Термопаста — это вещь, про которую многие из нас вспоминают ровно два раза: когда собирают компьютер и когда тот начинает перегреваться. А ведь между этими двумя событиями может запросто пройти года два-три, и все это время слой под кулером живет своей жизнью, о которой владелец не знает ровным счетом ничего. И зря, между прочим, не знает, потому что творится там довольно много интересного, и заканчивается это обычно не в его пользу.
Что такое выдавливание термопасты и почему она перестает работать
Начать, вероятно, надо с главного заблуждения новичков. Все же слышали про то, что термопаста со временем пересыхает и из-за этого и растут температуры? Так вот ничего она не высыхает. Силоксановое связующее вещество, которое и составляет основу термопасты, никуда не испаряется. Это вам не октановое число. На самом деле он, силоксан, просто выдавливается из зоны контакта. И вот из-за этого происходит повышение температур. Казалось бы, просто механика, а сколько всего вокруг нее напридумали. Да чуть ли не половина статей в интернете по снижению температур CPU строится на мифе про высыхание — и ведет, соответственно, совсем не туда, куда надо.
Хотя сохнуть там практически нечему. Ведь что такое термопаста? По факту это твердые теплопроводящие частицы, замешанные в жидком носителе. За теплопроводность отвечают частицы: оксид цинка, оксид алюминия, нитрид алюминия. У составов подороже в составе может быть что-то типа нитрида бора или даже мелкодисперсного серебра, но сути это особо не меняет.
Основной тип носителя здесь – это силиконовое масло. То есть полимер, а не растворитель. А если воды в пасте нет, спиртов нет, что будет испаряться? Вопрос риторический. Бессиликоновые составы, кстати, в этом смысле принципиально от силиконовых не отличаются. Просто вместо силоксана там используются эфиры или углеводородные масла, но и их попробуй выпари.
Да, я в курсе про эффект, который называется dry-out. Но, во-первых, он не про испарение, а про расслоение. А, во-вторых, чтобы это произошло, нужны совсем уж экстремальные условия. Что-то типа постоянного нагрева в 120–150 градусов на протяжении нескольких лет работы, что возможно лишь в промышленных условиях. То есть в корпусе обычного ПК такого не происходит и близко.
Казалось бы, зачем столько деталей? А затем, что масло работает не только связкой между компонентами состава. У него есть и вторая роль – роль лубриканта. Только не смейтесь.
Суть вот в чем. Крышка процессора и подошва кулера прижаты друг к другу намертво, и ездить там, как и испаряться, нечему. Но металлы у них разные, а значит и расширяются они при нагреве по-разному. Это в свою очередь влечет за собой наступление сразу двух последствий:
Первое — крышка процессора и подошва кулера начинают разъезжаться. Да, на микроны, но все-таки разъезжаться.
Второе – обе пластины при этом слегка выгибает дугой, потому что центр греется сильнее краев. Крепеж их, конечно, держит, но лишь посередине, а по краям просвет то раскрывается, то схлопывается обратно.
Получается своего рода насос, который на каждом цикле поддавливает пасту к выходу.
Чтобы это нивелировать и нужно то самое масло в составе термопасты. Оно дает частицам разъехаться и вернуться, не порвав при этом слой. Одно слово – лубрикант.
А чтобы разъезжаться и возвращаться, нужен объем. Есть объем — слой продавился и восстановился. Нет объема — масло ушло наружу, и назад его уже не загонишь. И так далее, пока не останется только наполнитель. Как следствие, между частицами появляются пустоты, а в пустотах воздух, то есть один из лучших теплоизоляторов в природе.
Почему термопаста уходит с краев, а не из центра
Ладно, слой разрушается. А откуда он начинает разрушаться? Вопрос не праздный, и отвечают на него обычно неправильно: кажется же, что сдавать должна середина, там ведь горячее всего.
Однако исследование Igor's Lab показало обратное. Там одну и ту же пасту наносили тремя способами и гоняли циклами до отказа. Сверхтонкий слой, меньше 25 микрон, посыпался первым: центр пустой, все согнано к краям. А слой в 250 микрон, уложенный с запасом по периметру, простоял больше 10 000 циклов.
Ну, смотрите сами. Капаете вы, допустим, термопасту на крышку процессора, прижимаете ее кулером – и что происходит? Правильно, она растекается от центра к краям, пока не получится вроде бы ровная пленка. Только пленка эта и близко не однородна по толщине. Тоньше всего она у самого края — там, где паста дошла до куда дожало и просто закончилась.
А теперь смотрите, что получается. Разница в расширении набегает от центра, и чем дальше от него, тем она больше. То есть у края нагрузка на слой максимальная, а материала там как раз меньше всего. Казалось бы, чего там этой разницы? Микроны. Но если запаса на краю нет, паста начинает просто течь в одну сторону. Тормозить-то ее нечем.
Отсюда и главный вывод: разрушение всегда идет с периметра к центру. Как говорится, просто геометрия – и ничего личного.
Толстый слой с краевым запасом. Ни меловых зон, ни следов выдавливания
Влияет ли способ нанесения термопасты на температуру
Все же видели на Ютубе тесты, где паттерны нанесения меняли вдоль и поперек, а разница выходила в пределах погрешности?
Так вот, пока пасты хватает, разницы и вправду никакой. Особенно, если тестировать здесь и сейчас. А что происходит через два года, когда часть масла утекает, никакие тесты не говорят. Они просто на это не рассчитаны.
Сразу после сборки важно ровно одно — покрыта ли крышка целиком. Покрыта, значит тепло идет через всю площадь, а каким движением вы туда пасту положили, роли уже не играет.
А вот на дистанции решает другое: осталось ли на краю чем компенсировать ход пластин. И тут способы расходятся принципиально.
Горошина, полоса, пять точек — это все варианты, где толщину слоя определяет только прижим кулера. Если совсем по-простому, то паста растекается сама, докуда дожало, и на границе просто заканчивается. Причем ровно там, где нагрузка на нее максимальная. А когда слой раскладывают по всей площади руками, толщину задаете вы. И именно вы можете взять и оставить с краю запас побольше.
Так что еще раз: способ нанесения термопасты на температуру процессора действительно не влияет, но он влияет на то, сколько ваш слой будет жить.
Какой толщины должен быть слой термопасты
Окей. Наносим по всей площади. Но сколько ее вообще класть, этой термопасты? На форумах обычно пишут, что лучше как можно тоньше. Дескать, паста проводит тепло хуже меди, а значит, чем ее меньше, тем больше толку.
Логика верная. Но лишь наполовину.
Сопротивление слоя по мере увеличения его толщины и правда растет. Только у приличных паст оно и так мизерное. Важнее, хватает ли слою запаса. И вот с запасом начинаются проблемы, стоит уйти ниже 25 микрон. Частицам там негде уложиться нормально, они ложатся плашмя, а масла остается столько, что оно уже не сетка, а пленка да пара мостиков.
То есть смазывать такой слой еще смазывает, а вот для возврата после схлопывания зазоров уже возможностей практически не остается. И каждый цикл вместо «разъехались и сошлись» дает «разъехались и чуть-чуть вытекли».
Так что возвращаемся к тому, с чего начали. Поэтому лучше наносить пасту настолько тонко, насколько надо, но достаточно толсто, чтобы слою было чем работать. Короче, делай хорошо, а плохо не делай. :)
Что означает теплопроводность термопасты в Вт/(м·К)
С количеством разобрались, остается выбрать, что намазывать. И тут почти все смотрят на цифру, которую производители пишут на упаковке крупным шрифтом. Так вот, толку от нее немного.
Меряют ее по стандарту ASTM D5470. И сам стандарт, прямым текстом, зовет получившуюся величину кажущейся. Почему? Да потому что материал неоднородный, а формула считает его так, будто он однородный. Смех да и только. Плюс ко всему – там отдельно написано: переносить полученные значения на реальную технику нельзя, потому как идеального теплового потока в жизни не бывает.
Наглядно? Пожалуйста: Kryonaut в разных карточках продается то как 11,0 Вт/(м·К), то как 12,5. Одна паста, два числа — примерно как средняя температура по больнице. А когда в Igor's Lab прогнали через спектроскопию пасту Arctic Cooling времен Pentium 4, оказалось, что заявленный состав с содержимым тюбика не бьется вообще. Зато после двадцати лет хранения она мазалась как новая. Интересно, почему?..
В общем, смотреть надо не на мифические обещания маркетологов, а на другие, более осязаемые вещи:
Вязкость. Чем гуще, тем хуже вытекает. Ровно то, что надо для долгой жизни.
Данные по термоциклированию. Если производитель их вообще приводит — это уже хороший знак.
Реальный рабочий диапазон. Не «от –200 до +350», а температура, при которой паста начинает меняться.
Вязкость, кстати, мы поставили первой не случайно, и проще всего объяснить это на конкретном примере. Kryonaut — паста прекрасная, по температурам годами она держится в верхушке любых таблиц. Только вот вязкость у нее низкая, и на длинной дистанции это выходит боком. Причем это не догадки энтузиастов: der8auer сам объяснял, что Kryonaut жиже и выдавливается лучше, чем Hydronaut. А это, в общем, не очень хорошо.
К тому же деградирует она обычно так. При температурах за 80 градусов рост начинается в первые же месяцы: с 85–89 °C система уезжает к 95 с троттлингом. И вот что самое неприятное — паста при разборке выглядит совершенно нормальной.Но люди годами жалуются, что слой-то на вид целый, а его обновление ровно из того же тюбика спокойно сбрасывает с процессора 3–5 градусов. В общем, чудеса.
Поэтому берем за основу простое правило: для разгона и тестов берем самое холодное, для машины, которая просто работает годами, — самое вязкое из приличного. Проиграете градус-два на старте, зато не потеряете пять через два года. Шашечки или ехать, тут каждый решает сам.
Чем заменить термопасту: PTM7950, графеновые прокладки и жидкий металл
До сих пор мы выбирали между «холодной» пастой и «долгой». Но есть и обходной путь: взять материал, который не течет в принципе. Оказывается, так тоже можно, и вариантов больше, чем может показаться на первый взгляд:
Материалы фазового перехода. PTM7950 и его многочисленная родня. Что за фазовый переход? Да все просто: при нагреве материал размягчается и из твердой прокладки становится чем-то вроде очень густой пасты. Жевали же в детстве гудрон? Вот это примерно оно. Только не для жевания и не для дорог, а для процессора. Кладете пластинку, а работает она потом как намазанный слой. Заявлено: переход при 45 °C, теплопроводность 8,5 Вт/(м·К), выдержка 1000 часов при 150 °C и 1000 циклов. Материал-то делали для промышленности, где никто не полезет внутрь через год посмотреть, как оно там.
Графеновые прокладки типа KryoSheet. Они не текут, не сохнут, переставляются сколько угодно раз, по деньгам обходятся как хорошая паста. Правда, есть у них и минус – очень уж они капризны к плоскости и прижиму.
Жидкий металл. Из плюсов – температуры лучшие, выдавливания нет. Из минусов – проводит ток, дружит с алюминием так, что потом не разлепишь, впитывается в медь. Для голого кристалла под водоблоком — вариант. Для обычной сборки — как говорят в Одессе, шоб да так нет.
Как наносить термопасту на AM5 и почему ноутбуки — худший случай
Все, что мы описали выше, касалось пасты вообще, без привязки к железу. Но ведь платформа платформе рознь, и про одну из них стоит поговорить отдельно.
Речь, конечно, про AM5. Потому что у нее есть сразу две странности, из-за которых с термопастой приходится обращаться не так, как везде.
Первая — крышка. У Ryzen 7000 и новее она толстая, около 3,42 мм, и за за это приходится платить. Дельта между показаниями пакета и внешним датчиком доходит до 18–20 градусов. То есть 20 градусов банально теряется по дороге от кристалла наружу, и приличная часть из них — это сама крышка.
Что отсюда следует практически? Да то, что потолок у вас ниже, чем кажется. Хоть какую пасту берите, эти градусы никуда не денутся. Отсюда, кстати, и весь рынок скальпирования с фрезеровкой крышек — люди буквально срезают лишний металл, чтобы вернуть себе потери.
Вторая особенность — расположение кристаллов. Компоновка у Ryzen чиплетная: вычислительные кристаллы отдельно, кристалл ввода-вывода отдельно. И сидят они не по центру, а смещены к южному краю сокета. То есть греется крышка не в середине, как в норме, а с краю.
И вот отсюда уже два практических следствия.
Раз тепло идет не из центра, а со смещением, то края и углы на AM5 важнее, чем на любой другой платформе. Горошина по центру покрывает крышку в лучшем случае впритык, и как раз над самыми горячими зонами слоя оказывается меньше всего. Так что X-образное нанесение здесь разумнее, хотя Noctua, например, в инструкции все равно советует каплю диаметром 3–4 мм.
Крепеж. Существуют планки со смещением на 7 мм, и по данным производителя они дают от 1 до 3 градусов. Механизм тот же самый: прижим сдвигается ближе к кристаллам, и максимум давления приходится туда, где реально жарко, а не на пустую часть крышки.
Ну и до кучи: крышка на AM5 восьмиугольная, с вырезами под обвязку. Паста туда затекает охотно, а вычищать ее оттуда потом — то еще удовольствие. Поэтому я бы использовал контактные рамки с защитными вставками. Просто чтобы ничего не запакостить.
Хуже в этом смысле только ноутбуки. Там вообще сошлось все сразу, и это, пожалуй, худший сценарий из возможных:
Слой тонкий из-за жестких допусков по высоте.
Прижим здоровенный, на пружинных винтах.
Кристаллы голые, безо всякой крышки, а значит, и плотность теплового потока максимальная.
Температуры регулярно за 80.
Плюс десятки циклов нагрева и остывания в день, потому что ноутбук то открыли, то закрыли.
По отдельности-то каждый фактор вроде можно снести, но вместе они дают до 10 градусов разбега за несколько месяцев. Вот и думай, стоит ли там связываться с обычной пастой. Ответа у нас нет.
Как понять, что термопасту пора менять
Ладно, хватит теории. Лучше поговорим о том, что делать, когда температуры растут. Не будешь же каждый месяц перемазывать термопасту. Тем более, что она может быть и не виновата вовсе.
Первым делом померьте воздух на выходе радиатора. Логика тут простая: сколько ватт процессор выделил, столько же в итоге уйдет в воздух — хоть с пастой, хоть без нее. Паста определяет лишь то, насколько горячее будет сам процессор по дороге. А вот насколько нагреется воздух, зависит от двух вещей: от этих самых ватт и от того, сколько воздуха радиатор через себя прогоняет.
Вот и вся диагностика. Если ватты те же, воздух греется так же, а процессор горячее — тепло застревает на входе, то есть в пасте. А если ватты те же, а воздух стал горячее, значит, радиатор гонит меньше воздуха, и это уже вопрос к пыли и вентиляторам.
Ватты, само собой, термометром не измерить, их берем из мониторинга: в HWiNFO это строчка CPU Package Power. А термометр нужен со щупом — подойдет хоть кухонный за триста рублей, хоть мультиметр с термопарой в комплекте. Только не пирометр: инфракрасник меряет поверхность, а не воздух, и покажет вам температуру ребер или стенки за корпусом.
На обычной башне при 100–150 Вт она обычно набегает градусов 8–15. Только сама по себе цифра ни о чем не говорит, потому что зависит от кулера, оборотов и корпуса. Важно, как она изменилась именно у вас, и при той же самой мощности. Если год назад тест давал 120 Вт, а сегодня 95, потому что процессор режет буст, сравнивать уже нечего.
Поэтому лучший момент снять эталон — сразу после сборки, пока все заведомо исправно. Не сняли тогда — снимаем сейчас и положите на будущее, через год пригодится.
Посмотрите на разброс между ядрами. Слой-то разрушается локально, поэтому и выбивается не все скопом, а отдельные ядра над проблемной зоной. Был разброс 3–4 градуса, стал 10–12 — очень характерная картина. Пыль так не умеет, она поднимает все ядра ровно.
А вот по паре «простой и нагрузка» причины не развести. Совет такой дают часто, только работает он плохо: и пыль, и паста дают прирост пропорционально мощности. Так что под нагрузкой вырастет сильнее в обоих случаях, и что вы из этого узнаете? Ничего.
Только не бегите менять пасту при первом же росте на пару градусов. Разброс между двумя установками одного и того же кулера с одной и той же пастой спокойно набирает 2–3 °C сам по себе. Так что можно разобрать, собрать и получить хуже, чем было. Проверено, как говорится.
Как часто менять термопасту и как ее правильно наносить
Универсального интервала замены, как ни странно, нет, а все эти рекомендации про раз в два года — цифра с потолка. Хотя кое-какие ориентиры все-таки есть.
На обычном десктопе температуры растут примерно по 2–3 градуса в год. За первый год этого никто не замечает, потому как ни на кадры, ни на буст это практически не влияет. Но за три года может запросто набежать и 7, и 10 градусов — и это уже сложно не заметить. Тянуть дольше, наверное, не стоит. Все-таки тогда мы рискуем сильнее, чем хотелось бы.
Хотя три года — это средняя температура по больнице. Многое зависит от того, что за паста и в каких условиях она работает, так что ориентиры я бы дал такие:
Система | Разумный интервал |
|---|---|
Десктоп, вязкая паста, температуры до 75 °C | 4–5 лет |
Десктоп, обычная жизнь | 3 года |
Десктоп, низковязкая паста, температуры за 85 | 1,5–2 года |
Игровой ноутбук | 1,5–2 года, а лучше сразу прокладка фазового перехода |
Видеокарта в вертикальном положении | 3 года |
На ноутбуках, кстати, все куда хуже. Там 80 градусов – норма жизни. Сказывается и тонкий слой, и голые кристаллы без крышки, и десятки циклов нагрева за день. Так что те же самые 10 градусов набегают не за три года, а за несколько месяцев. Отсюда и интервал вдвое короче.
Ну и про само нанесение, куда без него:
Не жалейте материала, но и за периметр не выгоняйте. Запас нужен под подошвой, у самого края. А то, что вылезло на плату, слою уже ничем не поможет.
Раскладывайте по всей площади, размазом или ракелем. Дольше и грязнее, зато предсказуемо.
Не перетягивайте крепеж. Лишний прижим выдавит слой ниже разумного прямо при установке. Своими руками сделаете тот самый сверхтонкий вариант.
Старую пасту повторно не используйте. Ее структура уже нарушена, и пустоты обратно не схлопнутся.
Что из всего этого следует
Если коротко, то получается пять пунктов, которых нужно придерживаться, даже если почти половина из них не соответствует тому, что обычно советуют на форумах:
Термопаста не высыхает, а выдавливается. Крышка процессора и подошва кулера расширяются при нагреве по-разному, зазор между ними то раскрывается, то схлопывается, и масло понемногу уходит наружу. Никакой мистики, чистая механика.
Причем уходит оно с краев, а вовсе не из середины. Поэтому важно не то, сколько пасты вы положили в центр, а осталось ли хоть что-то у самой границы слоя.
Способ нанесения на температуру действительно не влияет, тут все тесты правы. Но на срок службы он влияет, и очень сильно. Просто эти тесты меряют свежесобранную систему, а не то, что с ней будет через три года.
Совет мазать как можно тоньше — вредный. Ниже 25 микрон слою уже нечем пружинить, и вытекать он начинает с первых же циклов.
Ну а диагностировать проще всего по дельте воздуха на радиаторе и по разбросу температур между ядрами. По паре «простой и нагрузка» пыль от пасты не отличить, сколько эти цифры ни сравнивай.
И напоследок то, что мне кажется тут самым любопытным. Столько лет все спорили о способах нанесения, а спор-то был ни о чем. Просто одни отвечали на вопрос, что холоднее прямо сейчас, а другие — что доживет до следующей сборки. Вопросы разные, ответы разные, а формулировали все одинаково. Вот и получилось то, что получилось.
А у вас как? Меняли пасту, замеряли до и после? Интересно, какие цифры вышли — особенно на ноутбуках, там разброс должен быть самый занятный.
