«…жара, июль, ветер уносит в небо»
(© Иванушки International)
В большинстве случаев для Fanless Mini-PC достаточно естественного охлаждения, под которое они и спроектированы.
Однако сейчас лето, жара, июль… Жарко всем, в том числе и компьютерам, и иногда может потребоваться дополнительное охлаждение.
Некоторые Fanless Mini-PC (и в частности Industrial Mini-PC) иногда даже имеют штатное место для установки дополнительного вентилятора. Такой вот оксюморон — безвентиляторный мини-ПК с дополнительным вентилятором ¯\_(ツ)_/¯
Однако как правильно его ориентировать, и зависит ли его оптимальная ориентация от оборотов? Как лучше его устанавливать в зависимости от скорости вращения лопастей и других факторов, например, конструктивных особенностей корпуса-радиатора?
Интуитивно кажется, что обдувать более эффективно, чем выдувать, однако так ли это? Вернее, всегда ли это так?
Например, в классической схеме охлаждения просторных ATX-корпусов обычно в первую очередь предусматривается установка вытяжных вентиляторов, а приточные если и ставятся, то как дополнительные. Да и то это требуется, когда внутри установлены какие-то дополнительные компоненты, и упаковка получается более плотной, что создает более высокий аэродинамический импеданс (сопротивление воздушному потоку).
Или возьмем некоторые модели монструозных башенных процессорных суперкулеров, например Thermalright Le Grand Macho RT или Noctua NH-D15S, на которых рекомендуют установку сверхтихоходного вентилятора именно на выдув (протяжку).
Оба эти случая характеризуются очень небольшим импедансом — сопротивлением воздушному потоку, когда тихоходный или даже сверхтихоходный вентилятор работает почти в свободном пространстве с минимальным сопротивлением. В отличие от большинства обычных кулеров, в которых оребрение довольно плотное и создает большое сопротивление потоку, ребра у суперкулеров сделаны с большим шагом. Они неплохо охлаждаются даже без вентилятора, и легкий бриз, им создаваемый, здесь лишь слегка помогает.
В этом отношении классический корпус-радиатор Fanless Mini-PC Chatreey TK12-F с редкими ребрами с промежутками между ними около 4 мм весьма похож на радиатор подобных суперкулеров. И выдувать из него воздух может оказаться эффективнее, чем обдувать его.
Кроме того, при отсутствии вентилятора естественное движение воздуха в Fanless Mini-PC происходит снизу вверх за счет конвекции. Установка вентилятора сверху на выдув создаст дополнительный поток воздуха в том же направлении, в то время как вентилятор, установленный для обдува сверху вниз, будет дуть «против шерсти».
Ну а кроме того, работающий вентилятор сам нагревается и нагревает пропускаемый им воздух. Например, при питании от USB на 5 V он может потреблять до 0.3 A, а это 1.5 ватта тепловой мощности. С одной стороны, это вроде немного, но с другой стороны, как в анекдоте про Раскольникова: «десять бабушек — это уже рубль», ведь при обдуве эта энергия принудительно загоняется внутрь радиатора.
При этом, например, часто применяемый в Fanless Mini-PC энергоэффективный процессор Intel U-серии Intel Core i5-1235U или Intel Core i7 1255U с TDP (PL1) 15 Вт даже под максимальной нагрузкой потребляет лишь в десять раз больше вентилятора, то есть эти полтора ватта уже заметны, а на холостом ходу его потребление — единицы ватт, что практически сопоставимо. И дополнительный нагрев от вентилятора охлаждения может оказаться ощутимым — еще один оксюморон! ¯\_(ツ)_/¯
Примечание: В моем случае Fanless Mini-PC не перегревался даже в июльскую жару, так что ему дополнительное охлаждение не требуется, и данное исследование носит скорее не прикладной, а академический характер: «А что, если?»
Однако выделять деньги на покупку довольно дорогого и, в общем-то, ненужного мне крупного сверхтихоходного вентилятора «жаба» не захотела. Поэтому для эксперимента я использовал имеющийся у меня 120-мм вентилятор, приобретенный неведомо когда, неизвестно зачем, скорее всего, на какой-то распродаже. Правда, он имеет довольно большие обороты даже при питании от 5 вольт, но для эксперимента, наверное, подойдет. В любом случае ничего лучшего под рукой не оказалось.★
★ Впрочем, если кто-то из читателей предложит в чисто исследовательских целях полноценный сверхтихоходный 120-140 мм вентилятор, например Arctic P12 PWM PST, Noctua NF-A12x25 5V PWM или be quiet! Silent Wings 4 140mm PWM, то я готов его принять, повторить эксперимент и дополнить статью ツ
Итак, попробуем проверить наше предположение и протестируем Fanless Mini-PC Chatreey TK12-F в трех режимах охлаждения:
Без дополнительного вентилятора.
С «интуитивным» расположением вентилятора на обдув (Push).
С контринтуитивным его расположением на выдув (Pull).
Исходное состояние
В качестве тестовой нагрузки использовался тест стабильности системы AIDA64 Stability Test (в режиме Stress CPU) длительностью 15–20 минут.
1. Без дополнительного вентилятора.
По результатам теста температура зафиксировалась на отметке 48,3°C.
2. Дополнительный вентилятор на обдув (Push).
В качестве нагрузки — AIDA64 Stability Test Stress CPU в течение 15 минут.
Температура зафиксировалась на отметке 40,2°C.
3. Дополнительный вентилятор на выдув (Pull)
После тестовой нагрузки AIDA64 Stability Test Stress CPU в течение 15 минут температура составила 39,7°C.
Выводы #1
В данном случае дополнительное охлаждение Fanless Mini-PC не требуется даже в летнюю жару.
Разница между установкой вентилятора на обдув (Push) и на выдув (Pull) получилась весьма незначительная, практически в пределах погрешности измерений★
Но тем не менее какая-то разница есть, и «контринтуитивная» установка вентилятора на выдув (Pull) показала немного лучший результат, чем на обдув (Push).
★Возможно, разница оказалась столь мала именно из-за природы вентилятора. Будучи изначально высокооборотистым, даже на сниженном напряжении он создавал избыточное для этой задачи давление, нивелируя преимущества конвекции. Для чистоты эксперимента здесь нужен именно породистый тихоходный 120-мм вентилятор, оптимизированный под работу в свободном пространстве
Дополнение
Чуть позже я решил немного изменить условия эксперимента, рассчитывая сделать его более наглядным. Ведь в данном контексте нам более интересна не столько абсолютная величина температуры корпуса-радиатора безвентиляторного мини-ПК или его процессора, сколько относительный выигрыш от того или иного способа размещения активного элемента.
То есть попробуем посмотреть, насколько изменятся эти температуры, если перевернуть вентилятор из положения Push в положение Pull прямо во время прохождения нагрузочного теста. Примерно так же астрономы проводят поиск экзопланет транзитным методом, когда пытаются зафиксировать микроскопическое изменение яркости звезды при прохождении перед её диском искомого небесного тела.
План «транзитного» эксперимента:
Устанавливаем на Fanless Mini-PC дополнительный вентилятор «дулом» вниз (в положение Push);
Запускаем нагрузочный тест AIDA64 Stability Test Stress CPU, включаем мониторинг температуры;
Ждем, когда температуры, контролируемые AIDA64, выйдут «на плато», периодически проверяя температуру корпуса-радиатора;
Не прерывая теста, переворачиваем дополнительный вентилятор «дулом» вверх (в положение Pull);
Ждем достижения нового «плато», периодически проверяя температуру корпуса-радиатора;
Фиксируем результат и замеряем окончательную температуру корпуса-радиатора.
Тест #2
Поскольку, как оказалось, вентилятор слишком скоростной и слишком хорошо охлаждает (в данном случае это минус, так как снижает наглядность и влияет на точность фиксации тонких различий), я попробовал ещё немного понизить напряжение до примерно 4,5 V — обороты при этом тоже немного упали. При более низком напряжении вертушка уже работает нестабильно.
Замеряем температуру в помещении по метеостанции и температуру корпуса-радиатора выключенного Fanless Mini-PC. Температура в помещении составила 27,9°C, а радиатора — 27,7°C. Разница показаний 0,2°C — весьма неплохо с учетом разных способов измерения.
Температура в в помещении по метеостанции (27,9°C) и температуру корпуса-радиатора выключенного Fanless Mini-PC (27,°C). Разница показаний 0,2°C - весьма неплохо с учетом разных способов измерения Включаем Fanless Mini-PC, проводим подготовительные операции, примерно через 10 минут еще раз замеряем его температуру. Корпус-радиатор прогрелся до 34,6°C.
Fanless Mini-PC перед началом нагрузочного теста. Температура корпуса-радиатора 34,6°C Устанавливаем вентилятор «дулом» вниз (Push) и запускаем AIDA64 Stability Test Stress CPU. Перед началом теста температура была 34,3°C.
Fanless Mini-PC с установленным вентилятором «дулом» вниз (Pull) перед началом нагрузочного теста. Температура корпуса-радиатора 34,3°C Примерно через 15 минут температура по AIDA вышла «на плато», температура корпуса-радиатора тоже почти стабилизировалась, фиксируем результат. Он составил 39,9°C.
Fanless Mini-PC с установленным вентилятором «дулом» вниз (Pull) после 15 минут теста AIDA64 Stability Test Stress CPU. Температура корпуса-радиатора 39,9°C Устанавливаем вентилятор «дулом» вверх (Pull), продолжая следить за изменениями температуры. На отметке около 15 минут она составила 39,8°C.
Fanless Mini-PC с установленным вентилятором «дулом» вверх (Push), тест AIDA64 продолжается. Температура корпуса-радиатора 39,8°C Через какое-то время вроде бы начало намечаться новое «плато», однако затем температуры в AIDA64 вернулись примерно на прежний уровень★
★ Скорее всего причина этого в том, что за первые 15 минут в режиме Push массивный полуторакилограммовый корпус просто не успел до конца прогреться и выйти на истинное температурное плато. Переключение в режим Pull совпало с естественным и неизбежным дальнейшим насыщением алюминия теплом, которое продолжалось бы в обоих режимах. Например, в другом моем эксперименте на форуме 4PDA он прогревался почти час, и температура продолжала расти, хотя и очень медленно, так что и тут ждать выхода на плато надо было не 15 минут, а в разы дольше.После этого я зафиксировал результат и решил остановить тест AIDA. Итоговая температура корпуса-радиатора составила 39,0°C.
Fanless Mini-PC после получаса теста AIDA64 Stability Test Stress CPU, последние полчаса с вентилятором «дулом» вверх (Push) . Температура корпуса-радиатора 39,0°C
Вывод #2
По результатам двух тестов, наверное, можно сказать, что какая-то разница между установкой вентилятора на обдув (Push) и выдув (Pull) в данном случае все-таки есть, хоть и весьма незначительная. Но лично я ожидал большего ¯\_(ツ)_/¯
Поэтому оба варианта установки вентилятора, видимо, имеют право на существование, и можно его ставить так, как вам удобнее. Причем в каждой конкретной ситуации это легко можно проверить — благо больших усилий для этого не требуется.
Ну и самое главное — хороший Fanless Mini-PC не требует дополнительного охлаждения даже в июльскую жару.
Послесловие или “заметки не полях”
Примечание: Сначала я хотел написать небольшой комментарий к статье о своем представлении того, что такое Mini-PC вообще и Fanless Mini-PC в частности. Но в результате текст разросся чуть ли не до размеров отдельной публикации, и я решил его урезать в несколько раз, оставив лишь несколько ключевых (на мой взгляд) тезисов. Своего рода «заметки на полях» перед голосовалкой. Однако если этот вопрос вызовет интерес, то тему можно будет продолжить в отдельном материале.
Сначала о Mini-PC в целом.
Многие воспринимают Mini-PC как нечто несерьезное. По их мнению компьютер должен быть большим, мощным, шумным, дорогим, и чтобы на нем можно было делать абсолютно всё. Возможно, такому предвзятому отношению способствует термин «неттоп»★, который часто используют в качестве синонима Mini-PC, и который мне очень не нравится.
★ Изначально этот класс устройств возник по аналогии с «нетбуками», под которыми понимались слабые ноутбуки, предназначенные в основном для неспешного браузинга в интернете (отсюда и само название). Но в отличие от ноутбуков, где мы четко отделяем полноценный ноутбук от нетбука, в мире ультракомпактных систем термин «неттоп» до сих пор неоправданно вешают на любое устройство. Ну не назовем же мы какой-нибудь ASUS ExpertBook P5 на Core Ultra 7 258V «нетбуком»? А вот мощный Mini-PC на подобном «железе» назвать неттопом — пожалуйста ¯\_(ツ)_/¯
На мой взгляд, для большинства современных Mini-PC гораздо лучше подошел бы термин NUC, предложенный Intel для своих линеек неттопов Mini-PC. Ну а поскольку бренд NUC уже юридически «занят», то NUC-Like★.
★ Хотя название PC (Personal Computer) изначально тоже было именем собственным и жестко связывалось с IBM. И Ксерокс — тоже имя собственное, название конкретной фирмы. Однако это совершенно не мешает нам говорить о персональных компьютерах любых производителей, ксерить документы на ксероксах различных брендов, ездить на джипах, надевать детям памперсы, пить горячий чай из термоса, или читать газету сидя на унитазе.
Впрочем, название Mini-PC тоже отлично подходит. Главное — не ждать от них больше того, для чего они предназначены. Но и преуменьшать их возможности тоже не стоит.
Например, в комментариях одной из статей на habr я наглядно сравнивал предлагаемый в ней вариант сборки бюджетного игрового компьютера с готовым, но при этом более мощным и намного более дешевым Mini-PC (нервным по ссылке лучше не кликать, а то от сравнения с нынешними ценами может и поплохеть).
И несколько слов по поводу Fanless Mini-PC.
Пассивные системы точно не про экономию — стоят они, как правило, дороже своих «вентиляторных» аналогов с такой же начинкой.
Хотя на первый взгляд может показаться, что безвентиляторный мини-ПК — это то же самое, что и обычный, только без вентилятора. Однако это не совсем так. Вернее, совсем не так.
На самом деле нормальный Fanless Mini-PC имеет продвинутую систему охлаждения, способную эффективно отводить от процессора мощность, соответствующую его TDP★ (охлаждение остальных компонентов — это отдельный сложный вопрос, и его в этих «заметках на полях» мы затрагивать не будем).
★ В принципе, это наглядно доказала первая часть данной статьи: копеечный вентилятор, запитанный от пониженного напряжения, оказался слишком производительным, чтобы зафиксировать какие-то существенные отличия от смены его пространственного расположения. Условно говоря, он помогает радиатору буквально одним своим присутствием рядом.
И чем мощнее процессор, тем сложнее организовать пассивный отвод тепла, и тем дороже получается конструкция. Причем «доплата за тишину» растет намного быстрее, чем цена за более производительный процессор.
Например, у Fanless Mini-PC с энергоэффективными процессорами Intel N-series с TDP порядка 6 Вт относительная прибавка к стоимости минимальна. Существуют модели (вроде ASUS ExpertCenter PN43), которые по сравнению со своими активными версиями действительно спроектированы по принципу «такой же, как с вентилятором, только без вентилятоа», и переплаты тут практически нет.
При TDP процессора в 15–25 Вт системе уже требуется большой массивный корпус-радиатор. Здесь плата за отсутствующий вентилятор (еще один оксюморон) составит около 10–20% к чеку — придется доплатить за килограммовый кусок обработанного алюминия сложной формы.
Если же мы перешагиваем за этот порог TDP, в конструкциях появляются тепловые трубки для равномерного распределения тепла по всей площади оребрения, алюминий заменяется медью, а в качестве термоинтерфейса между процессором и подошвой радиатора начинает применяться жидкий металл. Цена таких решений улетает в космос. Промышленные монстры вроде BEDROCK RYZEN R8000 с процессором AMD Ryzen 9 8945HS или кабинетный стелс-премиум Arctic Senza AI 370 на флагманском Ryzen AI 9 HX 370 с лимитами TDP (PL1) более 50 Вт стоят в разы дороже «вентиляторных» Мини-ПК на аналогичном железе…
Хотя отсутствие вентилятора — это не только тишина (0 дБ), но и куда более простое и редкое обслуживание. Именно по этой причине подавляющее большинство промышленных компьютеров (Industrial Mini-PC) создаются безвентиляторными.
Поэтому, если выбирается микрокомпьютер под сервер умного дома Home Assistant, где высокая вычислительная мощность не требуется, а само устройство будет трудиться в режиме 24/7 где-то на антресолях в компании пыли и тараканов при весьма нерегулярном сервисе, простенький недорогой Fanless Mini-PC может очень неплохо подойти.
Впрочем, в качестве универсального домашнего ПК пассивные платформы тоже показывают себя отлично. При просмотре видео по вечерам такой компьютер точно не будет заглушать ревом своих турбин шепот персонажей в телевизоре. На нем можно спокойно играть всю ночь немного поиграть перед сном в тишине, абсолютно не мешая спать своей второй половинке.
И да, вопреки стереотипам, современный Fanless Mini-PC позволяет даже немного поиграть.
Конечно, к профессиональному киберспорту это не имеет отношения, и полноценной заменой кастомному игровому ПК с дискретной графикой Fanless Mini-PC не станет, и 30–50 FPS устроят далеко не каждого эстета, но скоротать вечерок за любимой игрой на нем вполне реально.
Не так давно я опубликовал на Habr статью
которая подробно раскрывает этот вопрос. Тот материал как раз готовился на базе моего личного Fanless Mini-PC Chatreey TK12-F на примере запуска старого-доброго Crysis на «кабинетном» 42" UHD-мониторе LG OLED42C4RLA.
