Корпуса с улучшенными температурными характеристиками

Поскольку процессоры выделяют все больше тепла, разработчикам пришлось внести определенные изменения в конструкцию корпусов для обеспечения должного охлаждения даже самых быстрых современных процессоров без использования дорогостоящих систем охлаждения.

В блоках питания всегда использовались вентиляторы. На протяжении многих лет одного вентилятора хватало для охлаждения не только блока питания, но и всей системы в целом, в том числе процессора. На самом деле процессоры компьютеров до появления 486-го даже не оснащались радиатором, так как выделяли всего несколько ватт тепла. Пассивные радиаторы стали стандартным компонентом ПК с момента появления в 1992 году процессоров 486DX2, которые выделяли до 5,7 Вт. Активные радиаторы впервые появились в процессорах Pentium от компании Intel (тогда также выпускались процессоры Overdrive) и стали стандартным компонентом поставки коробочных версий процессоров Pentium II, Pentium III и AMD Athlon в 1997 году. До недавнего времени компьютерные

Рис. 21.21. Схема системы криогенного охлаждения Asetek Lightspeed

корпуса (шасси) не поставлялись ни с какими вентиляторами охлаждения, за исключением вентилятора, установленного в блоке питания.

Впервые корпусные вентиляторы появились в готовых компьютерных системах в середине 1990-х годов, поскольку это позволяло использовать менее дорогие пассивные радиаторы для охлаждения процессоров. Оказалось намного выгоднее использовать один корпусный вентилятор для охлаждения системного блока и процессора, чем устанавливать на процессор активный радиатор. Однако в 2000 году вместе с выпуском процессора Pentium 4 многие системы стали оснащаться не только активным радиатором для процессора (т.е. радиатором, оснащенным вентилятором), но и корпусным вентилятором. В большинстве современных компьютерных систем используются три вентилятора: один — в блоке питания, один — на радиаторе процессора и еще один — на задней панели корпуса. Конечно, в некоторых системах установлено больше вентиляторов, однако сейчас использование трех вентиляторов считается наиболее экономически оправданным.

К сожалению, уровень тепловыделения современных процессоров порой превышает 100 Вт, поэтому стало невозможно использовать классическую схему охлаждения без добавления дополнительных вентиляторов и даже систем жидкостного охлаждения (далеко не дешевых). Однако достаточно эффективное решение все-таки было найдено, причем в некоторых случаях даже не требовалось добавлять вентиляторы.

Как уже известно из формулы, приведенной ранее, энергопотребление (а значит, и тепловыделение) процессора прямо пропорционально его частоте, а также напряжению в квадрате. Несмотря на то что напряжение питания процессоров постоянно уменьшается, частоты увеличиваются намного быстрее, поэтому тепловыделение и достигло впечатляющего значения 100 Вт. Для решения подобных проблем многие производители за последние 10-15 лет значительно улучшили эффективность выпускаемых ими радиаторов. Сейчас выпускается немало моделей радиаторов, которые характеризуются тепловым сопротивлением 0,33°С/Вт и даже меньше. К сожалению, несмотря на все усилия производителей классические радиаторы, используемые при воздушном охлаждении, очень быстро приближаются к потенциальным пределам возможностей данной технологии охлаждения.

Весьма эффективным методом улучшения производительности радиатора оказывается снижение температуры окружающей среды вокруг процессора, что означает уменьшение температуры радиатора. Для обеспечения должного охлаждения выпускаемых "коробочных" (т.е. предназначенных для розничной продажи) процессоров компании Intel и AMD указывают максимально допустимые значения температуры окружающей среды. Если температура выше указанного значения, радиатор не в состоянии обеспечить адекватное охлаждение процессора. Практически все современные системы и радиаторы проектируются таким образом, чтобы обеспечить корректную работу при температуре окружающей среды на уровне 35°С (95°F). Это означает, что ПК предназначены для работы в среде, которая характеризуется указанной температурой. Чтобы обеспечить работу при более высоких значениях температуры окружающей среды, требуются специальные системы охлаждения. В табл. 21.2 приводятся максимально допустимые значения температуры окружающей среды и температуры радиатора для различных типов процессоров.

Как видите, новые модели процессоров, которые характеризуются большим уровнем тепловыделения, предъявляют все более высокие требования к охлаждению системы. При использовании наиболее требовательных процессоров необходимо обеспечить температуру радиатора не выше 38°С (100,4°F) даже при температуре окружающей среды 35°С (95°F). Повышение температуры внутри системного блока (фактически температуры радиатора), как правило, связано с нагревом таких компонентов, как набор микросхем, видеоадаптер, память, блок управления напряжениями, жесткие диски и т.д. (включая, конечно же, процессор). Несмотря на то что практически все современные компоненты ПК выделяют тепло, согласно спецификациям современных процессоров температура воздуха внутри системного блока не должна превышать температуру окружающей среды на 3°С (5,4°F). В результате к охлаждению системного блока предъявляются очень высокие требования.

Обычные корпуса просто не в состоянии обеспечить настолько малую разницу между температурой внутри корпуса и температурой окружающей среды. Единственным способом соблюдения предъявленных требований является добавление дополнительных вентиляторов, что отрицательно сказывается не только на стоимости, но и на уровне шума, производимом системой. Многие системы, в которых используется несколько вентиляторов, установленных на передней и задней панелях, а также на боковых крышках, способны обеспечить необходимую разницу в 3°С (5,4°F) между температурой окружающей среды и температурой радиатора. К счастью, было найдено достаточно простое решение, которое не только устранило данную проблему, но и позволило избежать установки новых вентиляторов, а значит, не увеличивать ни стоимость, ни уровень шума системы. При этом найденное решение можно реализовать также для существующих корпусов и это обойдется не более чем в 10 долларов.

Компании Intel и AMD выпускают документацию, в которой описываются температурные характеристики процессоров, а также даются рекомендации по обеспечению охлаждения и проектирования систем. Корпуса, специально сконструированные таким образом, чтобы обеспечить температуру радиатора на уровне 38°С или даже ниже, принято называть корпусами с улучшенными температурными характеристиками. Использование подобных шасси не только обеспечивает работу процессора при небольшой температуре, но и позволяет значительно снизить уровень шума, производимого системой. Современные процессоры и шасси оснащаются системами охлаждения, позволяющими регулировать частоту вращения вентиляторов. Если температура остается в определенных пределах, частота вращения вентиляторов уменьшается, а значит, снижается и уровень шума. Если температура по какой-то причине повышается, частота вращения увеличивается; к сожалению, при этом повышается и уровень шума. Как правило, шасси с улучшенными температурными характеристиками позволяют обеспечить достаточно малую частоту вращения вентиляторов, а значит, довольно тихую работу компьютерной системы в целом.

К шасси с улучшенными температурными характеристиками предъявляется ряд требований:

■ возможность установки системных плат формфактора ATX, MicroATX или FlexATX;

■ возможность установки блоков питания стандарта ATX, SFX и TFX со встроенным вентилятором охлаждения;

■ использование съемной боковой крышки, оснащенной воздухозаборником с возможностью изменения высоты, а также вентиляционным отверстием напротив плат расширения;

■ наличие корпусного вентилятора диаметром 92 мм и более на задней панели, а также места для установки вентилятора диаметром 80 мм на передней панели (без учета вентиляторов в блоке питания).

Поскольку шасси с улучшенными температурными характеристиками обеспечивают высокую эффективность охлаждения без существенного повышения стоимости, настоятельно рекомендуется приобретать именно такие корпуса для сборки новых компьютерных систем.

Воздухозаборник

Одним из последних нововведений в конструкции шасси можно считать появление воздухозаборника, расположенного непосредственно над процессором. С его помощью вентилятор процессора захватывает воздух за пределами корпуса, что позволяет значительно повысить эффективность радиатора, а также соблюсти требование поддерживать температуру радиатора на уровне не более 38° С. Спецификации, которым должны соответствовать воздухозаборник, а также вентиляционное отверстие над платами расширения, описаны в официальном стандарте Chassis Air Guide design guide, первая версия которого была опубликована в мае 2002 года, а исправленная и дополненная — в сентябре 2003 года. В подобных руководствах указываются месторасположение и размеры воздухозаборника, а также другие характеристики.

Пример корпуса типа "башня" вместе с воздухозаборником, закрепленным на боковой крышке, показан на рис. 21.22.

Рис. 21.22. Стандарт корпусов с улучшенными температурными характеристиками предполагает наличие воздухозаборника и вентиляционного отверстия на боковой крышке

Снаружи воздухозаборник, как правило, закрыт решеткой. Пример боковой крышки, оснащенной воздухозаборником, а также вентиляционным отверстием, показан на рис. 21.23.

Воздухозаборник — наиболее важная часть корпуса с улучшенными температурными характеристиками. А его размещение оказывает огромное влияние на быстродействие системы. Воздухозаборник располагается строго над центром радиатора; при этом расстояние от воздухозаборника до верхней границы радиатора должно составлять 12-20 мм. Это обеспечивает захват вентилятором только прохладного воздуха за пределами корпуса; попавший таким образом внутрь прохладный воздух немного охлаждает и другие компоненты системы. Схема размещения воздухозаборника относительно верхней границы радиатора, установленного на процессоре, приведена на рис. 21.24.

Поскольку корпуса значительно различаются размером и формой, в стандарте определяется положение воздухозаборника, а также вентиляционного отверстия относительно стандартной системной платы формфактора АТХ.

Рис. 21.23. Боковая крышка, оснащенная воздухозаборником и вентиляционным отверстием (вид сбоку)

Рис. 21.24. Расположение воздухозаборника относительно радиатора, установленного на процессоре

Добавление воздухозаборника весьма заметно отражается на работе системы. Ниже приведены результаты, полученные компанией Intel при изучении температурного режима системы, работающей под управлением Windows ХР и оснащенной процессором Pentium 4 с частотой 3 ГГц, системной платой D865PERL, видеоадаптером GeForce4, памятью DDR400, жестким диском, накопителем CD-ROM, звуковой платой, а также двумя вентиляторами диаметром 80 мм, установленными на передней и задней панелях системного блока. Значение температуры окружающей среды при этом составляло 25°С (77°F).

Как видите, добавление воздухозаборника привело к уменьшению температуры процессора на 7°С (12,6°F), причем это также сопровождалось уменьшением частоты вращения радиатора. В результате процессор меньше греется, вентилятор вращается с меньшей скоростью, а система в целом работает намного тише. Как видите, даже при наличии в системе двух вентиляторов добавление воздухозаборника позволяет значительно уменьшить температуру процессора.

Отдавая предпочтение корпусу с улучшенными температурными характеристиками, вы обеспечиваете не только надежную работу процессора даже в нестандартных условиях окружающей среды, но также продлеваете время работы вентилятора, охлаждающего процессор.

3 Контрольные вопросы

3.1 Назначение и разновидности жидкостных систем охлаждения

3.2. Конструктивные особенности и принцип действия тепловых трубок

3.3. Основные компоненты водяного охлаждения. Недостатки.

3.4.Отличительные особенности улучшенной технологии жидкостного охлаждения от Intel (ALCT)

3.5. Достоинства и недостатки криогенного охлаждения

3.6. Требования к шасси с улучшенными температурными характеристиками

3.7. Воздухозаборник. Назначение. Конструктивные особенности.