Эволюция процессорных кулеров

Полную версию статьи можно прочитать в журнале Железо

Тепловыделение современных процессоров постоянно растет, изменяются и размеры охлаждающих их кулеров. Вес современных процессорных радиаторов порой близится к килограмму. Стало обыденным повсеместное использование производителями теплопроводных трубок, позволяющих существенно повысить эффективность охлаждения и в то же время уменьшить габаритные размеры. А ведь когда-то процессоры не требовали даже радиаторов. Сегодня мы рассмотрим путь развития компьютерного охлаждения от начала использования пассивных радиаторов до появления самых современных моделей.

Истоки

Истоки компьютерного охлаждения тянутся из далекой середины 90-х годов прошлого столетия, когда для охлаждения микросхем применялась лишь циркуляция воздуха по системному блоку. Но потом на рынке появились CPU серии 386, которые имели ранее невиданный уровень тепловыделения и требовали совершенно другого охлаждения. Сами производители призывали пользователей использовать радиаторы, указывая на это надписью на ядре своих процессоров – Heatsink Req’d (рекомендуется использование радиатора).

Охлаждением процессоров в то время занимались цельнометаллические радиаторы различных размеров. Их производительность была достаточной и поводов для беспокойств не имелось. Но время текло, технологии менялись, и уровень тепловыделения неуклонно рос. Каждое новое поколение процессоров устанавливало новые вершины, и производители кулеров отвечали им новыми и новыми продуктами.

Для охлаждения Pentium I было достаточно радиатора высотой чуть менее сантиметра, к которому сверху был прикреплен вентилятор диаметром 40 мм. Устройство справлялось с охлаждением чипов, но ни о каком разгоне при его использовании и думать было нельзя – температура заметно возрастала и работа процессора становилась нестабильной.

Процессоры эпохи Pentium II имели большее по сравнению со своими предшественниками тепловыделение, и для их охлаждения производители начали использовать в разы увеличенные радиаторы, которые зачастую снабжались 50-мм вентиляторами. При разгоне пользователи часто сталкивались с проблемой перегрева процессоров при использовании стандартного кулера, закрепленного на процессоре форм-фактора SECC1. Такие компании, как Alpha, Cooler Master, GlobalWin и другие, выпускали в то время модели, позволяющие с лихвой справиться с разогнанным процессором. Самыми производительными кулерами того времени можно уверенно считать линейку моделей Alpha P125/P126/P612.

Для процессоров, имевших исполнение SECC2, которые поставлялись в виде картриджей, использовались более продвинутые системы, имевшие увеличенную площадь теплоотвода и соответственно большие размеры.

Одной из первых в сфере создания высокопроизводительных кулеров для процессоров PIII в исполнении Socket 370 преуспела компания Thermaltake. Помимо Thermaltake, компания Titan выпускала под своей маркой круглые кулеры. Их продукт Majesty успешно конкурировал с Orb'ами от Thermaltake, но не только за счет эффективности охлаждения. Неоспоримое достоинство, имевшееся у кулера Titan – уже в то время он имел схему логики, регулирующую частоту вращения вентилятора в зависимости от температуры окружающего воздуха, а также простейшие схемы сигнализации на тот случай, если пропеллер остановится и радиатор останется без свежего воздуха. Это предохраняло пользователя от незапланированной смерти процессора, которая могла быть вызвана его перегревом из-за остановки вентилятора.

Эра Zalman

Но время шло, и стратегия, которую выбрала Thermaltake для увеличения производительности (увеличение размеров радиатора и оборотов вентилятора), неминуемо вела ее к провалу. Нужен был кардинально новый подход в кулеростроении, который позволил бы сильно повысить производительность, не меняя размеров. Его нашла корейская компания Zalman, которая произвела фурор среди компьютерных энтузиастов, зарегистрировав 15 патентов, столько же проектов и целых 5 торговых марок. Кулеры производства Zalman были первыми на рынке, имеющими в основе не цельный радиатор, они представляли собой веер, состоящий из кучи тонких медных пластин, спрессованных в основании. Такая конструкция позволила существенно повысить площадь рассеивания тепла и тем самым добиться невиданного для того времени уровня производительности.

Тупиковый путь

Компания Thermaltake выпустила новинку SubZero 4G, которая была примечательна тем, что имела в основе термоэлектрический элемент Пельтье. Производительность системы была отличной, но и минусы его были велики: это и чрезмерное энергопотребление (кулер требовал отдельного питания в 220 В), и неприлично высокая цена. Считавшиеся тогда одним из революционных путей развития систем охлаждения, термоэлектрические кулеры не нашли должного продолжения в истории. Дальнейшее развитие термоэлектрических систем охлаждения мир увидел лишь в прошлом году, когда на свет был выпущен Titan Amanda. Модель демонстрировала неплохие результаты в тестах, но не снискала особой популярности среди любителей разгона. Эволюцию кулеров на элементах Пельтье остановил тот факт, что для нормального охлаждения современного процессора нужен очень мощный модуль Пельтье, который потребляет огромное количество энергии и требует огромного кулера на разогревающейся стороне.

Другим тупиковым путем кулеростроения пошла компания Asetek, которая представила Vapochill Micro. Данный кулер выделялся на фоне имевшихся тогда на рынке продуктов не только дизайном, но и принципом работы. В его основе были применены толстые 13-мм тепловые трубки, внутри которых находился газ. Продукт дошел до конечного потребителя, но по уровню производительности не мог тягаться с даже со средненькими кулерами.

В 2005 году компания Sapphire представила видеокарту X850XT PE серии Blizzard с использованием кулера под названием Liquid Metal Cooling Loops. Кулер был разработан компанией NanoCoolers и представляет некий продукт конверсии. В нем применен тот же принцип, что и в системах первого контура охлаждения ядерных реакторов. Принципиальное отличие системы заключается в том, что в качестве хладагента используется жидкий металл. В ядерной энергетике для этих нужд применяют жидкий натрий, что было в кулерах на видюхах Sapphire – неизвестно. Однако преимущество очевидно: жидкий металл имеет намного (более чем в 65 раз) большую удельную теплоемкость, температура кипения (то есть состояния, в котором хладагент больше не может отнимать энергию у охлаждаемого объекта) равна 2000 градусам. Такой системы охлаждения еще никто не видел. Инженерный образец видеокарты компания даже продемонстрировала на одной из крупных выставок, но в серию система охлаждения не пошла. Причиной этому оказалось то, что компания NanoCoolers не довела вовремя до ума свою систему, и Sapphire приняла решение о коммерческой нецелесообразности выпуска данных видеокарт.

Теплопроводные трубки

В 2004 году новым толчком в кулеростроении стало применение теплопроводных трубок. При их помощи тепло, забираемое основанием кулера, эффективно и очень быстро (скорость передачи тепла в тепловых трубках больше скорости звука) передается на ребра кулера, где рассеивается не без помощи вентилятора. Прародителем всех кулеров на теплопроводных трубках является Cooler Master HHC-001, который был выпущен еще в 2002 году.

Начиная с 2005 года пальму первенства эффективности воздушных кулеров повсеместно занимают продукты на тепловых трубках. Их эффективности хватает для того, чтобы справиться с предельно разогнанными двуядерными процессорами последнего поколения.

Как устроены тепловые трубки?

Эта технология не нова, первый патент был выдан некому Гоглеру еще в 1944 году. Тепловые трубки имеют большой диапазон рабочих температур, скорость передачи тепла превышает скорость звука, они имеют ресурс работы более 20 000 часов, что их делает высокоэффективной и надежной технической системой. Внутри находится рабочая жидкость – вода, и фитиль – несколько слоев из тонкой проволоки, либо специально спеченная керамическая крошка. Для того чтобы вода закипала при более низких температурах, из тепловых трубок откачан воздух. Современные тепловые трубки, которые используются для охлаждения компьютерной техники, заправлены следующим составом: water (90%) some mixes, such as nitrogen (0.3%), ammonia (7%) and aldehyde HC 7 (2.7%), по данным производителя. Скорость и мощность теплопередачи даже в самых простых тепловых трубах в сотни раз превышает теплопередачу по медному стержню того же диаметра.

Не стоит забывать, что война с теплом идет далеко не с одного фронта – кулеры атакуют в лоб, а с тыла наступают технологии энергосбережения самих процессоров. Возможно, это наступление окажется более удачным, и тогда громоздкие кулеры будут нужны лишь мощным игровым станциям, а домашние компы обойдутся чем-нибудь менее монструозным. Время покажет.