміни або апгрейду процесора доведеться знімати материнську плату. Добре це чи погано, але нещодавно AMD перестала вимагати наявності чотирьох отворів у вільній зоні біля гнізда процесора, і всі майбутні кулери будуть кріпитись тільки до нього, а не до материнської плати.
Процесори Athlon виділяють до 73 Вт тепла у нерозігнаному стані. Для потужних серверів таке тепловиділення процесора – звичайна справа, а ось для настільних комп'ютерів це дуже багато, а до того ж площа ядра процесора постійно зменшується, тому охолоджувачі для сучасних процесорів активно використовують мідь у своїх радіаторах. І у продажу Ви зможете побачити кулери не тільки з алюмінієвими радіаторами, але й з мідною основою або повністю мідні. Деякі виробники, намагаючись збільшити ефективність кулерів, зверху покривають мідь ще й нікелем, сріблом або іншими матеріалами з високою теплопровідністю.Вентилятори на таких кулерах найчастіше мають розмір 60x60x25 мм, хоча зараз велике поширення набувають 70мм та 80мм моделі. Вони мають меншу швидкість обертання та працюють набагато тихіше.

У випадку з охолоджувачами для Socket 370 все набагато простіше: всі вони чіпляються за два зубчики гнізда та мають розміри, що не перевищують розмірів гнізда. Зазвичай від 50х50 до 60х60 мм. Тепловиділення процесорів Pentium III приблизно вдвічі менше, ніж у Athlon, тому охолоджувати їх простіше, і на Pentium III найчастіше використовуються кулери з алюмінієвими радіаторами або з мідною основою. Вони коштують дешевше повністю мідних, у яких до того ж немає необхідності.

Якщо продовжувати розмову про Socket 370 і згадати про процесори VIA C3, то можна взагалі забути про кулери. Справа в тому, що VIA C3 мають репутацію "холодних" процесорів, тому що вони виділяють замало тепла і можуть працювати і з пасивними охолоджувачами - звичайними радіаторами, або простенькими кулерами. Їх тепловиділення не проблема, і тому комп'ютери з їхньої основі працюють дуже тихо.
Сьогодні вигідніше випускати кулери для процесорів Intel Pentium 4 та Celeron під Socket478. Справа в тому, що ринок охолоджувачів під Athlon вже досить насичений, а до того ж ціна на комп'ютери з процесорами AMD невисокі, і не кожен користувач готовий дорого заплатити за хороший кулер.З Pentium 4 ситуація зовсім інша, оскільки вони коштують набагато дорожче за конкурентів від AMD, і на ринок високопродуктивних процесорів можна продавати кулери вартістю кілька десятків доларів.

У комп'ютерах із процесорами Pentium 4 та Celeron під Socket 478 кулер кріпиться до спеціальної стійки на материнській платі. Є думка, що процесори Pentium 4 взагалі не перегріваються. Воно в корені невірно, і перші Pentium 4 дійсно грілися слабше за своїх товаришів Athlon, але зараз енергоспоживання Pentium 4 з частотою 2.8 ГГц знаходиться в районі 64 Вт, а Pentium 4 3.0 ГГц обіцяє вимагати до 80 Вт. Звичайно, сучасні технологічні процеси і конструкція Pentium 4 з вбудованим розподільником тепла допомагають йому краще боротися з теплом, що виділяється, але він також, як і Athlon вимагає великий кулер. Правда, коробкові варіанти процесорів вже постачаються з кулерами, але за потреби в магазинах можна знайти широкий асортимент охолоджувачів Pentium 4.

Кулери під Socket 478 мають переважно один вид кріплення: двома сталевими скобами вони чіпляються за пластикові упори материнської плати і міцно притискаються до поверхні процесора. Іноді від занадто сильних пружин кулера материнська плата трохи згинається, але за великим рахунком це не страшно. Для комп'ютерів, що використовують Pentium 4 у низьких або серверних корпусах, існують кулери, що кріпляться до материнської плати без використання стійок навколо процесора.

Так само, як і у випадку з деякими охолоджувачами під Athlon, у них кріплення проходить крізь отвори в материнській платі (для цього доведеться зняти стандартні тримачі для кулера) і фіксується зверху на процесорі. У цьому випадку на плату подається значно менше фізичне навантаження.На жаль, такі кулери мало поширені.
Під Pentium 4 випускаються кулери з різними радіаторами. Тут є як чисто алюмінієві, так і з мідними основами, або мідні. Вентилятори для таких кулерів зазвичай ставляться тихі, тому що їхня низька продуктивність компенсується великими розмірами радіаторів. Хоча гучні моделі теж нерідке явище серед охолоджувачів для Socket 478.