Как рассчитать тепловыделение процессора

Сколько тепла выделяет мой компьютер?

При грамотном проектировании ПК, одним из важнейших этапов этой работы является расчет системы охлаждения компьютера и теплового режима его узлов. И не только при проектировании в проектных организациях, а и при их доработках, разгоне и моддинге в домашних условиях. Правда в последнем случае эти расчеты могут иметь меньшую точность. У меня иногда возникает ощущение, что китайские корпуса просчитываются с еще меньшей точностью, если вообще просчитываются. И если Вам необходим компьютер работающий при любой температуре, при разгоне его узлов или имеющий низкий уровень шума, необходимо уметь посчитать его тепловыделение и сделать хотя бы ориентировочный расчет его теплообмена, но с обязательной последующей проверкой эффективности после выполнения конструкции. Обращаю Ваше внимание на то что точные расчеты требуют большого объема работы и опыта.

Вступление.

Существует несколько подходов к расчету тепловыделения в корпусе компьютера, но здесь хочу остановиться на четырех. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки.

1. По паспортным значениям потребляемой узлами мощности,

   Достоинство: доступность, простота.
   Недостатки: высокая погрешность и как результат, завышенные требования к системе охлаждение.

2. Просто пойти на сайт представляющий сервис для расчета тепловыделения (потребляемой мощности), выбрать нужные узлы и надеясь на современность их базы и правильность заложенных величин применить их результаты.

   Список сайтов позволяющих оценить тепловыделение:
   http://support.asus.com/PowerSupplyCalculator/PSCalculator.aspx?SLanguage=ru-ru
   http://www.overclockers.ru/download?486:psc_2.071.rar
   http://web.aanet.com.au/SnooP/psucalc.php
   http://www.casemods.ru/services/raschet_bloka_pitania.html
   http://www.coolermaster.com/support/psu_calculator.php
   http://www.casemods.ru/services/raschet_bloka_pitania.html
   http://www.emacs.ru/calc/

   И два одинаковых.

   http://www.extreme.outervision.com/psucalculatorlite.jsp
   http://www.antec.outervision.com/

Достоинство: не надо искать данные, они должны присутствовать в базах предлагаемых сервисов.
Недостатки: базы не успевают за производителями узлов, часто они содержат недостоверные данные.
В статье мы не будем его рассматривать, для его выполнения надо только знать адрес ресурса и состав узлов Вашего компьютера и время.

По потребляемой узлами мощности с учетом коэффициента тепловыделения и типовой загрузки узлов,

Достоинство: более высокая точность (оптимальность).
Недостатки: необходим большой объем информации или опыт, знание характеристик узлов, режимов работы ПК.

По результатам экспериментальных измерений приборами потребляемой мощности и тестов компьютера. Тестирование можно выполнить хотя бы крайних значений, тепловыделение в режиме покоя и при полной загрузке

Достоинство: высокая точность величины для каждого типового режима работы.
Недостатки: необходимость проведения специальных исследований и измерений.

Расчет потребляемой ПК мощности, по паспортным значениям потребляемой мощности узлов

Когда возникает вопрос «Сколько тепла выделяет мой компьютер?», мы пытаемся первым делом найти данные о тепловыделении узлов которые стоят в корпусе Вашего ПК. Но таких данных нигде нет. Максимум что мы находим это потребляемые узлами токи по цепям питания 3,3; 5; 12 В. Да и то не всегда.

Эти значения токов потребления чаще всего имеют пиковые значения и предназначены скорее для выбора блока питания, чтобы исключить его перегрузку по току.

Поскольку все устройства внутри компьютера питаются постоянным током, то нет проблем для определения пиковой (именно пиковой) мощности потребления Вашим узлом. Для этого просто определяется сумма мощностей потребляемых по каждой линии, путем перемножения тока и напряжения потребляемых по цепи (Обращаю Ваше внимание, никакие коэффициенты для пересчета не применяются — постоянный ток.).

Как Вы понимаете это весьма приблизительная оценка, которая в реальной жизни почти никогда не выполняется, ведь не работают одновременно все узлы компьютера в пиковом режиме. Операционная система работает с узлами ПК по определенным алгоритмам. Информация читается — обрабатывается — записывается — какая-то ее часть выводится на средства контроля. Эти операции выполняются над пакетами данных.

В интернете имеется множество оценок именно величины пиковой мощности потребления взятой из характеристик узлов.

Те расчеты, которые сделаны 2-3 года назад, в принципе не соответствуют текущей ситуации. Потому что за эти годы производители модернизировали свои узлы что привело к снижению потребляемой ими мощности.

Последние данные приведены в таблице 1.

Мы видим данные имеют очень широкий разброс, он определяется конкретной моделью Вашего узла. Узлы различных производителей, тем более произведенные в разное время имеют большой разброс потребляемой мощности. В принципе расчет вы можете сделать самостоятельно.

Расчет потребляемой ПК мощности выполняется в несколько этапов.

Составной частью расчета тепловыделения является расчет потребляемой компьютером мощности. Из которого определяется мощность блока питания, выбирается конкретная модель, после чего оценивается его тепловыделение. Поэтому выполняя тепловой расчет, приходится сначала собирать данные о потребляемой узлами компьютера мощности.

Но пока, даже потребляемая мощность не всегда приводится производителями узлов компьютера, иногда на табличке с параметрами приводится величина питающего напряжения и потребляемого тока по данному напряжению. Как уже говорилось выше, на постоянном токе, который применяется для питания узлов компьютера, произведение питающего напряжения на ток потребляемый по данному напряжению и говорит о потребляемой мощности.

Исходя из суммарной потребляемой мощности (приняв ее за мощность тепловыделения) можно выполнить предварительный или ориентировочный расчет системы охлаждения. Этот расчет обеспечит скорее избыточное охлаждения Вашего ПК, что в условиях большой его загрузки и соответственно максимального тепловыделения дает некоторое приближение к реальному тепловыделению и обеспечит нормальное охлаждение. Но когда ПК используется на обычных (не ресурсоемких) приложениях, рассчитанная таким образом система охлаждения явно избыточна, и обеспечивая нормальное функционирование узлов ПК, создает неудобства пользователю за счет повышенного уровня шума.

В первую очередь Вы должны знать, что потребляемая мощность и тепловыделение узлов имеют прямую связь.

Мощность тепловыделения электронных узлов не равна потребляемой мощности, но они связаны между собой через коэффициент потерь мощности узла.

Есть множество публикаций о том как выполнить этот расчет, в Интернет есть специальные сайты для этого расчета. Но до сих пор возникают вопросы при его выполнении.

А потому что не только мощность тепловыделения сложно найти у производителя, но и даже мощность потребляемая интересующим нас узлом не всегда известна. Возможно они просто боятся их приводить в связи с тем что их величина не непостоянна в процессе работы и существенно зависит от режима работы. Разница может достигать десять раз и иногда даже больше.

Похоже они не хотят перегружать пользователей «ненужной» информацией. Да и данных для производителей я пока не нашел.

У читываем коэффициент тепловыделения.

Коэффициент полезного действия.

Мощность тепловыделения обычных физических устройств (вентиляторов, двигателей электрических и механических) определяется через понятие КПД. Которое определяется как отношение полезной мощности (мощности затраченной на выполнение полезной работы) к мощности потерь (мощность которая уходит на преодоление трения, нагрев, . ). Но понятие КПД неприемлемо для электронных узлов. Их полезная работа не измеряется в ваттах или джоулях. Эффективность их работы определяет скорее производительность, которая неоднозначно связана с потребляемой мощностью. Правильнее назвать его "Коэффициент тепловыделения".

Коэффициента тепловыделения.

Для узлов ПК — чипов, микросхем и других широко известное понятие КПД не подходит, потому что часто невозможно оценить полезную мощность. Для этого лучше использовать коэффициент потерь мощности, который характеризует долю потребляемой узлом мощности переходящей в тепло.

Здесь: P _потр — мощность потребляемая узлом от источника питания, P _тепл — мощность тепловыделения узла, К _т — коэффициент тепловыделения.

Доля потребляемой мощности выводимая за пределы чипа в виде нужной нам информации незначительна, что и позволяет при грубых расчетах приравнять P _тепл и P _потр.

Мощности тепловыделения современных чипов определяется их загрузкой и характером работы.

Особенностью работы современных чипов процессоров и других микросхем является то что их TDP ( мощность тепловыделения ) производителями получается простым умножением напряжения питания чипа на его ток потребления. В соответствии с изложенными выше причинами это значение можно использовать для расчетов их тепловыделения. Но, как уже говорилось выше, она существенно зависит от режима работы чипа.

Ниже, в таблице 2, приведены ориентировочные значения К _т для различных узлов ПК.

К _т зависит от режима работы узла или его загрузки.

Системная плата как источник тепловыделения.

Для большинства не секрет, что системная плата обеспечивая работу узлов на ней установленных сама потребляет электроэнергию и выделяет тепло. Тепло выделяют северный и южный мосты чипсета, источники питания узлов компьютера, да и просто расположенные на ней компоненты электронных схем. Причем это тепловыделение тем больше чем производительнее Ваш компьютер. И даже в процессе работы тепловыделение меняется в зависимости от загруженности его узлов.

Наибольшее тепловыделение имеет чип северного моста, который обеспечивает работу процессора с шинами. И часто и работу с модулями память (в некоторых моделях современных процессоров эту функцию выполняют они сами). Поэтому их мощность тепловыделения может доходить от 20 до 30 Вт. Производитель обычно не указывает их тепловыделение, как вообще суммарное тепловыделение системной платы.

Косвенным признаком высокого тепловыделения является наличие инвертора для его питания в непосредственной близости от него и усиленной системы охлаждения (вентилятор, тепловые трубки). Не забывайте, питание и охлаждение должны обеспечивать нормальную работу чипсета при максимальной производительности.

Сейчас на одну фазу такого источника питания приходится до 35 Вт выходной мощности. Фаза источника питания имеет в своем составе пару транзисторов MOSFET, дроссель и один или несколько оксидных конденсаторов.

Современные модули быстродействующей памяти тоже имеют достаточно большое тепловыделение. Косвенным признаком этого является наличие отдельного источника питания и наличие дополнительного теплоотвода (металлических пластин) установленного на чипы памяти. Мощность тепловыделения модулей память зависит от его емкости и рабочей частоты. Она может достигать 10 — 15 Вт на модуль (или 1,5 — 2,5 Ватт на чип память находящийся на модуле в зависимости от производительности). Источник питания памяти рассеивает мощность 2 — 3 Вт на модуль памяти.

Современные процессоры имеют потребляемую мощность до 125 и даже 150 Вт (потребляемый ток доходит до 100 А), поэтому они питаются от отдельного источника питания содержащего до 24 фаз (ветвей) работающих на одну нагрузку. Мощность рассеиваемая источником питания процессора для таких процессоров доходит до 25 — 30 Вт. В документации на процессор часто указывается параметр TDP (thermal design power) характеризующий тепловыделение процессора

На современных системных платах нет дополнительных источников питания для видеокарт. Они располагаются на самих видеокартах поскольку их мощность существенно зависит от режима работы и применяемых графических процессоров. Видеокарты имеющие дополнительные источники питания (инверторы), питаются через дополнительный отвод БП напряжением +12 В.

Элементная база системной платы, как источник тепла.

В связи с ростом количества внешних устройств, растет и количество внешних портов, которые могут использоваться для подключения внешних устройств не имеющих собственных источников питания (например внешние HDD на USB портах). На один USB порт до 0,5 А, а таких портов может быть до 12. Поэтому на системной плате сейчас часто устанавливаются дополнительные источники питания для их обслуживания.

Нельзя забывать что тепло выделяет, в той или иной мере, все радиоэлементы установленные на системной плате. Это специализированные чипы, резисторы, диоды и даже конденсаторы. Почему даже? Потому что считается что на конденсаторах работающих на постоянном токе мощность не выделяется (если не считать незначительной мощности вызванной токами утечки). Но в реальной системной плате нет чистого постоянного тока — источники питания импульсные, нагрузки динамические и всегда присутствуют переменные токи в их цепях. И тогда начинает выделяться тепло мощность которого зависит от качества конденсаторов ( величины ESR) и величины и частоты этих токов (их гармоник). А число фаз инверторного источника питания процессора достигло 24 и нет предпосылок к их снижению на качественных системных платах.

Суммарная мощность тепловыделения системной платы (только ее одной!) может достигать в пике — 100Вт.

Тепловыделение встроенных на системной плате источников питания .

Дело в том что сейчас, с ростом мощности потребляемой узлами компьютера (видео карта, процессор, модули памяти, чип сеты северного и южного моста) их питание осуществляется от специальных источников питания расположенных на материнской плате. Эти источники представляют сбой многофазные (от 1 до 12 фаз) инверторы работающие от источника 5 — 12В и питающие заданным током (10 — 100 А) потребители при выходном напряжении 1 — 3В. Все эти источники имеют КПД порядка 72 — 89 % в зависимости от применяемой в них элементной базы. У разных производителей применяются разные методы отвода выделяющегося тепла. От простого отвода тепла на материнскую плату с помощью пайки транзисторов ключей MOSFET на печатный проводник на плате, до специальных охладителей на тепловых трубках с использованием специальных вентиляторов.

Встроенный источник питания представляет собой обычный инвертор, при многофазном включении это несколько (количество соответствует числу фаз) синхронизированных и сфазированных, работающих на одну нагрузку инверторов.

Пример оценки тепловыделения в цепочке "процессор — многофазный инвертор — блок питания".

Расчет мощности тепловыделения в цепочке "процессор — многофазный инвертор — блок питания"выполняют исходя из мощности конечного потребителя в цепочке "процессора".

Дело в том что сейчас, с ростом мощности потребляемой узлами компьютера (видео карта, процессор, модули памяти, чип сеты северного и южного моста) их питание осуществляется от специальных источников питания расположенных на материнской плате. Эти источники представляют сбой многофазные (от 1 до 12 фаз) инверторы работающие от источника 5 — 12В и питающие заданным током (10 — 100 А) потребители при выходном напряжении 1 — 3В. Все эти источники имеют КПД порядка 72 — 89 % в зависимости от применяемой в них элементной базы.
Встроенный источник питания представляет собой обычный инвертор, при многофазном включении это несколько (количество соответствует числу фаз) синхронизированных и сфазированных, работающих на одну нагрузку инверторов.
У разных производителей применяются разные методы отвода выделяющегося тепла. От простого отвода тепла на материнскую плату с помощью пайки транзисторов ключей MOSFET на печатный проводник на плате, до специальных охладителей на тепловых трубках с использованием специальных вентиляторов.
Примерный расчет тепловыделения по цепочке питания.

Рассмотрим эту цепочку.

Результатом рассмотрения будет ответ на вопрос: "Какая мощность выделяется на источнике питания устройства расположенного на системной плате?"

В озьмем для примера процессора AMD Phenom™ II X4 3200, который имеет потребляемую мощность в пике (TDP) – 125 Вт. Это, как уже писалось выше, с достаточно высокой точностью его тепловыделение.

Многофазный инвертор от которого питается указанный выше процессор, практически не зависимо от количества фаз, при КПД = 78% (обычно), выделяет тепла 27,5 Вт в пике.

Итого общее тепловыделение в цепи питания процессора AMD Phenom™ II X4 3200 и источника его питания (инвертор) в пике достигает 152,5 Вт.

Доля тепловыделения в БП приходящаяся на этот процессор составит (с учетом КПД БП) более 180 Вт в пике нагрузки процессора.

Для расчета доли мощности (тока) питания приходящегося на данную цепь для БП используется суммарная мощность — 152,5 Вт. Чтобы переводить данную мощность надо знать от каких напряжений питается данная цепь. А это зависит не столько от процессора и блока питания (БП), сколько от конструкции материнской платы. В случае если питание осуществляется от напряжения 12В рассчитывают по суммарной мощности потребляемой в данной цепи, переведя эту мощность в ток и получим, при напряжении цепи 12В, суммарный ток потребляемой от БП для цепи питания процессора равен — 12,7А.

Проверка эффективности системы охлаждения собранного вами компьютера.

Как уже говорилось выше, проверкой правильности выполненных Вами расчетов тепловыделения и выбора конструкции корпуса будет проверка ваших расчетов и эффективности выбранной Вами системы охлаждения.

Проверка заключается в контроле температуры узлов (основных) Вашего компьютера. Она не должна превышать максимальной температуры определенной их изготовителями. И даже иметь некоторый запас (на мой взгляд порядка 20°С). этот запас позволит обеспечить бесперебойную работу Вашего компьютера в критических условиях. Это могут быть запыленные воздушные фильтры, новые более ресурсоемкие приложения которые Вы установили на ПК и даже просто летняя жара.

Заключение.

Как Вы поняли, при современных тепловыделениях узлов, расчет потребляемой Вашим компьютером мощности, при его моддинге и самостоятельной сборке, надо делать всегда. Он нужен для выбора блока питания, одного из важнейших устройств компьютера, и в конечном счете оценки суммарной мощности потребляемой Вашим компьютером.

Полученную мощность потребления можно использовать как максимально возможную мощность тепловыделения, с учетом того что мощность тепловыделения всегда ниже потребляемой мощности.

Если у Вас достаточно опыта для определения круга задач выполняемых Вашим компьютером, загрузки его узлов и оценки их тепловыделения при работе, то Вы можете оценить его тепловыделение с точностью выше, чем та, которую дает расчет по потребляемой мощности.

Но пока невозможно, из-за широкой номенклатуры узлов и их производителей, с высокой точностью рассчитать мощность тепловыделения компьютера. Это возможно только при моделировании конкретного конструктивного решения и широкого комплекса измерений его характеристик, включая режимы тепловыделения и теплообмена. В производственных условиях эта процедура называется комплексом заводских испытаний.

Выходом для модерра или сборщика может быть:

В последнем случае получаем избыточное тепловыделение, соответственно избыточный воздухообмен. Для его оптимизации рекомендую применять электронных регуляторов числа оборотов вентиляторов. Это позволит снять избыточность воздухообмена и снизить уровень шума системы вентиляции.

Применение регуляторов оборотов вентиляторов охлаждения с мониторингом скорости вращения и температур, кроме прямой функции регулирования расхода воздуха через охлаждаемые объекты, позволяет еще и создать мониторинг температур по критическим точкам Вашего компьютера.

И последнее, поскольку обеспечить, в таком широком диапазоне тепловыделения, устойчивую работу систем охлаждения затруднительно, я бы рекомендовал на постоянной основе ввести в конфигурацию Вашего компьютера контроллер мониторинга и управления вентиляторами. Это обеспечит примерно 3х кратную регулировку расхода воздуха через охлаждаемые узлы и мониторинг температур в критических точках.

Как рассчитать тепловыделение процессора

Войти

Авторизуясь в LiveJournal с помощью стороннего сервиса вы принимаете условия Пользовательского соглашения LiveJournal

Холодный расчет: Как рассчитать охлаждение CPU

Процессоры греются, этим фактом никого не удивишь, и поэтому на них ставят кулеры. Все хорошо, пока CPU работает на штатных частотах с предназначенным для него или подобранным специалистом кулером, но когда компьютер собирается самостоятельно, или система подвергается разгону, к охлаждению нужно подходить с особым вниманием. Можно, конечно, не долго думая, брать кулер с медным килограммовым радиатором и огромным вентилятором, который не только охладит процессор, но и соберет пыль из всех соседних комнат, не говоря уже о звуковой имитации взлета «Боинга-747». Есть другой вариант: можно просто посчитать, какой кулер с каким радиатором и каким вентилятором поддержит оптимальную температуру CPU, не создавая при этом лишних звуков и сквозняков в квартире.

Почему греется процессор?

Нагрев, прежде всего, связан с тем, что протекание тока в полупроводнике неминуемо влечет выделение тепла. Из школьного курса физики известно, что энергия не берется из ниоткуда и не девается в никуда. В данном случае она просто переходит в тепловую. Ситуацию осложняет то, что микросхема «окружена» веществами, которые по своей природе плохо проводят тепло (корпус, изолирующие слои, etc.) и не дают тем самым кристаллу самостоятельно охладиться.

Зачем охлаждать процессор?

Кроме того, что при повышении температуры процессора на 10 градусов его срок годности уменьшается вдвое, теряется приблизительно 1.5% производительности CPU. Но даже вдвое уменьшенный срок службы камня превышает срок его «актуальности» (ты его поменяешь раньше, чем он выйдет из строя), а 1.5% от 2 ГГц — это всего-то 30 МГц. Поэтому главная причина охлаждения CPU – это нестабильная работа и, в итоге, выход процессора из строя при превышении определенной критической температуры в течение определенного времени (зачастую, довольно продолжительного). Например, существует неписанная зависимость летней стабильности системы: летом компы начинают глючить. А о весомости этого аргумента можешь спросить любого счастливого обладателя раннего Athlon’а или Duron’а. Да и эксперименты Тома Пабста с «естественным» охлаждением новых процессоров ты, возможно, видел в Интернете.

Так почему же высокая температура столь отрицательно действует на CPU?

Это связано в первую очередь с тем, что в процессе жизнедеятельности в камне происходит помимо чисто электрических явлений еще и несметное количество электрохимических реакций, протекание которых во многом зависит от температуры. Некоторым реакциям высокая температура идет на пользу, но в большинстве случаев ее влияние негативно. Так что охлаждение необходимо!

Маркировка процессоров

Для того чтобы рационально охлаждать кристалл, хорошо бы знать, до какой температуры ему не следует нагреваться. Кроме экспериментального метода определения этой температуры и метода чтения технических характеристик есть еще один способ — чтение маркировки. Найти ее можно непосредственно на процессоре. А можно и с помощью специально предназначенной утилиты.

Информацию о максимально допустимой температуре Athlon’ов ХР (Thoroughbred, Thoroughbred-B и Palomino), МР, а также Duron’ов содержит третий справа символ их OPN-номера; Athlon’ов SlotA — пятый (считая последний отдельно стоящий). Интерпретируются эти символы следующим образом: S=95, T=90, V=85, Y=75, R=70, X=65, Q=60 градусов Цельсия.

К первой группе относятся процессоры, маркировка которых начинается с AXD, A, D; второй — AMD-A, AMD-K7, etc. Подробнее о маркировке АМД читай на http://www.amdnow.ru/faq/marking.shtml.

Процессоры Intel максимальной температуры в своей маркировке, к сожалению, не содержат.

Есть еще одно «Но»: некоторые недобросовестные продавцы перепиливают маркировку CPU с целью продать их подороже. Естественно, гарантию сохранности оригинальных данных о максимальной температуре процессора они не дают. Посему не советую тебе особо доверять надписи на камне, купленном у Васи с радиорынка. Пользуйся софтварным методом определения маркировки.

Тепловыделение процессора

И еще одна характеристика процессора, которая тебе пригодится при расчете охлаждения — его максимальное тепловыделение или тепловая мощность. В англоязычной документации этот параметр носит название Maximum Thermal Power. Его физический смысл — количество тепла, выделяемое работающим CPU за единицу времени.

Тепловыделение при разгоне

При разгоне тепловыделение CPU растет пропорционально частоте. Если ты разгоняешь Athlon XP 1700+ (1.46 GHz), у которого типичное тепловыделение 44.9 Вт до 2000+ (1.66 GHz), то его тепловыделение будет 44.9*1.66/1.46= 51.05 Вт. Если быть точным, растет оно не совсем пропорционально: пропорционально оно растет с увеличением частоты шины, а при увеличении напряжения происходит скачок. Но в целом зависимость верна, и можно считать увеличение тепловыделения пропорциональным увеличению тактовой частоты.

Виды охлаждения

Для ПК существует два основных вида охлаждения: жидкостное и воздушное. При использовании первого система охлаждения имеет такой вид: непосредственно к процессору прилегает полая внутри металлическая пластина, через которую с помощью насоса прогоняется жидкость. Вода имеет большую чем воздух теплопроводность, поэтому гораздо лучше отводит от процессора тепло. После получения тепловой энергии жидкость отводится в специальный радиатор, где и охлаждается. Причем доводить ее можно до температуры гораздо ниже температуры окружающей среды, повышая тем самым эффективность системы. Главный недостаток жидкостного охлаждения — сложность и, как следствие, дороговизна.

Воздушная система охлаждения представляет собой совокупность радиатора и вентилятора, именуемую в народе просто "кулером".

Радиатор

Радиатор (пассивная часть кулера) устанавливается непосредственно на камень и принимает, по возможности, всю тепловую энергию им выделяемую (так же, как пивная бутылка предательски принимает тепло руки). Хитрая форма радиатора обеспею8вает значительно большую площадь поверхности и, соответственно, большую площадь теплового контакта процессора с окружающей средой. Таким образом, теплообмен кристалла с окружающей средой происходит уже не через небольшую площадь его собственной поверхности, а через значительно превышающую ее площадь поверхности радиатора.

Поскольку основная задача радиатора — оперативно отводить от кристалла тепло, он должен обладать высокой теплопроводностью — величиной, характеризующей скорость распространения тепла по телу. Кроме того, высокая теплопроводность обеспечивает равномерную доставку энергии во все концы радиатора и эффективный теплообмен с воздухом. Еще одна величина, характеризующая пассивную часть кулера — теплоемкость материала, из которого он сделан, или количество энергии, необходимое для изменения его температуры на 1 градус. Благодаря высокой теплоемкости, получая большое количество энергии от процессора, радиатор нагревается сравнительно несильно. Оптимальными материалами для радиатора по этим параметрам являются серебро, алюминий и медь. Золото тоже, в принципе, ничего, но у жадных ювелиров его не допросишься :). А вот алюминия не жалко! Но по соотношению цена/качество лидируют радиаторы с медным или серебряным основанием и алюминиевыми ребрами. Хотя и они могут иметь проблемы с теплопроводностью на стыке материалов.

Какие бывают радиаторы

Наиболее распространенная классификация радиаторов — по способу их производства.

Экструзионные — самые на сегодняшний день распространенные. Производятся путем экструзии (заготовки, как через трафарет, продавливаются через пластины с отверстиями, имеющими форму сечения будущего радиатора) или формовки (материал заливается в форму, а затем охлаждается и застывает). В основном производятся из алюминия.

Складчатые — изготавливаются путем припаивания на основание радиатора "гармошки", алюминиевой или медной ленты, согнутой много раз. Эффективней, но дороже экструзионных.

Составные — во многом похожи на складчатые, только "гармошка" предварительно разрезается по линии сгиба. Проще говоря, на основание (обычно медное) просто припаиваются отдельные пластины.

Холоднодеформированные (штампованные) — производятся путем холодного прессования. Типичный представитель этого класса — игольчатые радиаторы. Характеризуются высокой стоимостью, которая не всегда гарантирует эффективность — часто неграмотная конструкция таких радиаторов тормозит воздушный поток и препятствует вентиляции.

Эффективность радиатора

Эффективность радиатора определяется тепловым сопротивлением по отношению к поверхности кристалла, или, проще говоря, насколько изменится температура кристалла под радиатором при рассеивании через него 1 Ватта мощности. Чем тепловое сопротивление меньше, тем радиатор эффективней.

Математически тепловое сопротивление выражается следующим образом:

где R — собственно, тепловое сопротивление, T — температура камня, t – температура воздуха, P — тепловая мощность CPU. То есть, подставляя вместо T температуру, которую ты хочешь наблюдать в графе CPU temperature, получаешь подходящий радиатор. А вот по формуле T=PR+t можно вычислить рабочую температуру кристалла при установленном на нем радиаторе с термическим сопротивлением R.

Однако есть еще одна важная деталь: все вышесказанное справедливо при организованной циркуляции воздуха через радиатор.

Тепловой интерфейс

Передачу тепла от процессора радиатору значительно тормозит находящийся между ними воздух. А находится он там из-за неизбежной неровности поверхностей двух тел. Уменьшить количество этого воздуха можно максимально убрав неровности путем их шлифовки, что не всегда возможно. Но есть еще один более простой и эффективный метод. Для ликвидации воздушных прослоек пространство между процессором и радиатором заполняют тепловым интерфейсом — термопастой, термоклеем или термопрокладкой. В природе существуют еще и теплопроводящие пленки, но их теплопроводность соизмерима с теплопроводностью воздуха, посему мы их пропускаем.

Термопаста — вязкая жидкость, вытесняет воздух из всех щелей и мелких царапин. Она обладает хорошей теплопроводностью и не препятствует передаче тепла. Делается термопаста на основе оксида цинка (КПТ-8) либо на микропорошке нитрида алюминия (АлСил-3), а некоторые экземпляры (которые часто прилагаются к кулерам) содержат в своем составе оксид серебра.

Термоклеи — те же термопасты, только с клеящими свойствами, чтобы радиатор не отпал в самый ответственный момент. Термопасты и термоклеи, как и радиаторы, характеризуются теплопроводностью: КПТ-8 — 0.7, АлСил-3 — 1.9, АлСил-5 (термоклей) — 1.5 Вт/(м*градус).

Термопрокладки — резиноподобные очень тонкие (100-200 микрон) пластины, которые вследствие своей мягкости заполняют неровности. Их производительность, правда, оставляет желать лучшего, потому как с задачей заполнения полостей они справляются не очень хорошо.

Вентилятор

Воздух обладает очень плохой теплопроводностью, поэтому тепло, излучаемое радиатором, греет очень небольшое его количество, находящееся в непосредственной близости от поверхности радиатора. А это значительно снижает эффективность радиатора (T растет вместе с t: T=PR+t). Именно поэтому необходимо организовать принудительную циркуляцию воздуха и конструировать радиаторы с расчетом на то, что вентилятор будет оперативно нагнетать холодный воздух и отводить нагретый. Значит вентилятор тем эффективней, чем быстрей он нагнетает воздух, то есть чем больший объем он переносит за единицу времени. Называется эта характеристика производительностью и измеряется, как правило, в забугорных CFM — cubic feet per minute (кубических футах в минуту). 1 CFM=28 316 кубических сантиметров в минуту или 0.00047 кубометров в секунду. Производительность зависит от площади лопастей, их формы и скорости вращения измеряемой в RPM (rotations per minute — оборотах в минуту).

Еще одна технически важная характеристика вентилятора — используемый в нем подшипник. Здесь возможно три варианта:

1. Подшипник скольжения (sleeve bearing). Его конек — дешевизна. Дальше одни недостатки: дребезжание, малый срок службы, повышенное тепловыделение, неспособность функционировать при высоких температурах.
2. Два подшипника качения (two ball bearing). Здесь все наоборот: надежный, тихий, жаростойкий, но дорогой.
3. Комбинированный: один подшипник скольжения, один качения (one ball или one ball one sleeve). Этот компромиссный вариант является самым распространенным, поскольку представляет собой среднее арифметическое первых двух по всем перечисленным преимуществам и недостаткам.

Обычно производители кулеров предлагают три вариации одной и той же модели: на трех вариантах подшипников.

Для особо нежных и чувствительных личностей производители вентиляторов приводят еще одну характеристику — уровень производимого шума. Как правило, его значения лежат в диапазоне 20-50 дБ. Тихими считаются вентиляторы, шумящие менее чем на 30 дБ.

Маркировка кулеров

Чтобы определить, что же это за птица в коробке с надписью "cooler" — краткий курс технического английского языка для интерпретации обозначений:

• Fan — вентилятор,
• Heatsink или FHS— радиатор,
• Dimension — размеры,
• Rated Speed — частота вращения,
• Air Flow — производительность,
• Noise Level — уровень шума,
• Bearing Type — используемый тип подшипника,
• Life Time — время жизни (ресурс) в часах.

Холодный расчет

А теперь попробуем посчитать, кулер с какими характеристиками нужен на твой CPU. Не погружая тебя в тонкости решения уравнения теплопроводности с неоднородными начальными условиями для стержня конечных размеров, необходимая производительность вентилятора (уже в CFM) выражается так:

P1/(990*1.2*P0*R*0.00047), где

P1=S*5.7E-8*(t1^4) – количество рассеиваемого тепла телом с температурой T и площадью поверхности S (закон Стефана-Больцмана), 5.7E-8 — постоянная Стефана-Больцмана,

• t2 — температура воздуха (для ATX-корпусов — 300-305 градусов Кельвина),
• P0 — тепловыделение процессора,
• R — тепловое сопротивление радиатора
• S — площадь поверхности радиатора,

Без привлечения криволинейных интегралов площадь поверхности экструзионного радиатора приблизительно может быть вычислена так.

W — ширина, H — высота (радиатора!), n — количество ребер (на радиаторах размером 80х80 их, обычно, 25).

Все данные подставляются в системе Си — м, Вт, кг, Дж, градус Кельвина (градус Цельсия +273), а ответ получаем в CFM.

Радиатор же подбирается исходя из вышеприведенной формулы теплового сопротивления R=(T-t)/P, поэтому температура процессора не фигурирует в формуле — она учтена в тепловом сопротивлении.

Автоматизация

А теперь парочка утилит для упрощения жизни:

• Central Brain Identifier 4.0 (http://cbid.at.tut.by) — программа идентификации процессора AMD. Кроме идентификации самого процессора она расскажет тебе о кешах, MMX, 3dNow, SSE и других страшных аббревиатурах, а также поможет изменить тебе имя проца с Athlon XP 1700+ на 2800++ ;).
• Calс v2.1 (http://intechno.narod.ru/Calc21Trial.rar) — мощная программка с большим количеством решаемых задач по теплофизике: теплоотдача, перенос тепла и т.д. — просто вводи исходные данные и смотри на подробнейшие результаты.
• Ну, а для того чтобы определить, какой кулер повесить на процессор AMD, можно просто сходить по ссылке на http://www.amd.com/us-en/Processors/ProductInformation/0,,30_118_756_3734^4348^4356,00.html и выбрать модель.
• А вот по этому адресу: http://skr.radioman.ru/thermal/radiator.php тебе абсолютно безвозмездно помогут подобрать радиатор.

Вместо P.S.

Весь этот бред с кучей формул никому не нужен? С одной стороны, действительно, в характеристике каждого кулера черным по белому написано: up to . MHz. Так что можно не напрягаться и методом нехитрого сравнения "больше-меньше" подобрать подходящий кулер. Но разве могут все эти неточные приближенные значения удовлетворить настоящего оверклокера? Эффективного охлаждения!

В процессе работы в CPU происходит помимо чисто электрических явлений еще и большое количество электрохимических реакций, протекание которых во многом зависит от температуры.

При разгоне процессора его тепловыделение растет пропорционально росту частоты.

Исчерпывающий справочник по термическим свойствам процессоров AMD находится по адресу http://www.amdnow.ru/faq/electrical.shtml. Тепловые характеристики процессоров Intel можно найти в datasheets на http://www.intel.com.

Главная задача радиатора — увеличить поверхность теплообмена кристалла с окружающей средой.

Что такое TDP процессоров, видеокарт и систем охлаждения

При выборе центрального процессора или кулера для него, в характеристиках можно увидеть такой параметр, как TDP. Многие не обращают на него внимания, но это очень важная характеристика. Зная ее, и понимая что она значит, можно грамотно подобрать систему охлаждения под свой процессор или видеокарту. Если интересно, то читаем далее ⇒

Понятие тепловой расчетной мощности (TDP)

TDP расшифровывается как Thermal Design Power (Тепловая схема питания). Измеряется в ваттах. Технически TDP — это максимальное количество энергии, которое система охлаждения должна рассеивать, чтобы поддерживать работающую микросхему на уровне или ниже ее максимальной температуры.

Например, мы выбрали центральный процессор с TDP 105 Вт. Если процессор идет без кулера, то нам его необходимо докупить. Чтобы это сделать правильно, там надо подобрать такой кулер, в характеристиках которого параметр «рассеиваемая мощность » равен или больше TDP вашего процессора. Лучше брать больше, так как многие производители завышают этот параметр.

Ниже на изображениях, я привел пример не правильного подбора кулера к процессору. Хотя кулер и возможно установить для охлаждения данного процессора, но его мощности будет не достаточно, чтобы обеспечить его работоспособность даже в номинальном режиме, не говоря уж об разгоне.

То же самое можно применить и к видеокарте, если вы меняете на ней систему охлаждения. TDP видеокарт так же указывается в их характеристиках, только несколько заувалировано.

Это может быть типичная мощность или потребляемая мощность. Очень хороший сервис для просмотра характеристик видеокарт и в частности потребляемой ими мощности, находиться тут. Все представлено в табличной форме, наглядно и удобно. В базе около 700 видеоадаптеров.

Некоторые нововведения Intel

Недавно корпорация Интел ввела дополнительный параметр в характеристики своих процессоров Называется он «Настраиваемая величина TDP (в сторону уменьшения)».

Настраиваемая величина TDP (в сторону уменьшения) — режим работы процессора, при котором поведение и производительность изменяются при уменьшении величины TDP, при частоте процессора на неподвижных точках.

Этот режим обычно используется производителями систем для оптимизации мощности и производительности. Настраиваемая частота TDP (в сторону уменьшения) указывает на среднее значение производительности в ваттах, когда мощность процессора рассеивается (при работе в режиме настраиваемой величины TDP (в сторону уменьшения) в условиях сложной нагрузки, определяемой Intel.

Для нас, обычных пользователей, это сложный для понимания параметр и абсолютно не нужный на практике. Зачем его указывать в характеристиках своих процессоров мне непонятно. Это только создает неразбериху при определении энергопотребления ЦП.

Заключение

Практическая польза от знания TDP того или иного устройства для обычного пользователя заключается в том, что зная его рассеиваемую тепловую мощность, мы не ошибемся при выборе устройства для его охлаждения.

Это позволит нам сэкономить, не переплачивая за более мощную систему охлаждения, которая будет избыточна. А так же убережет от покупки заведомо маломощной системы, которой будет недостаточно для охлаждения процессора или видеокарты.

TDP разогнанного процессора или видеокарты значительно возрастает. Причем, чем сильнее разгон, тем меньше рост производительности на единицу энергопотребления. Учитывайте это. Плохое охлаждение сокращает срок службы электронного устройства.

Как рассчитать тепловыделение процессора

Не совсем бред, но не думаю, что это верно. Деление одного на второе это прирост, не так ли?

Смотри:
1.
Есть у нас, скажем, процессор, выделяющий 40Вт (как мой сейчас). Разгоним его на 20%.
То есть разница будет в 1.2 раза от номинала (если 120% поделить на 100%, то выйдет как раз 1,2 раза).
Тогда тепловыделение увеличится в 1,2 раза (очень примерно) с 40 до 48Вт.
2.
Если поднимаем напряжение.
Те же 40Вт и поднимаем на 20%. У нас прирост 1,2 раза (по прежней формуле). Вот при напряжении нужно прирост возвести в квадрат — 1,2*1,2=1,44 — во столько раз вырастет тепловыделение.
Вместо 40Вт получим уже 57,6Вт.

Если и то и другое, скажем на 50% разогнали, на 20% подняли напряжение. Дефолт был 65Вт.
65 * (150%/100%) * (120%/100%)^2
(крышка 2 это возведение в квадрат)
Далее 65 * 1,5 * 1,2*1,2= 140,4Вт.

Можешь TDP не считать — оно обычно завышено сильно. Потому волноваться редко когда есть смысл. Разве что при больших повышениях.

Почему должно повысить точность? Говорю же, что почти наверняка нужно умножать на квадрат прироста напряжения. С частотой всё верно.

Про северный мост — смотря какой. TDP у Интелов можно узнать, у других сложнее. А с приростом тепловыделения — то же абсолютно.