Этот жестокий мир теплового хаоса
Мы живем в компьютерном мире, а современная электроника в части кремниевых «мозгов» достаточно тёплая вещь — процессоры нагреваются нещадно, как основные, так и специализированные, GPU например. В каждом электрическом изделии присутствуют радиаторы пассивные и если совсем много тепла нужно рассеять — то и вентиляторы.Как известно, электротехника это наука о контактах. Так же можно сказать, что и теплотехника — тоже наука о контакте, о тепловом контакте и передаче тепла от теплого к холодному посредством конвекции и/или излучения. Но не будем в это углубляться, поговорим о конкретном решении, направленном на уменьшение перегрева оборудования и сопутствующего шума от активных систем воздушного охлаждения в паре металл-металл.
Что есть радиатор или немного занудства
Это пластина из теплопроводного материала с развитой поверхностью, плотно приделанная/прижатая к источнику тепла и обладающая вполне измеримыми параметрами — оребрением и теплопроводностью. Чем больше ребёр — тем больше площадь соприкосновения с воздухом, «частить» рёбра можно до известных пределов выражаемых через хитрые уравнения с числами Рейнольдса, понятиями «ламинарный» и «турбулентный» поток, «поверхностный слой» и т.д. Дальше — воздух «застревает» и не холодит.
Не углубляемся в это, в двух словах — у радиатора есть предел рассеиваемой мощности и можно его повысить заменяя материал на более теплопроводный (серебро или золото например) или обдувая радиатор вентилятором. Второй вариант по непонятным причинам почему-то прижился больше, это и есть активная система воздушного охлаждения.
И что?
А вот — охлаждение самого радиатора не наша цель. Цель — забрать тепло от источника тепла (транзистор, микросхема, процессор), нагреть им радиатор и эффективно рассеять в окружающем воздухе. И узкое место в этой цепочке — контакт радиатора с источником тепла.
В идеале источник тепла с радиатором представляет неразрывный кусок металла, но так далеко не всегда по понятным технологическим причинам.
Обычно есть источник и радиатор, и они соединены точкой теплового контакта, этот вариант и рассматриваем.
В идеале — две тщательно обработанные поверхности плотно прижаты друг к другу и хорошо обмениваются теплом
На практике такое недостижимо, так как сделать две поверхности с классом чистоты хотя бы 10 — тяжело и накладно, серебряный радиатор снова маячит на горизонте.
Кроме того, надо обеспечить идеальную горизонтальность поверхностей, что тоже непросто, и радиатор становится золотым.
Решение есть!
Это термопаста, частный случай термоинтерфейса, представляет из себя мелкодисперсную (а то и нанодисперсную) смесь высокотеплопроводного материала в слабоиспаряемой жидкости типа масла или специального клея, твердеющего от нагрева или просто от контакта с воздухом. Паста эта помещается между источником тепла и радиатором и заполняет неровности поверхностей, увеличивая площадь теплового контакта, что крайне положительно для теплообмена.
Вполне очевидно, что самый лучший слой пасты — нулевой толщины, как и было написано выше, но мы в реальном мире и получаем вполне приемлемый результат при недорогой обработке поверхностей и среднем расходе термопасты.
И что №2?
Перфекционизм не даёт покоя, хочется добиться еще лучшего теплообмена хотя бы потому, что как правило, команду на «добавить оборотов и шума» даёт вентилятору встроенный датчик температуры нашей мини-печки. Снижаем потери при передаче->больше тепла идёт на радиатор и рассеивается ->«печка» чувствует себя комфортно->«вентилятор — не крутись» — примерно такой ход мыслей. Упор делаем конечно, на качество поверхности контакта со стороны радиатора, улучшать довольно качественную поверхность дорогого чипа нет особого смысла, да и чревато потерей гарантии…
Взглянув на подошву типового радиатора CPU типа Intel или AMD, понимаем, что за всё надо платить, и поверхность частенько имеет следы механической обработки, обычно это следы от фрезы цилиндрические, торцевые, а то и концентрические, и их глубина вгоняет в сплин. Выглядят соответственно, как параллельные полоски, части дуг и как концентрические окружности с явным центром в центре радиатора.
Избавится от этого можно несколькими доступными «на коленке» способами.
Шлифовка
Берем жесткую ровную поверхность — обычно лист качественного стекла, на неё кладем листок подходящей под масштаб неровностей наждачной бумаги рабочим слоем наверх и сверху начинаем елозить подошвой радиатора, рисуя движениями всевозможные хаотические фигуры, например лучики солнца. По мере получения результата меняем наждачную бумагу на более мелкую вплоть до самой мелкой что существует. Детали и нюансы данного действа неоднократно расписаны в Сети.
Этот способ работает, результат есть. Но есть сложности с исполнением, а именно:
- тяжело выдерживать хаотичность движений — получаем неровности-новоделы
- нелегко иметь равную силу прижима при смене направления движения радиатора- особенность строения мышц руки
- очень легко «завалить края», сделать шишку в центре и скруглённые края — по предыдущей же причине
- есть радиаторы, куда просто физически не попасть со стеклом и наждачкой (см. ниже)
В результате, поверхность хоть и будет блестеть, но не будет ровной в геометрическом плане. Упорными тренировками можно улучшить показатели, но зачем? Нет же цели точить радиаторы всю жизнь.
Обработка шаберной пластиной
Шаберная пластина представляет из себя пластину из твердого сплава (обычно на основе карбида вольфрама) с очень точной геометрией.Появилась у меня как случайный подарок, в быту ей прекрасно можно точить все ножи, ножницы, соскребать что-либо с металла и пока не нашлось того, с чем она справиться не сможет. За пару лет даже не притупилась никак. Обладает зеркальной поверхностью, довольно увесистая для своего размера. Обратите внимание — форма не чистый квадрат, мало того, что две стороны выпуклые, так и одна несимметрична, это брак конкретной пластины, должно быть с 2-х сторон симметрично-полукругло для произведения грубых работ по металлу аналогично как шерхебелем по дереву. Прямые грани и будем использовать как инструмент доводки поверхности радиатора.
Пример использования
Первый пациент — видеокарта Radeon 6950, шумит, перегревается и исполняет фокус «thermal throttling», то есть просто тупит от перегрева GPU. Температура чипа под нагрузкой переваливает за 100C°, в простое тоже несладко — около 60C°. Разбираем видеокарту, и видим вполне такой себе композитный радиатор с тепловыми трубками, с виду всё выглядит пристойно и аккуратно, смущает только темное пятно в центре.
Берем пластину под углом примерно в 30° к радиатору и делаем первое движение. Да, как-то не очень с поверхностью, надо исправлять, сразу стало понятно, что за пятно и откуда. Применяя движения как при работе с наждачной бумагой плавно выводим за довольно приемлемое время поверхность в гораздо более ровное состояние. Строгать медь и алюминий шаберной пластиной это одно удовольствие — примерно как перочинным ножиком остругивать ветку, только неудобно держать пальцами, правильный угол держать нелегко. Нажим тоже надо подбирать, при сильном пластина запросто закапывается в металл, движение руки продолжается, следует выброс из ямки и снова закопались и так далее, получается движение рывками а поверхность в зазубринах, что не нужно вовсе. Также, не нужно забывать про одинаковую сточку меди и алюминия чтобы в меди не «выкопать» яму. Это как раз обещанный случай куда с наждачной бумагой из-за стоек не попасть, а даже если и, то «завалить» поверхность проще простого.
Точим…
Ещё точим…
И наконец!
Как уже говорил, надо во избежание «закапывания» в месте чипа не лениться, шаберить пошире, не скромничать. Крайние движения инструментом надо делать легко и вполсилы, это даёт искомую ровность и мелкий рисунок обработки. Для эстетов можно сделать пару проходов наждачкой-«нулёвкой» + паста ГОИ, пробовал, результат — зеркало, но не всякая паста вот так возьмёт и прилипнет к такой поверхности.
По результатам сборки температура в простое упала до ~45C°, под нагрузкой выше 87C° не поднималось. Цель достигнута.
Пример 2
Одним из последующих пациентов был башенный радиатор от производителя с голубыми пропеллерами, стоил не слишком мало, но имел совершенно неприличные следы торцевой фрезеровки, поверх которых был смело покрыт хромом, что конечно, не спасло от неполного прилегания к топовому процессору фирмы AMD. Узор фрезы, декорированный термопастой, на снятом радиаторе смотрелся отчётливо и бесстыже. Надо исправлять.
Снят хром был за пару десятков движений и первые же движения по голой меди показали характерную «подушку», что возникла как следствие затяжки болтов для контакта подошвы и тепловых трубок. Шаберил как и в первом случае. На тепловых трубках видны царапины — шабер очень резкий инструмент, всего-то пару раз соскочил. Хотя порезаться им не доводилось.
Это промежуточный результат, конечное фото к сожалению испортилось на карте памяти, получилось в конце очень хорошо и гладко. Радиатор был установлен и затестирован, результат — падение температуры на 10-13 градусов при полной загрузке процессора.
Выводы
- Шаберение в домашних условиях работает
- Процедура несложна и воспроизводима
- Есть вполне измеряемые результаты работы
- Стало тише
- Сократился расход термопасты =)
Минусы:
- неудобно держать шаберную пластину
- площадь обработки невелика, требуется техника обработки, можно конечно купить шабер пошире, но теряется универсальность, это тянет за собой набор таких пластин
Да, а причём тут оверклокерство?
Хотя рассказ про воздушный радиатор, данная технология была успешно применена и на СВО, а там товарищ не стеснялся разгонять и был рад приросту что-то около 2% в производительности. Мелочь, а приятно. На фоне общих затрат шаберная пластина вышла по цене как метр тюнингованного водяного шланга.
Я же боролся с шумом и за стабильность работы и это мне удалось.