Эффективное охлаждение с невысоким уровнем шума необходимо не только для разгона, но и для повседневной эксплуатации видеокарты в штатном режиме.
Определить необходимость замены «стоковой» системы охлаждения можно по следующим критериям:
В случае разгона центрального процессора вопрос повышенного тепловыделения легко решается покупкой кулера нужной мощности, благо в современных корпусах серьезных проблем (за исключением экстремально монструозных моделей) с их установкой не возникает. С видеокартами дело обстоит несколько иначе…
Уже долгое время наиболее «прожорливым» элементом ПК являются не центральные процессоры, а видеокарты топовых моделей. Их энергопотребление достигает сотен ватт! Рассеять такое количество тепловой энергии относительно компактной системой охлаждения очень сложно. Именно поэтому при запуске ресурсоемкого 3D приложения мощные графические ускорители заявляют о своем присутствии в системном блоке пронзительным воем, издаваемым кулерами турбинного типа.
Разумеется, многие производители видеокарт стараются оснастить свои продукты эффективными системами охлаждения с невысоким уровнем шума. Такие решения, как правило, заметно сказываются на конечной стоимости продукта – видеокулеры верхнего ценового диапазона уже давно догнали по стоимости своих «центральнопроцессорных» собратьев.
В случае оснащения платы стандартным кулером очень часто возникает желание сменить его на что-то более тихое и эффективное. Но если его процессорный «родич» охлаждает лишь CPU, то система охлаждения (СО) видеокарты должна отводить тепло еще и от микросхем памяти, а также силовых элементов системы питания. Ситуацию усугубляет сильное ограничение массо-габаритных показателей для видеокулеров.
Кроме того, стоит отметить разное расположение крепежных отверстий и изобилие сильно отличающихся друг от друга систем питания не только для разных моделей карт, но и для одних и тех же. Многие производители выпускают видеокарты на так называемом «нереференсном» (нестандартном) дизайне печатной платы. В совокупности все это приводит к невозможности создать универсальную систему охлаждения. Именно поэтому такие модели видеокулеров, как Zalman VF3000, отличаются списком совместимости (в зависимости от него в конце наименования продукта ставится соответствующий буквенный индекс) и сравнительно высокой ценой.
Аналогичная ситуация наблюдается и у других производителей/моделей. Другими словами, замена штатной системы охлаждения видеокарты на другую, выпускаемую серийно, может оказаться не только затратной, но и невозможной для некоторых случаев (преимущественно для видеокарт с двумя GPU).
На данный момент ассортимент видеокулеров очень сильно уступает процессорным. Ситуацию усугубляет узкая совместимость мощных систем охлаждения с видеокартами по крепежу. В комплекте с СО видеокарт, как правило, прилагаются крепежные элементы для относительно небольшого количества моделей. В результате выбор покупателя сводится буквально к одной-двум моделям, доступным в продаже.
При разработке новых систем охлаждения графических ускорителей инженеры наступают на грабли, которые сами себе и подложили под ноги при проектировании видеокарт: слишком большое количество разных типоразмеров между крепежными отверстиями возле GPU и отсутствие каких-либо стандартов на охлаждение микросхем памяти и системы питания сильно усложняет процесс создания универсальной СО.
В результате некий гипотетически существующий видеокулер, который можно установить на разные модели, должен оснащаться излишне большим количеством не только крепежных элементов, но и радиаторов для силовых элементов питания. Вызывает недоумение столь долгое отсутствие стандарта расположения крепежных отверстий на месте системы питания карты. Без них очень сложно закрепить радиатор с требуемой площадью поверхности. Нехватка последней компенсируется либо повышенным обдувом, что сильно увеличивает шумность, либо вынуждает делать радиатор цельным по принципу «full-cover», что еще сильнее ограничивает универсальность системы охлаждения и вызывает необходимость применения толстых термопрокладок, значительно снижающих эффективность теплоотдачи.
На форумах постоянно возникают вопросы в стиле «станет ли этот кулер на мою видеокарту?». Исчерпывающий ответ удается получить не всегда. И в данный момент нет предпосылок к тому, что ситуация вскоре существенно изменится к лучшему - даже столь элементарная вещь, как разъем для подключения вентилятора СО, долгие годы почему-то различалась на разных моделях видеокарт.
Из-за этого при покупке таких систем охлаждения, как Zalman VF700, VF900, VF1000 и им подобных, приходилось подключать их к прилагаемым в комплекте регуляторам Zalman Fan Mate или же самостоятельно изготавливать переходник питания. В первом случае пользователь лишался такой полезной функции, как автоматическая регулировка скорости вращения вентилятора в зависимости от температуры, а во втором – тратил свое время на переходники и оплачивал не нужный ему регулятор питания.
Опытные оверклокеры, не желающие тратиться на довольно дорогую серийную систему охлаждения видеокарты, которую еще нужно найти в комплекте с необходимым крепежом, устанавливают на ядро карты относительно недорогой кулер от центрального процессора (может подойти и кулер из BOX-комплекта или оставшийся не у дел после апгрейда). На микросхемы памяти и элементы питания подойдут небольшие радиаторы, продающиеся в наборах.
К сожалению, этот вариант сегодня не является легко доступным из-за размеров и конструкции современных кулеров. К преимуществам такого подхода следует отнести достаточно высокую эффективность и низкую стоимость. К недостаткам – громоздкость процессорных кулеров, сложность выполнения крепежа, проблематичность охлаждения силовых элементов системы питания карты. С преимуществами все понятно. Но насколько значимы недостатки?
Для ответа на этот вопрос было решено попробовать установить три модели процессорных кулеров на несколько разных видеокарт.
Встречайте участников эксперимента.
Системы охлаждения:
Видеокарты:
По типу крепежа процессорные кулеры можно разделить на две категории: использующие backplate (устанавливается с тыловой стороны материнской платы) с болтами или разного рода защелки, крепящиеся к пластиковой рамке материнской платы или посредством отверстий в последней.
«Болтовые» кулеры оснащаются разными крепежными элементами для каждого поддерживаемого процессорного разъема – это может упростить задачу монтажа такой системы охлаждения на видеокарту.
Кулеры на защелках проще всего поставить на карту, предварительно просверлив в их днище в нужных местах отверстия или применив длинные шпильки с резьбой. Далее с помощью саморезов выполняется резьба, а непосредственно при монтаже под шляпки винтов (или тех же саморезов) устанавливаются упругие прокладки и шайбы. При этом конструкция радиатора таких СО может сильно различаться – в некоторых случаях проще всего вкрутить четыре шурупа требуемой длины в межреберное пространство. Выделить какую-либо конструкцию, установка которой на видеокарту была бы проще других невозможно – все зависит от конкретного случая.
Перед тестированием для каждого из процессорных кулеров изготавливался и испытывался на надежность крепеж подо все видеокарты, на которые можно было установить данную СО. Далее выполнялась примерка видеокарты с модернизированной системой охлаждения сперва на открытом стенде, а затем, если проблем выявлено не было, в собранном ПК.
Во всех случаях (включая тестирование «стоковых» систем охлаждения) применялась термопаста КПТ-8 производства ОАО «Химтек». С обратной стороны платы устанавливались две термопары от цифровых мультиметров DT-838: ТП1 возле центра ядра и ТП2 в районе системы питания карты.
Монтаж термопары выполнялся следующим образом: в нужном месте наклеивался кусочек двустороннего термоскотча, на него наносилась капля термопасты, в нее погружался сам датчик и закреплялся сверху полоской обычного канцелярского скотча. Для обеспечения неподвижности термопар в момент снятия/установки СО провода закреплялись на видеокартах через угловые отверстия в плате с помощью изолированной проволочной скрутки. Установленные термопары оставались неподвижными до тех пор, пока карта не была полностью протестирована с каждой системой охлаждения.
Места установки термодатчиков приведены на фотографиях (GTX 550, GTX 460 и GTX 480 соответственно:
Возле ядер видеокарт всегда устанавливалась одна и та же термопара, подключенная к одному и тому же мультиметру. Другими словами, связки «место установки – термопара – мультиметр» оставались неизменными для всех вариантов.
Тестирование выполнялось на стенде, собранном в корпусе Chieftec BH-01B-B-B с открытой боковой стенкой при температуре воздуха в помещении 28°С. Видеокарты прогревались программой MSI Kombustor, основанной на программной коде Furmark, при полноэкранном режиме с разрешением 1920х1200 и сглаживании 16x MSAA. Значения температур фиксировались после того, как в течение десяти минут не происходило никаких изменений показаний.
Контроль температур осуществлялся программами MSI Kombustor и MSI Afterburner, а также цифровыми мультиметрами DT-838. С учетом погрешности мультиметров и не высокого качества термопар, к температурным показателям ТП1 и ТП2 следует относиться как к ориентировочным. Больший интерес будет представлять относительная разница между вариантами систем охлаждения.
По окончании тестирования каждой системы охлаждения она демонтировалась и производился контроль формы отпечатка термопасты – это важный показатель хорошего теплового контакта между поверхностью GPU и низом радиатора.
Уровень шума замерялся шумомером AR814. С учетом его погрешности в 1.5 дБ (в диапазоне от 30 дБ) полученные данные являются ориентировочными, как и в случае с температурными данными. Замер шумности системы охлаждения видеокарт производился с предварительной остановкой вентилятора процессорного кулера. Дополнительные два вентилятора типоразмерами 120х120х25 и 92х92х25 мм работали от напряжения +5 В и хоть сколько-нибудь значительного влияния не оказывали.
GeForce GTX 480 при тестировании со штатной системой охлаждения («full-cover» ватерблок) охлаждалась с помощью помпы-фонтана ViaAqua электрической мощностью 33 Вт (1800 л/ч) и радиатора-печи от ГАЗ 3110, продуваемого двумя вентиляторами типоразмера 120х120х25 мм, работающими при напряжении +7 В.
Воздушные системы охлаждения тестировались в двух режимах:
Для установки процессорного кулера на видеокарту обычно применяют болты или шурупы – все зависит от конструкции радиатора. Из инструментов и материалов могут понадобиться: плоскогубцы, отвертка, кусачки, медная проволока диаметром около 1 мм, упругие прокладки (например, сантехнические для бытовых водосмесителей, то есть для обычных кранов), «болгарка» с диском по металлу. Могут пригодиться даже сварочный аппарат и токарный станок – настоящий оверклокер не остановится ни перед чем.
Первым пошел в дело Zalman CPNS 7000AlCu:
Ранее этот кулер долгое время эксплуатировался в нештатных режимах, в результате чего его основная крепежная планка пришла в негодность – пришлось изготавливать новую.
Проще всего использовать медную проволоку диаметром 0,8 или 1 мм, четыре болта диаметром 2,5 или 3 мм (длина не менее 15-25 мм), соответствующие гайки, шайбы и несколько резиновых упругих прокладок.
С помощью плоскогубец и кусачек изготавливаем вот такую деталь:
Для большей надежности в месте скрутки проволоку можно зачистить и после изготовления детали запаять. Но в процессе тестирования недостаточной прочности такого исполнения выявлено не было.
Далее примеряем кулер к видеокарте и выполняем вторую петельку со второй стороны проволоки так, чтобы продетые впоследствии сквозь петельки болтики попали в нужные отверстия вокруг GPU. Не забываем о шайбах, которые нужно установить под шляпки болтов. С обратной стороны карты устанавливаем резиновые прокладки, поверх них снова шайбы, затем гайки и аккуратно затягиваем. Не переусердствуйте. Болты нужно затягивать поочередно по 1-2 оборота, чтобы не допустить перекоса.
GeForce GTX 550 с установленным кулером выглядел следующим образом:
Примеряем видеокарту на открытом стенде:
Радиатор Zalman 7000AlCu своими ребрами перекрывает контакты видеокарты, которыми она устанавливается в слот PCI-E. Аккуратно подгибаем:
С обратной стороны карты крепеж выглядит так:
Этот же кулер аналогичным образом устанавливался на GTX 460.
Единственное отличие – длина проволочной детали. В остальном - все точно так же:
Те же прокладки установлены под шляпки болтов с обратной стороны карты:
Видеокарта без проблем установилась на открытом стенде (равно как и впоследствии на тестовом ПК):
По окончании тестирования был произведен осмотр отпечатка термопасты:
Площадь нижней поверхности радиатора Zalman 7000AlCu немного меньше теплораспределительной крышки ядра. Ничего страшного в этом нет – сам GPU заметно меньше.
Ради эксперимента Zalman 7000AlCu тестировался и на GTX 480:
Видеокарта с этим кулером легко установилась в примерочный стенд:
Да и отпечаток термопасты не вызывал нареканий:
Но результатов тестирования на сводных диаграммах связки GTX 480 + Zalman 7000AlCu вы не увидите – через три минуты работы MSI Kombustor температура ядра достигала 100°С и тестирование было прервано.
Кулер от Intel Q6600 установить на видеокарту без доработки не получится – мешают крепежные элементы, предназначенные для установки на LGA 775.
Проблема легко решается «болгаркой»:
Но это еще не все. Диаметр радиатора составляет 10 см – он мешает установке радиаторов на микросхемы памяти. Для них нужно сделать углубление. Кроме того, понадобится штраба по периметру:
Укладываем в неё проволоку и затягиваем. Она нужна для того, чтобы впоследствии при закручивании шурупов ребра радиатора не разошлись в стороны слишком сильно, а сами шурупы не выскочили в стороны.
Этот кулер вначале был установлен на GTX 460:
В отличие от Zalman 7000AlCu никаких проблем с мешающими установке карты в материнскую плату пластинами здесь нет:
Шурупы длиной 30 мм оказались немного коротковаты, да и нашлось всего две штуки. Но мне все равно удалось закрепить кулер достаточно надежно.
Примерочный стенд с этой видеокартой приобрел следующий внешний вид:
К моменту тестирования GTX 550 Ti были куплены четыре шурупа длиной 40 мм – это как раз то, что нужно для установки такого кулера.
С тыльной стороны видеокарты подкладываем упругие резиновые прокладки.
Общий вид GTX 550 с установленный кулером от Intel Q6600 очень гармоничен:
Как и в случае с GTX 460, установке карты с этим кулером в материнскую плату ничего не мешает:
Примерочный стенд выглядел так:
Боксовый кулер Intel Q6600 на GTX 480 не устанавливался – нет смысла.
Некоторую сложность вызвала установка процессорного кулера Scythe Samurai ZZ. На GeForce GTX 550 Ti он не уместился физически (нижняя пластина с тепловыми трубками перекрывала отверстия возле GPU), а для его установки на GTX 480 и GTX 460 пришлось изготавливать сразу два проволочных крепежных элемента, причем один из них П-образный. Его удалось подогнать по размеру только с третьего раза.
Вот так этот крепеж выглядел для GTX 460:
А вот так на GTX 480:
Общий вид видеокарты GTX 460 с кулером Scythe Samurai ZZ:
Видеокарта легко установилась в примерочный стенд:
Кулер громоздкий – он закрывает практически все слоты материнской платы. Даже последний слот PCI частично перекрыт.
На GeForce GTX 480 Scythe Samurai ZZ выглядит не настолько диспропорционально:
Под другим ракурсом внешний вид такой:
Примерка все конструкции на открытом стенде проблем не выявила:
Отпечаток термопасты равномерный, кулер хорошо прилегает к теплораспределительной крышке GPU. При его снятии пришлось приложить существенное усилие – он просто «прилип».
Длины болтов (20 мм) не хватило для установки резиновых прокладок. Поэтому под гайки болтов были просто подложены шайбы из изолирующего материала:
При таком варианте особенно важно затягивать гайки постепенно, поочередно. Нельзя допустить перекос или излишнее усилие.
Во время тестирования такого варианта система охлаждения карты была доукомплектована вентилятором 80х80х25 мм, подключенным к +7 В и направленным на обдув системы питания.
Контрольным участником тестирования стал видеокулер верхнего ценового диапазона Accelero Xtreme Plus:
С помощью отдельно прилагаемого комплекта крепежа и радиаторов для системы питания система охлаждения GTX480 была модернизирована следующим образом:
Установка видеокарты с серийно выпускаемым видеокулером никаких проблем вызвать не должна:
Перед установкой Accelero Xtreme Plus на GTX 460 крепежная рамка с кулера была снята – все равно она к этой видеокарте не подходит. Далее в ход идут все те же проволочки:
С обратной стороны ничего нового. Уже привычные резиновые прокладки.
Общий вид GTX 460 с установленный Xtreme Plus:
Никаких проблем при установке карты в стенд не возникло.
Вкратце напомню условные обозначения температур:
Бесспорным победителем тестирования становится водяное охлаждение в виде «full-cover» ватерблока. Второе место занимает Accelero Xtreme Plus – он смог обойти даже пусть не топовый, но все же современный процессорный кулер на тепловых трубках Scythe Samurai ZZ. Процессорные кулеры прошлых поколений, а именно Zalman CPNS-7000AlCu и боксовый кулер Intel Q6600, не в состоянии тягаться с воздушным фаворитом, и только лишь на фоне штатных кулеров не самых горячих видеокарт выглядят более-менее уверенно.
Уровень нагрева видеокарт со штатной системой охлаждения является высоким, что в условиях летней жары может помешать разгону и/или обусловить необходимость работы вентилятора видеокулера на высоких оборотах – в таких условиях сильный шум неизбежен. Исключением являются случаи изначального оснащения видеокарты «full-cover» водоблоком или топовыми моделями воздушных кулеров.
Результаты тестирования СО видеокарт в очередной раз ярко продемонстрировали необходимость охлаждения силовых элементов питания – во всех тестах их температура либо была близкой к температуре GPU, либо заметно превышала ее. При этом в ряде случаев производители видеокарт не устанавливают вообще никакого охлаждения на эти элементы. И, как бы это ни странно звучало, правильно делают.
В случае установки небольших радиаторов на силовые элементы питания «узким местом» может стать недостаточно хорошая теплопроводность двустороннего термоскотча. В ряде тестов установка радиаторов вызвала повышение (!) температуры по показаниям термопары ТП2 (GTX 460). Но и оставлять элементы системы питания «голыми» - не лучший вариант. При модернизации охлаждения системы питания видеокарты необходимо применение качественного термоинтерфейса, радиаторов с достаточной площади поверхности и дополнительного обдува. В противном случае можно получить отрицательный эффект, который наглядно виден в результатах тестирования GTX 460, либо отсутствие какого-либо эффекта вообще, что продемонстрировали тесты GTX 550.
Однако не все так просто. Для размещения крупных радиаторов на микросхемах памяти и силовых элементах просвет между поверхностью платы и системой охлаждения должен быть большим. В таком случае видеокулер закроет не один соседний слот, а как минимум два. Пожалуй, именно поэтому из двух зол производители выбирают меньшее: система питания видеокарты просто обдувается воздухом, без радиаторов. Устранить «узкое место» в виде термоскотча/термопрокладок на данный момент для большинства карт невозможно из-за отсутствия крепежных отверстий, посредством которых удалось бы закрепить радиаторы, применив в качестве термоинтерфейса хорошую термопасту.
Скажу больше, конструкция топовых видеокулеров не позволяет установить крупные радиаторы – даже у воздушного фаворита в лице Accelero Xtreme Plus имеются трудности с охлаждением мощной системы питания GeForce GTX480.
В завершение тестирования рассмотрим результаты замеров шумности систем охлаждения:
Победителем теста вновь становится водяное охлаждение «full-cover» ватерблоком. Уровень шума для такого варианта охлаждения замерялся на расстоянии 1 м от двух тихоходных вентиляторов 120х120х25 мм, продувающих радиатор системы охлаждения.
Второе место, как и в случае теста температур, занимает Accelero Xtreme Plus. А старенькие процессорные СО снова неплохо смотрятся только лишь на фоне воющих штатных систем охлаждения. Scythe Samurai ZZ уверенно держится на средних позициях.
Что ж, уровень шума как штатных видеокулеров, так и процессорных, при пониженных оборотах можно охарактеризовать как приемлемый. На максимуме все эти системы сильно выделяются на фоне общего шума ПК. Шумность довольно тихого Zalman CPNS-7000AlCu объясняется возрастом и состоянием данного экземпляра.
Замена системы охлаждения видеокарт уже не первый год представляет собой специфичную проблему. В идеальном варианте нужно охладить ядро, память, элементы питания, и не превысить допустимые габариты. Для решения этого вопроса нужен комплексный подход со стороны производителей и разработчиков графических ускорителей.
Хочется верить, что они наконец-то разделят свои детища по категориям в зависимости от энергопотребления: например до 100 Вт, от 101 до 200 Вт, от 201 Вт и выше. Для каждой такой категории, пожалуй, следовало бы ввести не более двух вариантов расстояний между крепежными отверстиями вокруг GPU. Разработать две-три типовые системы питания с обязательно стандартным расположением крепежных отверстий возле силовых элементов, а также решить раз и навсегда вопрос унификации крепления радиаторов на микросхемы памяти (в дополнение к пресловутым «термолипучим» субстанциям).
Для меня самым интересным было тестирование Scythe Samurai ZZ. Это единственный кулер в рамках данной статьи, который смог охладить ядро GTX 480 и при этом позволяющий заменить радиаторы на силовых элементах питания на более крупные. Вопрос тестирования термоинтерфейсов для памяти и элементов питания, а также варианты крепления радиаторов «нелипучими» способами – тематика отдельной статьи.
Благодарности:
