Первые опыты экстремального охлаждения жидким азотом

Содержание:
Введение
Приготовления: азот
Приготовления: стакан
Сборка системы и первые попытки
Борьба с водой
Результаты: Celeron
Результаты: Pentium 4
Выводы и планы на будущее

Введение

Если вы регулярно посещаете наш сайт, то вы наверное уже привыкли читать в новостной ленте нескончаемые сообщения о японских оверклокерах, побивших очередной барьер в экстремальном разгоне. Вот мы и подумали: "А чем мы, собственно, хуже японцев?" Интересно, кстати, что азот пользуют в основном японцы. Стало интересно, чем таким отличаются японские оверклокеры от остальных? Непонятно, ведь ничего особенного вроде и не требуется... Или только в Японии есть жидкий азот? Нет, эту жидкость получают в промышленных масштабах по всему миру. Ну в общем, поговорили мы, подумали, и пришли к выводу, что ничего особенного не нужно. Поговорили – и забыли.

Но тут подоспело лето, жарко стало, воздушное охлаждение стало работать слабее, жидкостное (водяное) охлаждение тоже, в общем-то, зависит от температуры окружающей среды, да это и не очень интересно, поскольку с водяным охлаждением процессоры разгоняли уже все более-менее уважающие себя оверклокеры, а нам хотелось выделиться. Вот тут-то мы снова вспомнили о жидком азоте, поскольку при таком способе охлаждения проблема температуры окружающего воздуха никоим образом не стоит, ведь кипящий жидкий азот имеет весьма низкую температуру. То есть температура приложенного охлаждающего устройства будет весьма низка, следовательно, теплопередача будет интенсивна, и более того, температура этого устройства охлаждения будет постоянной. Плюс к этому, процессор капитально "проморозится", следовательно, локального перегрева тоже, вроде бы ожидать не стоит. В общем, вспомнив о нашем давнем разговоре, мы твердо решили осуществить несколько опытов, которые обычно называются "экстремальным оверклокингом".

Приготовления: азот

Очевидно, что для осуществления разгона с применением жидкого азота нужно две вещи - собственно, жидкий азот и некое устройство - емкость, которая будет поставлена на процессор и наполнена кипящим жидким азотом. Понятно, что кастрюля из-под каши, одолженная на кухне, для этого не подходит - она хотя и имеет достаточно большую емкость, но при этом слишком велика и сделана зачастую из материалов, которые являются не очень хорошим проводником тепла (не зря же радиаторы кулеров делают медными, а где вы видели медную кастрюлю). Плюс, дно кастрюли неровно и хороший контакт получить проблематично. В общем, требования к "напроцессорному" девайсу самоочевидны - хорошая теплопроводность материала, достаточно большая емкость и ровность контактной площадки.

С азотом же дело решилось достаточно просто. Оказалось, что в Институте Общей Физики Академии Наук России (ИОФ РАН), что в Москве, есть некие люди, которые занимаются, в том числе, и производством жидкого азота. Договориться с ними оказалось несложно. :)

Азот - бесцветный, не имеющий запаха газ. Температура кипения: 77 К (-196 C). Содержание в воздухе - около 78 процентов. Жидкий азот получают адиабатическим расширением в промышленных масштабах.

Однако, тут же встает проблема, связанная с транспортировкой и хранением азота. В связи с тем, что температура воздуха по сравнению с температурой жидкого азота очень высока, поэтому предоставленный самому себе азот на воздухе очень быстро испаряется. Решить эту проблему, очевидно, можно уменьшением теплопередачи от окружающего воздуха к азоту, поскольку, как известно, без теплоподвода ни одна жидкость испаряться не будет. Естественно, в бытовом термосе азот особо не повозишь. :) Поэтому, возят азот в так называемых "сосудах Дьюара".

Сосуд Дьюара этот представляет собой тот же термос, только гораздо больше по размеру, и качественнее изготовленный. Правда, стенки сосуда сделаны не из стекла, а из алюминия. Пространство между стенками сосуда Дьюара заполнено теплоизоляцией и из него откачан воздух, естественно, для уменьшения теплообмена с окружающей средой. Внешне сосуд похож на алюминиевую флягу из-под молока, которыми часто пользуются в колхозах, только с узким горлышком, опять же, для уменьшения тепловыделения. Сосуды Дьюара имеют объем в 6, 16, 25 и 40 литров. Пустые они весят от 8 килограммов, то есть довольно тяжелы уже сами по себе. Кстати, даже в таком совершенном устройстве жидкий азот хранится в течение всего десятка-двух дней.

В общем, встала проблема - купить сосуд Дьюара, причем возможно дешевле. Поискав, нашелся вполне подходящий вариант - как оказалось, (не)хорошие люди в свое время нашли способ присвоить себе несколько сосудов Дьюара и теперь продают их по сходной цене. Поехав к таким людям, мы стали владельцами 16-литрового (вмещает он несколько больше, как оказалось) сосуда Дьюара, на котором красовалась трогательная надпись: "следующий срок испытаний - декабрь 94 года". Мда, возрастной девайс. Ну ничего. Во-первых, скорее всего ничего с ним случиться не могло - все-таки алюминий достаточно долговечный материал и вакуум межстеночного пространства вряд ли нарушен, а во-вторых, нам пообещали, что в случае того, если этот сосуд будет течь, его поменяют. Но, слава Богу, при последующей проверке (то есть при заливании азота) сосуд оказался "правильным", не парил и поэтому использовался нами во всех наших опытах.

Итак, сосуд для перевозки азота найден, осталось купить азот. Покумекав малость, мы решили, что ехать в метро с достаточно объемной алюминиевой штуковиной, к тому же наполненной довольно холодной жидкостью, слегка стремно и чревато проблемами с милицией и нервными пассажирами. К тому же наполненный азотом сосуд Дьюара становится весьма тяжелым (удельный вес азота - около 800 грамм/дм3, то есть почти такой же, как и у воды). Следовательно, сосуд, вмещающий 17 литров и весящий сам по себе 8.5 килограммов, будет весить уже все двадцать. Хотя он и снабжен ручками для удобства переноски, ехать с ним в метро довольно тяжело. Плюс он довольно объемен, а при том количестве народа, которое обычно тусуется в московском метрополитене могли возникнуть проблемы с его размещением в вагоне.





Поэтому, было принято решение возить азот на машине. Когда заветный автомобиль был найден, мы отправились на улицу Вавилова, где находился нужный нам Институт Общей Физики. На территории института, нас провели к чему-то, покрытому клеенкой. Оказалось, что под ней стояли частично полные сосуды Дьюара (совсем такие же, как у нас) и из них разливают азот. После того, как нам наполнили наш сосуд жидким азотом, нам пришлось подождать некоторое время, пока жидкость внутри сосуда Дьюара угомонится, и мы сможем заткнуть сосуд самопальной пробкой из пенопласта. За это время нам удалось исхитриться и сфотографировать окрестности. На фотографии ниже как раз и видны те самые емкости, из которых разливают азот страждущим оверклокерам.

Также, вы видите цистерну, наполненную жидким азотом. Из нее видимо, все и разливается по отдельным сосудам, из которых потом отпускается клиентам. Мы не увидели смысла в такой операции, криогенщикам, наверное, виднее. А вообще, неплохо бы такую цистерну домой притащить - можно было бы постоянное охлаждение азотом устроить.

Когда азот перестал интенсивно кипеть, мы смогли наконец заткнуть наш сосуд и поехать обратно. Обратная дорога была очень волнительна. Все боялись обжечься азотом, который то и дело норовил расплескаться. Однако, как выяснилось потом, опасения были напрасны - азотом обжечься можно, только если очень стараться. При попадании, например, на руки он очень быстро стекает, не причиняя никаких неприятностей владельцу тех самых рук.

Приготовления: стакан

Переходим ко второй вещи, необходимой для нашего разгона – стакану для азота, устанавливаемому на процессор, который, как говорилось выше, должен быть сделан из меди. Было предложено несколько способов изготовить такую штуковину - спаять квадратную из отдельных листов, выточить из цельного куска меди и приделать к круглому донышку медную трубу. С первым способом как-то не пошло - то ли листа подходящего не было, то ли еще что-то. Второй оказался слишком дорог, поскольку на это уйдет много меди, плюс вытачивать стакан на такую глубину очень сложно - нет подходящих резцов, а сверло для такой операции пришлось бы делать специально под заказ. Поэтому этот способ также был отвергнут. Остался третий. Кстати, к этому времени мы определились с размерами и окончательный проект выглядел так - цилиндрический стакан высотой 300 мм, диаметром 50 с толщиной стенки 2 мм и толщиной донышка 3. Остался вопрос соединения. Паять не хотелось - неизвестно было, как поведет себя припой (олово) при температуре азота. Медь это гарантированно выдерживает, что доказали те же опыты японцев. В общем, опять же подумав (а без этого в нашем деле никак), посоветовавшись с умными людьми и заплатив некоторую сумму денег (без этого тоже никуда, к сожалению), мы стали счастливыми обладателями медного стакана выполненного на одном из многочисленных наших оборонных предприятий с применением электронно-лучевой сварки.

Электронно-лучевая сварка - технологический процесс, заключающийся в том, что свариваемые части разогреваются до нужной температуры лучом электронов, ускоренным до большой скорости. Сварной шов, получаемый таким способом обладает высокой прочностью, а остаточные напряжения в материале по завершении операции сварки минимальны.

Получив сие изделие в руки, мы были сильно обрадованы - сварной шов удалось обнаружить только очень внимательно приглядевшись к стенкам. По сути дела, весь стакан представлял собой единый кусок меди, что нам, собственно и требовалось.

С системой крепления для этого чуда техники вопрос был решен довольно просто. Были взяты четыре сварочных электрода, с них отбита та мерзость, которой они покрыты. Далее с двух концов была нарезана резьба и взяты соответствующие гайки. Полученными стержнями при помощи куска дополнительного металла стакан прижимался к плате. То есть, с одной стороны стержни привинчивались к материнской плате, отверстия на которой имеются как раз для крепления кулеров, а с другой стороны – к металлической пластине, прижимающей стакан к процессору.

Сборка системы и первые попытки

Итак, процесс крепления "системы" охлаждения выглядел следующим образом:

  1. На процессор (кстати, для обкатки технологии разгона мы пока ограничились Pentium 4) ставится медный стакан;
  2. В отверстия в плате просовываются бывшие электроды и на них навинчиваются гайки;
  3. Сверху стакан прижимается специально изготовленной из листа алюминия пластинкой с отверстием для воронки в центре и отверстиями для стоек по краям;
  4. Стойки просовываются в отверстия в пластине и вся конструкция фиксируется гайками, навинчиваемыми сверху;
  5. В отверстие для воронки вставляется воронка. :)

Все в сборе выглядит так:

Кстати, воронка также не совсем обычна. Изготовлена она была еще в советское время, когда страна была богата, в том числе, цветными металлами и рядовые советские люди могли позволить себе изготовить воронку для домашнего применения из цельного прутка хромоникельмолибденовой стали (попросту говоря, "нержавейки") диаметром 60 миллиметров. Поэтому, за судьбу данного элемента нашей системы мы также были совершенно спокойны.





Собрав все, мы задались совершенно логичным в данной ситуации вопросом - как, собственно, наливать азот в воронку. Учитывая то, что сосуд Дьюара, как уже говорилось, достаточно тяжел, а вся система находилась на столе, процесс наливания азота мы связывали с большим риском для собственного здоровья (тогда мы еще не знали о сложности обжигания при помощи азота). Поэтому, без кастрюли все-таки не обошлось. Итак, технология была следующей - на табуретке стояла кастрюля, в нее выливался азот, далее из кастрюли он переливался уже в систему (если можно так выразиться) охлаждения.

Тут тоже все пошло сначала не лучшим образом. Оказалось, что залить азот в узкую воронку, не расплескав большую часть по сторонам довольно сложно (точнее, практически невозможно). Вначале было совсем тухло - у нас не доставало терпения подождать, когда азот охладит кастрюлю и перестанет совсем уж интенсивно кипеть. Поэтому, первые попытки ознаменовались только дождем азота по всему столу. Как раз в это время мы и узнали, что капля азота, попавшая на кожу человека, не причиняет абсолютно никакого вреда, даже прохлада не сильно ощущается. А вот с полировкой стола пришлось распрощаться, поскольку в тех местах, на которые азот попадал в достаточно ощутимом количестве, она пошла мелкими неэстетичными трещинами.

В общем, безуспешно потратив несколько минут, мы приняли стратегически верное решение ждать, пока кастрюля с азотом охладится в достаточной степени и процесс кипения приобретет несколько более спокойный характер. От этого, правда, наливать его стало не сильно легче, но все же таким путем мы достигли определенных успехов - мы смогли запустить систему с охлаждением азотом!

Беда пришла, откуда не ждали. Через некоторое время система перестала запускаться. Вообще. Посмотрев на плату (а мы в тот момент использовали ABIT BD7-II), мы обнаружили порядочное количество воды по всей ее поверхности и, особенно, возле процессорного разъема. Оказалось, что с медного стакана падали хлопья замерзшего конденсата, на плате они естественным образом таяли, образуя воду. В других же местах платы наличие воды обуславливалось тем, что капли азота (выплескивающиеся из воронки), а также небольшие струйки (стекающие по наружной поверхности кастрюли при наливании), охлаждали некоторые куски платы, и там выступал тот же конденсат, замыкая, очевидно, какие-то контакты.

Борьба с водой

Мда, обидно. Ну что ж, пришлось нам опять подумать. Результатом нашей мозговой деятельности стало несколько усовершенствований. Во-первых, под плату был подложен кусок поролона с тем, чтобы вода не собиралась на нижней ее поверхности. Во-вторых, картонка, взятая от упаковки одной из старых материнских плат, будучи приделанной к алюминиевой пластинке, держащей стакан сверху, послужила отличным щитом от потоков азота с кастрюли. В-третьих, от той же старой платы была взята еще одна картонка, которая защищала плату от отдельных капель и того азота, который ухитрялся, не до конца испарившись, протечь по верхнему "щиту". В-четвертых, наливать азот в воронку мы стали не прямо из кастрюльки, а по специальному желобку, сделанному из очередного элемента упаковки старой материнской платы. Такими мерами удалось практически свести на нет выпадение конденсата от азота, проходящего мимо воронки.

Однако осталась еще проблема попадания на плату снежных хлопьев со стакана. Тут нам на помощь пришел обыкновенный комнатный вентилятор. Поток воздуха от него, направленный на стакан, сдувал случайные мелкие хлопья, норовящие упасть вниз. В то же время, прогоняя большой объем воздуха мимо стакана, он способствовал увеличению толщины снежного покрова.

Однако, этот "снег" был плотным и никуда не сыпался, чего мы, собственно, и добивались. И наконец, самое важное. Мы заменили материнскую плату - теперь это была EPoX 4BDA. Она оказалась на удивление водостойкой - работала даже в том случае, когда поверхность платы около процессорного разъема была равномерно залита водой - мы для интереса специально проверили. Видимо, EPoX не скупится на лак, покрывающий плату и ее элементы.

Впоследствии нами был найден еще один довольно экстравагантный способ борьбы с конденсатом. Заключался он в том, что всю плату надо равномерно поливать азотом, тогда она целиком охлаждается до температуры ниже точки замерзания воды и конденсат замерзает, не успев толком выпасть. Вот только плата потом являет собой устрашающее зрелище. Эдакий "разгон в условиях ядерной зимы"...

В общем, совокупность принятых мер привела нас к тому, что система начала работать нормально, то есть запускаться и грузить Windows при условии наличия жидкого азота в стакане. Пора переходить к собственно процедуре разгона, но сначала хотелось бы остановиться на том, какую мы использовали конфигурацию. Итак, в нашем распоряжении были:

  • процессоры Celeron 1.8, Pentium 4 2.2, Pentium 4 2.4, Pentium 4 2.53;
  • материнская плата EPoX 4BDA.
  • память Corsair XMS3000.
  • видеокарта на GeForce4 Ti4600 от Visiontek.
  • HDD;
  • Windows XP Professional / Windows 2000 Professional SP1;
  • Detonator 29.42.

Про термопасту мы намеренно не говорим, поскольку выяснилось, что при температуре жидкого азота она замерзает и создает пленку льда на поверхности процессора, что не способствует теплообмену, а кроме того, после окончания опыта приходится ждать повышения температуры и таяния льда, поскольку стакан так крепко примерзает через термопасту к процессору, что при попытке оторвать его силой процессор просто выдергивается из Socket'а!





В связи с этим от использования термопасты мы отказались и ставили стакан прямо на IHS Pentium 4.

Результаты: Celeron

Начали наши экстремально-разгонные опыты с Celeron, поскольку, судя по галерее разгонов сайта VR-Zone, жидкий азот для разгона этого типа процессоров ни разу не использовался, а посему у нас была надежда даже на установление мирового рекорда. Итак, мы установили процессор в плату, залили азот и стали поднимать частоту системной шины, увеличив напряжение, подаваемое на процессор, до 1.85 В - больше не позволила материнская плата. Во время разгона мы мысленно (и устно) возблагодарили плату EPoX, поскольку она обладает, как известно, одной замечательной особенностью - если частота FSB (ну или другие параметры) установлены таким образом, что система не запускается, достаточно при включении удерживать кнопку Insert и все настройки будут сброшены в значения по умолчанию. В общем, повышая частоту FSB и обильно сдабривая систему азотом, мы дошли до частоты FSB в 140 МГц, что дало результирующую частоту процессора 2520 МГц, что является мировым рекордом. Ура, товарищи!

Интересно, что система работала на этой частоте довольно долгое время вполне стабильно. Мы даже смогли погонять Quake III и процессорный тест Sandra, скриншот из которого прилагается.

Вот только эта продолжительная во времени стабильность эта была обеспечена достаточно необычным образом. Выглядело это все следующим образом - в то время, как наиболее проворный из оверклокеров, известный нам под ником TOPMO3, судорожно тыкал в кнопки, поднимая частоту FSB и гоняя тесты, другой оверклокер (в нашем случае это был Newsmaker) не менее судорожно бегал с кастрюлей от сосуда Дьюара (несколько полегчавшего к тому времени), непрерывно подливая азот в стакан. Кстати, система охлаждения получилась хоть и хлопотной, но совершенно бесшумной, точнее шум ее складывался только из шагов по полу и бульканься кипящего азота. В общем, своего мы добились - доказали, что российские оверклокеры ничем не хуже всех остальных, а в случае с Celeron - так и самые лучшие, на данный момент, по крайней мере.

Результаты: Pentium 4

Вдохновленные успехом с Celeron, мы перешли к Pentium 4. Надо сказать, что технология разгона к этому моменту была уже достаточно хорошо отработана, и приступали к разгону Pentium 4 мы уже достаточно спокойно. Вот только, как оказалось, с процессорами нам слегка не повезло - 2.2 и 2.4 версии гнались как-то лениво, достигая частоты всего лишь в 3 с небольшим ГГц, а вот 2.53 модель нас порадовала, заработав при частоте шины 185 МГц, результирующая частота составила 3524 МГц.

Конечно, это не рекорд, но результат весьма впечатляет, поскольку такая частота была достигнута без всяких хитроумных модификация плат, к которым обычно прибегают японцы для того, чтобы максимально повысить напряжение, подаваемое на ядро процессора. Напомню, что мы подавали на процессор напряжение в 1.85 В. Рекордный же результат для Pentium 4 - 4.3 ГГц был получен при напряжении, равном 2.05 В. Кроме того, мы получили более-менее стабильно работающую систему, на которой загружалась операционная система Windows. Японские же разгоны подтверждают свой результат 4.3 ГГц только фото со стартового экрана BIOS.

Кстати, как оказалось, с процессором при сверхнизкой температуре происходят довольно забавные вещи. У нашего подопытного Pentium 4 2.53 внезапно открылась мания величия и он стал опознаваться WCPUID как Intel Xeon. В другой раз этот же процессор, видимо, решил, что ему "летать охота" и стал выдавать себя за Mobile Celeron. Все же, когда процессор оттаивал, он "вспоминал", что является все-таки ничем иным, как Pentium 4.



Кстати, о температуре. В свое время, когда нам первый раз удалось запустить систему с охлаждением азотом, нам стало интересно - а какую же температуру показывает встроенный в процессор термодатчик. Надо сказать, что в BIOS плат от ABIT и EPoX отображалась совершенно разная информация. Это весьма странно, поскольку датчик, который они используют, встроен в процессор, а, следовательно, он один и тот же. Итак, ABIT напротив строчки CPU Temperature демонстрировал гордые буквы "NA", а вот EPoX почему-то демонстрировал весьма высокую температуру в 77 C. Температура системы также была достаточно высока – 251 C. Есть предположение, что температурный датчик просто пошел по "второму кругу".



Выводы и планы на будущее

Как оказалось, разгон жидким азотом - не такое уж и сложное дело, как казалось на первый взгляд. Однако в нем есть своеобразные тонкости, с которыми мы имели возможность близко познакомиться во время нашей "разведки боем". Трудности, которые нам встретились, оказались вполне решаемыми, и теперь к следующему этапу мы можем приступить, уже зная, что нас ждет. Естественно, на достигнутом мы останавливаться не собираемся и будем пытаться достигнуть лучших результатов с использованием процессоров Pentium 4. Работу мы планируем вести в двух направлениях - постараемся взять побольше процессоров с тем, чтобы найти самый разгоняемый экземпляр, а также будем работать с материнской платой. Есть мысли поработать паяльником с тем, чтобы увеличить напряжение питания процессора до 2-2.1 В, хотя вот, например, TOPMO3 считает, что поднятие напряжения больше, чем до 1.85 В сильно не поможет. Но не повредит точно. А для тотальной защиты от конденсата планируется закрасить всю плату непроводящим материалом, например, эпоксидной смолой. Плату, конечно, жалко, но ведь работать она от этого не перестанет, ну а внешний вид для работающей платы – дело, в общем-то, десятое...

Конечно, у нас есть планы и по разгону процессоров AMD. Однако, с ними, как вы понимаете, есть дополнительные сложности. Ввиду отсутствия IHS у Athlon есть достаточно большой шанс раскрошить ядро, тем более, что используемая нами система крепления - весьма жесткая. Кроме того, отсутствие достаточно большой ровной площадки, которую представляет собой IHS, создает дополнительные сложности в плане обеспечения равномерности прилегания стакана к процессору. С другой стороны, отсутствие IHS может положительно сказаться на охлаждении, ведь вместо переходов "ядро-IHS" и "IHS-стакан" останется только один - "ядро-стакан". Плюс к тому, на рынке существуют платы (например, EPoX 8K3A), позволяющие подавать на процессор напряжение до 2.2 В, что даже для Palomino с его номиналом в 1.75 В, а тем более для Thoroughbred с 1.5-1.65 В вполне достаточно для весьма впечатляющего разгона.





TOPMO3
Newsmaker

Telegram-канал @overclockers_news - это удобный способ следить за новыми материалами на сайте. С картинками, расширенными описаниями и без рекламы.
Страницы материала
Страница 1 из 0
Оценитe материал
рейтинг: 4.5 из 5
голосов: 194


Возможно вас заинтересует

Популярные новости

Сейчас обсуждают