Охлаждение видеокарты с паровой камерой, нисходящим потоком и вентилятором – объяснение

За последние несколько лет мы наблюдали экспоненциальный рост производительности видеокарт как в игровых, так и в профессиональных приложениях. Благодаря усовершенствованиям в архитектуре и внутренних компонентах видеокарты теперь работают быстрее, чем когда-либо, и способны справляться даже с самыми сложными задачами, которые можно бросить им с помощью современных технологий. Все эти улучшения позволили современным видеокартам справляться с чрезвычайно ресурсоемкими задачами, такими как игры 8K и 4K, с высокой частотой обновления.

Решение для охлаждения в стиле нагнетателя – Изображение: Hardzone

Однако эти улучшения не лишены изрядной доли недостатков. Одна из основных – экспоненциальное увеличение потребляемой мощности, которое мы наблюдаем за последние несколько лет. Энергопотребление игровых видеокарт медленно, но неуклонно увеличивалось в течение последнего десятилетия, что привело к появлению современных видеокарт с рейтингом TDP более 300 Вт (что сильно отличается от рекламируемых рейтингов TBP). Фактически, средняя потребляемая мощность видеокарт за последнее десятилетие демонстрирует интересную закономерность. Энергопотребление карт было высоким в начале десятилетия из-за неэффективных архитектур, но позже большинство графических карт стали намного эффективнее выполнять свою работу. В настоящее время мы наблюдаем очередной рост среднего энергопотребления видеокарт.

Конечно, современные карты намного эффективнее, чем были пять лет назад, но они по-прежнему требуют от стены в среднем больше энергии, чем старые карты. Вся эта мощность, поступающая в ядро, безусловно, увеличивает производительность карты, но также увеличивает рабочие температуры графического процессора, что, безусловно, необходимо контролировать. В последние несколько лет нам приходилось устанавливать на видеокарты все больше и больше кулеры, чтобы справиться с этой проблемой.

Улучшения в охлаждении

При увеличении потребляемой мощности и, как следствие, увеличении тепловыделения, производителям видеокарт пришлось импровизировать с ситуацией, чтобы преодолеть эту проблему. Ушли в прошлое маленькие изящные видеокарты, которые можно было бы пассивно охлаждать с помощью одного небольшого радиатора. Раньше даже у высокопроизводительных видеокарт был один вентилятор над небольшим радиатором, и этого было достаточно для эффективного отвода тепла от карты. В настоящее время невозможно даже представить себе видеокарту среднего или достаточно высокого класса, охлаждаемую с помощью конфигурации с одним вентилятором.

Сегодняшние видеокарты имеют массивные радиаторы на 3 слота с огромными кожухами для вентиляторов, в которых большую часть времени размещаются 3 вентилятора. Хотя модели с двумя вентиляторами также довольно распространены на рынке, они изо всех сил пытаются контролировать температуру для любой карты, которая достаточно энергоемкая. Большинство высокопроизводительных вариантов современных видеокарт также имеют семь или восемь никелированных медных тепловых трубок, которые отводят тепло от тепловыделяющих компонентов и равномерно распределяют его по решетке радиатора. Вентиляторные технологии также прошли долгий путь: современные вентиляторы оснащены несколькими датчиками, которые изменяют свое поведение в зависимости от температуры графического процессора.

Поэтому довольно интересно сравнить решения по охлаждению, которые использовались в видеокартах прошлого, с теми, которые используются сегодня.

Различные методы охлаждения

В целом, есть 3 основных метода охлаждения, которые используются в современных видеокартах: охлаждение с помощью вентилятора, охлаждение с нисходящим потоком на открытом воздухе и охлаждение с паровой камерой. Ниже приведены плюсы и минусы каждого из них.

Вентиляторный охладитель

Вентиляторный кулер – это самый простой и самый простой способ охлаждения, который можно найти в современных видеокартах. Это также самый дешевый в производстве кулер и, следовательно, обеспечивает худшие тепловые характеристики из всех различных методов охлаждения видеокарты. Вентиляторные кулеры – это кулеры, которые Nvidia и AMD долгое время использовали для своих видеокарт эталонного дизайна, однако для последнего поколения видеокарт оба производителя отказались от кулеров с нагнетателем в пользу более эффективных. охладители с нисходящим потоком. По-видимому, срок службы кулеров с вентилятором подошел к концу, хотя некоторые образцы все еще находятся в производстве для использования в сборных системах и системах SI.

Видеокарты с вентилятором расширяют пластиковый кожух вокруг радиатора и не оставляют зазоров между печатной платой и кожухом по бокам, а также сверху и снизу карты. Единственный путь для воздуха должен быть направлен прямо через печатную плату к задней части видеокарты, где на кронштейне ввода-вывода есть стратегически расположенные вентиляционные отверстия. Единственный небольшой нагнетательный вентилятор всасывает окружающий воздух и нагнетает его на высокой скорости через карту, которая выбрасывается прямо из задней части карты. Воздух проходит через встроенный радиатор и компоненты печатной платы, проходя через плату, тем самым охлаждая компоненты, с которыми он контактирует.

Кулер в стиле Blower для видеокарты Nvidia Founder’s Edition – Изображение: HowToGeek

Основное преимущество вентиляторного охлаждения заключается в том, что оно довольно дешево в производстве и поэтому встречается во многих вариантах видеокарт начального уровня, включая большинство эталонных дизайнов, выпущенных AMD и Nvidia за эти годы. Еще одно преимущество кулеров с вентилятором заключается в том, что они отводят все свое тепло непосредственно из корпуса, а не выделяют его внутри корпуса, тем самым нагревая другие компоненты, такие как ваш процессор. Это может быть особенно полезно в корпусах малого форм-фактора и ПК с неправильно настроенными системами воздушного потока.

Однако у вентиляторных кулеров есть несколько недостатков. Кулеры с вентилятором работают громко и горячо, и их работа весьма неэффективна. В среднем вариант графической карты с вентилятором будет производить гораздо более высокие температуры, чем сопоставимые варианты с нисходящим потоком, если они будут протестированы в тех же условиях. Чтобы компенсировать эту нехватку охлаждающей способности, нагнетательные карты должны запускать свои вентиляторы на исключительно высоких скоростях. Это приводит к невероятно высокому профилю шума, который заядлые энтузиасты ПК определяют как «готовящийся к взлету реактивный двигатель». Можно с уверенностью сказать, что вы не получите карту в стиле нагнетателя, если хотите играть незаметно.

Охладитель на открытом воздухе с нисходящим потоком

Охлаждение с нисходящим потоком или «под открытым небом» на сегодняшний день является наиболее распространенным и наиболее распространенным решением для охлаждения, используемым в сегодняшних видеокартах. Охладители с нисходящим потоком обычно предлагают лучшие тепловые и акустические характеристики, чем карты с нагнетателем, но есть некоторые вещи, которые необходимо учитывать при использовании охладителя открытого воздуха.

В охладителях с нисходящим потоком или на открытом воздухе вентиляторы забирают воздух изнутри корпуса ПК, а затем проталкивают его прямо вниз через большой металлический радиатор, чтобы отвести тепло от компонентов. Воздухоохладители называются так из-за их относительно открытого кожуха вентилятора, который открыт с боков и сзади, позволяя воздуху беспрепятственно проходить от карты к внутренней части корпуса, а также снаружи корпуса через вентиляционные отверстия. Основная концепция охладителей с нисходящим потоком такая же, как и у охладителей с вентилятором: воздух всасывается вентиляторами и проталкивается через радиатор, который контактирует с тепловыделяющими компонентами. Эффективность, с которой воздухоохладители или охладители с нисходящим потоком выполняют эту задачу, часто намного выше, чем у сопоставимых применений с вентилятором.

Дизайн открытого нижнего кулера для варианта видеокарты EVGA – Изображение: HowToGeek

Самым большим преимуществом дизайна под открытым небом является его улучшенная производительность по сравнению с картами типа воздуходувки. Эти кулеры нагнетают большой объем воздуха через радиаторы и, таким образом, максимизируют отвод тепла от внутренних компонентов карты. Более того, сам радиатор часто намного больше по размеру из-за конфигурации с 2,7 или даже 3 слотами, в которой используются современные карты. Варианты видеокарт среднего уровня часто имеют два вентилятора, в то время как варианты премиум-класса почти всегда имеют три вентилятора, чтобы помочь облегчить отвод тепла. Нисходящие вентиляторы также намного тише и надежнее, чем вентиляторы нагнетательного типа.

У этой конструкции также есть несколько недостатков. Во-первых, когда речь идет о конкретной линейке видеокарт, многие из открытых кулеров с нисходящим потоком стоят дороже, чем базовые варианты с вентилятором. Еще одна серьезная проблема с этой конструкцией заключается в том, что весь горячий воздух от графического процессора сбрасывается прямо в ваш корпус, что может привести к повышению температуры других компонентов. Поэтому рекомендуется обеспечить отличный воздушный поток внутри корпуса с правильно настроенными вентиляторами, если вы хотите использовать охладитель с нисходящим потоком. Лучше всего избегать этих кулеров в малом форм-факторе или относительно компактной конструкции. Если вам нужны рекомендации для лучших корпусов с высоким потоком воздуха в 2021 году, вы можете получить их прямо здесь.

Охладитель паровой камеры

Охладители с паровой камерой гораздо реже встречаются в современных видеокартах из-за их относительной сложности, но по-прежнему представляют собой интересное решение для охлаждения. Паровая камера представляет собой тонкую относительно плоскую пластину, которая используется для распределения тепла по большой площади поверхности. Обычно пакет ребер наносится непосредственно на поверхность паровой камеры для увеличения площади поверхности и улучшения теплоотвода. Сама паровая камера представляет собой полую герметичную медную пластину. Паровая камера находится в непосредственном контакте с источником тепла, таким как GPU, который в этой конфигурации известен как испаритель.

Когда испаритель нагревается, жидкость в фитиле превращается в газ. Затем горячий газ расширяется, заполняя внутреннюю часть камеры и достигая более холодной поверхности. При контакте с более холодной поверхностью газ снова конденсируется, поэтому более холодная поверхность называется конденсатором. Затем конденсированная жидкость возвращается в испаритель через фитиль для продолжения цикла.

Дизайн кулера паровой камеры – Изображение: ASUS ROG

Хотя металлы, такие как медь и алюминий, хорошо проводят тепло, они часто не самый эффективный способ сделать это. Фазовый переход – это переход от одной формы вещества к другой, например, от жидкости к газу и наоборот, и тип охлаждения, в котором используется этот метод, известен как охлаждение с фазовым переходом. Паровые камеры могут передавать большое количество тепловой энергии за счет фазового перехода.

В качестве альтернативы можно было бы просто использовать сплошной медный блок для выполнения аналогичной задачи, но такая конструкция будет намного тяжелее и дороже в производстве, чем полая паровая камера. Кроме того, он будет работать медленнее, чем паровая камера. Это снижение скорости теплопередачи также повлияет на производительность графического процессора, поскольку он будет удерживать больше тепла. Другой альтернативой охлаждению паровой камеры являются тепловые трубки, которые широко используются в охладителях открытого типа с нисходящим потоком воздуха, упомянутых ранее.

Какой выбрать?

Хотя у всех трех кулеров есть свои плюсы и минусы, безусловно, есть очевидный выбор, когда речь идет о современных решениях для охлаждения видеокарт. Большинству постоянных потребителей было бы лучше купить приличный охладитель открытого типа с нисходящим потоком воздуха, поскольку он предлагает лучшую экономию с точки зрения тепловых характеристик, а также является относительно доступным. Разные партнеры AIB выпускают несколько разных моделей для одного графического процессора, и даже Nvidia и AMD отказались от кулеров в стиле нагнетателя в пользу гораздо более эффективных кулеров открытого типа для видеокарт последнего поколения.

Паровые камеры – интересное и уникальное применение, однако их фактическое использование в современных решениях для охлаждения видеокарт в настоящее время является довольно редким явлением. Они долгое время использовались в эталонных видеокартах AMD в сочетании с кулером в стиле нагнетателя, но так и не стали популярными решениями для охлаждения. Кулеры с вентилятором также подходят к концу своего срока службы, поскольку все больше и больше партнеров AIB выпускают доступные варианты видеокарт для открытого воздуха с отличным охлаждением и акустическими характеристиками по доступной цене.

Однако есть одна область, где по-прежнему преобладают кулеры с вентилятором. Крупные системные интеграторы или системные интеграторы, такие как Dell, HP и Lenovo, используют этот стиль охлаждения для своих видеокарт, поскольку это относительно дешевое устройство, которое можно приобрести, и оно отводит все тепло непосредственно за пределы корпуса, поэтому внутренняя часть корпуса делает это. не нагреваются постепенно при использовании видеокарты. Покупатели готовых продуктов часто не заботятся о температуре и акустике своей видеокарты, поэтому это приложение идеально подходит для готовой экосистемы. Что касается сборщиков ПК своими руками в 2021 году, им следует просто придерживаться открытых кулеров, поскольку они имеют множество преимуществ и с каждым днем ​​становятся все дешевле и лучше.