Как правильно организовать охлаждение в игровом компьютере

⇡#Методика тестирования и стенд

Краткое описание всех компонентов системы произведено. Для большей наглядности список всего железа тестового ПК, а также сопутствующие приборы и программное обеспечение приведены в таблице ниже.

Тестирование проводилось в изолированном помещении, температура в нем менялась в диапазоне от 23,3 до 24,5 градусов Цельсия. Первым и самым главным этапом стало изучение эффективности охлаждения основных компонентов системы в зависимости от подключения (разное количество, разная направленность работы) корпусных вентиляторов. Для получения стабильных результатов все вентиляторы в системном блоке работали с фиксированной частотой: корпусные вентиляторы — ~950 об/мин (50 %); вентилятор процессорного кулера — ~1400 об/мин (100 %); вентиляторы видеокарты — ~1330 об/мин (50 %). Не было возможности контролировать вращение вентилятора только у блока питания, но справедливости ради отмечу, что PSU все время находился за заградительной перегородкой, а потому никак не влиял на тестирование.

Производилось измерение температуры следующих компонентов системного блока:

• Самое горячее ядро центрального процессора (Core Max).
• VRM материнской платы.
• GPU дискретной видеокарты.
• VRM дискретной видеокарты.
• Оперативная память.
• Чипсет.
• Накопители.

Мониторинг большинства параметров системы осуществлялся при помощи программы HWiNFO64 5.70. Нагрев конвертеров питания материнской платы и видеокарты производился при помощи токовых клещей (через подключение термопары) и тепловизора. Названия измерительных приборов приведены в таблице.

Тестирование проводилось в двух режимах нагрузки: при помощи программы Prime95 29.3 (30 минут) и игры «Ведьмак-3: Дикая охота» (максимально возможные настройки качества графики, Ultra HD, 60 минут). На графиках указана максимальная температура, достигнутая за отведенный отрезок времени.

На втором этапе тестирования была изучена зависимость эффективности охлаждения компонентов системы от типа используемого процессорного охлаждения. Также было проведено тестирование накопителя Team Group T-FORCE CARDEA 480 Гбайт методом установки этого SSD в различные слоты M.2 на материнской плате MSI Z370 GAMING M5. Нагрузка накопителей осуществлялась при помощи программы Iometer 1.1.0. В рамках этого эксперимента ЗУ нагружалось последовательными операциями с глубиной очереди запросов в 32 команды.

⇡#Результаты тестирования

В тестовый системный блок было установлено шесть вентиляторов Thermaltake Riing Plus 12 RGB Radiator Fan TT Premium Edition. Процессорный кулер, видеокарта и SSD были установлены так, как показано на фотографии ниже.

Тестовый стенд

Всего было испытано восемь режимов:

• Вариант №1. Без активной работы корпусных вентиляторов.
• Вариант №2. Активная работа нижнего вентилятора (на вдув), установленного на передней панели корпуса.
• Вариант №3. Активная работа вентилятора (на выдув), установленного на задней панели корпуса.
• Вариант №4. Активная работа вентилятора (на выдув), установленного на задней панели, и вентилятора (на выдув), установленного на верхней панели корпуса.
• Вариант №5. Активная работа вентилятора (на выдув), установленного на задней панели, и нижнего вентилятора (на вдув), установленного на передней панели корпуса.
• Вариант №6. Активная работа вентилятора (на выдув), установленного на задней панели, и двух нижних вентиляторов (на вдув), установленных на передней панели корпуса.
• Вариант №7. Активная работа вентилятора (на выдув), установленного на задней панели, и вентилятора (на вдув), установленного на нижней панели корпуса.
• Вариант №8. Активная работа всех корпусных вентиляторов.

Первое, на что обращаешь внимание, — это, конечно же, тип нагрузки. Да, Prime95 серьезно нагружает центральный процессор, однако сильнее всего системный блок «страдает» именно в играх. Впрочем, все логично — видеокарта с TDP 250+ Вт заметно сказывается температурах, наблюдаемых внутри корпуса.

Естественно, самым неэффективным оказался вариант без активных корпусных вентиляторов. Системам охлаждения процессора и видеокарты, хоть и насчитывается сразу четыре активных вентилятора, оказывается достаточно трудно нагнетать прохладные потоки через вентиляционные отверстия Thermaltake Core X31. А ведь в стенде используется огромнейший корпус объемом почти 63 литра! В другом компьютерном «жилище», меньшего объема, ситуация усугубится еще сильнее.

Во время испытаний контролировалось в том числе и динамическое изменение частоты графического ядра видеокарты. К сожалению, пользователь не может контролировать этот параметр вручную. При нагреве GPU до определенной величины начинает снижаться частота процессора GeForce GTX 1080 Ti. Результаты выглядят следующим образом:

• Вариант №1 — изменение частоты с 1974 до 1886 МГц.
• Вариант №2 — изменение частоты с 1974 до 1924 МГц.
• Вариант №3 — изменение частоты с 1974 до 1924 МГц.
• Вариант №4 — изменение частоты с 1974 до 1924 МГц.
• Вариант №5 — изменение частоты с 1974 до 1936 МГц.
• Вариант №6 — изменение частоты с 1974 до 1949 МГц.
• Вариант №7 — изменение частоты с 1974 до 1936 МГц.
• Вариант №8 — изменение частоты с 1974 до 1949 МГц.

Считаю, что одного вентилятора тоже недостаточно для эффективного вывода нагретого воздуха. Судите сами, при работе одной крыльчатки, установленной на передней стенке корпуса, температура центрального процессора под нагрузкой Prime95 упала всего на 4 градуса Цельсия. В стенде установлена видеокарта с тремя вентиляторами, длиной 325 мм. Очевидно, что такой графический адаптер преграждает путь потоку прохладного воздуха к процессорной СО.

Минимальное необходимое число вентиляторов в Tower-корпусе — два, естественно, один «карлсон» лучше установить на передней панели на вдув, второй — на выдув.

Совершенно неудивительно, что самым эффективным оказался вариант №8. Максималисты могут смело взять его на вооружение. В играх удалось достичь максимально низкого нагрева центрального процессора и видеокарты. Следовательно, толк от установки на переднюю панель корпуса двух и даже трех вентиляторов, несомненно, есть. В сравнении с пятым вариантом в «Ведьмаке-3» удалось достичь снижения температуры самого горячего ядра Core i7-8700K на целых 10 градусов Цельсия, а GPU — на 4 градуса Цельсия!

Для получения адекватных результатов, которые можно сравнивать друг с другом, вентиляторы работали на фиксированных частотах вращения. Думаю, вы прекрасно понимаете, что на эффективность охлаждения компонентов системного блока повлияет изменение оборотов вентиляторов в большую или меньшую сторону. Также результаты изменятся, если вместо 120-мм крыльчаток использовать нагнетатели воздуха меньшего или большего диаметра. В продаже находится несколько сотен различных моделей вентиляторов. Важно соблюсти баланс между эффективностью охлаждения и уровнем шума. Поэтому очень здорово, что современные материнские платы могут управлять вращением лопастей вентиляторов, даже не оснащенных ШИМ.

В комплекте с любым корпусом и процессорным корпусом идет инструкция, в которой черным по белому написано, как правильно устанавливать вентиляторы. Так что в этом деле нет смысла изобретать велосипед, пытаться перехитрить законы физики и придумать что-то свое.

Приведу наглядный пример. Для доказательства моих слов я специально собрал «неправильный» стенд. Система работала в следующих режимах:

• Вариант №1. Активная работа вентилятора (на выдув), установленного на задней панели, и нижнего вентилятора (на вдув), установленного на передней панели. Правильный вариант.
• Вариант №2. Активная работа вентилятора (на вдув), установленного на задней панели, и нижнего вентилятора (на выдув), установленного на передней панели. Вентилятор процессорного кулера направлял воздух в сторону задней стенки.
• Вариант №3. Активная работа вентилятора (на вдув), установленного на задней панели, и нижнего вентилятора (на выдув), установленного на передней панели. Вентилятор процессорного кулера направлял воздух в сторону передней стенки.

В случае с третьим вариантом вентилятор на задней панели, вдувающий воздух, по сути, ничего не охлаждает, но только мешает крыльчатке процессорного кулера «выбрасывать» нагретый воздух за пределы корпуса. В то же время нижнему вентилятору, закрепленному на передней стенке кейса, нечего выбрасывать, так как горячий воздух находится сверху. Наоборот, этот «карлсон» только забирает столь необходимую для видеокарты «прохладу». В результате температура GPU увеличилась на 11 градусов Цельсия.

Второй вариант неправильной установки вентиляторов оказывается не сильно лучше. Думаю, очевидно, что рассматривать другие несуразные способы размещения «карлсонов» в корпусе ПК нет никакого смысла.

В случае со вторым вариантом частота GPU менялась в диапазоне от 1974 до 1810 МГц, в случае с третьим вариантом — в диапазоне от 1974 до 1873 МГц. Как видите, MSI GeForce GTX 1080 Ti GAMING X TRIO еще и серьезно «сбрасывала» частоту графического процессора.

Необслуживаемая система жидкостного охлаждения Thermaltake Floe Riing RGB 240 TT Premium Edition

Очевидно, что главную роль в деле охлаждения GPU и CPU играют кулеры и корпус. К сожалению, я не смог достать версию GeForce GTX 1080 Ti с охладителем Blower-типа (в простонародье — турбиной), однако вдоволь поигрался с различным процессорным охлаждением. Помимо Thermaltake Frio Silent 12, в эксперименте приняли участие двухсекционная необслуживаемая «водянка» Thermaltake Floe Riing RGB 240 TT Premium Edition и кулер Down Flow-типа Thermalright AXP-200R. Во всех случаях работали вентилятор (на выдув), установленный на задней панели, и нижний вентилятор (на вдув), установленный на передней панели корпуса. Thermaltake Frio Silent 12 был протестирован в двух положениях: вертикальном и горизонтальном.

В этом тесте интересен не показатель нагрева центрального процессора. Очевидно, что с охлаждением Core i7-8700K лучше всех справится СВО от компании Thermaltake. Здесь интересно проследить за тем, как изменится температура других компонентов системного блока. Например, при установке «водянки» исчезает эффект, когда вентилятор процессорного кулера дополнительно обдувает элементы VRM-зоны материнской платы. В некоторых случаях это может привести к серьезному перегреву компонентов конвертера питания и, как следствие, к нестабильной работе системы. Кулер типа Down-Flow, наоборот, обдувает околосокетное пространство, включая модули оперативной памяти. Однако при таком охлаждении нагретый воздух хуже покидает пределы корпуса.

Результаты все же считаю очевидными. Да, «водянка» великолепно справляется с охлаждением очень горячего процессора, но в случае применения такого типа оборудования необходимо обзавестись хорошо вентилируемым корпусом — VRM-зона матплаты стала греться заметно сильнее. Впрочем, никаких критичных температур не получено. Выходит, охлаждение в таком просторном корпусе организовано верно.

В остальных случаях мы наблюдаем примерно равные результаты.

Варианты установки SATA-накопителей в Thermaltake Core X31: красная рамка — в корзины; синяя рамка — за шасси

Отдельно затрону тему охлаждения накопителей. Core X31 позволяет установить 2,5- и 3,5-дюймовые запоминающие устройства двумя различными способами. Первый — в устаревшие морально корзины. Логично, что этот вариант пригодится тем, кому необходимо большое количество данных. Однако в игровой ПК, как правило, устанавливается один SSD и один HDD. Такого набора вполне достаточно для быстрой работы и содержания небольшой библиотеки предустановленных игр. Предполагаю, в том числе и поэтому производители корпусов постепенно отказываются от корзин, занимающих много места, а в случае с дешевыми устройствами еще и портящих внешний вид.

В моем случае — случае использования жесткого диска Western Digital WD10EFRX и твердотельного накопителя Western Digital WDS100T1B0A — мне никак не удалось добиться высоких температур при постоянной нагрузке в виде последовательных операций с глубиной очереди запросов в 32 команды. Даже при неактивной работе корпусных вентиляторов максимальная температура жесткого диска составила всего 36 градусов Цельсия. При работе на вдув вентилятора, установленного в нижней части передней панели, жесткий диск и вовсе нагревался всего до 29 градусов Цельсия.

Примеры нагрева Western Digital WDS100T1B0A, установленного под видеокартой, в различных условиях приведены на первых двух графиках.

Материнская плата MSI Z370 GAMING M5. Посадочные места под установку M.2-накопителей

Гораздо интереснее обстоит дело с охлаждением производительных NVMe-накопителей. Такие SSD обладают очень высокой производительностью, но и серьезно греются. Поэтому троттлинг является достаточно распространенным явлением среди подобных устройств.

Материнская плата MSI Z370 GAMING M5 оснащена двумя посадочными местами под установку M.2-накопителей. Первый слот находится рядом с процессорным гнездом, над самым верхним портом PCI Express x16. Второй слот распаян прямо под вторым портом PCI Express x16. Например, в системе при использовании двух SSD и двух видеокарт один из накопителей будет обязательно перекрыт графическим ускорителем. В некоторых матплатах единственное посадочное место под установку M.2-накопителя по умолчанию расположено под PEG-портом, предназначенным для установки 3D-ускорителя.

Вооружив систему NVMe-накопителем Team Group T-FORCE CARDEA (без системы охлаждения), я провел небольшой эксперимент. Сначала этот SSD был установлен в верхний M.2-порт, а затем — в нижний. Во втором случае накопитель был накрыт видеокартой. Также я протестировал фирменный радиатор MSI M.2 Shield. Результаты, на мой взгляд, оказались весьма интересными. Во всех трех случаях работали вентилятор (на выдув), установленный на задней панели, и нижний вентилятор (на вдув), установленный на передней панели корпуса. В итоге получаем четыре варианта установки:

• Вариант №1. Накопитель установлен в верхнем слоте. Без радиатора.
• Вариант №2. Накопитель установлен в нижнем слоте (накрыт видеокартой). Без радиатора.
• Вариант №3. Накопитель установлен в верхнем слоте. С радиатором M.2 Shield.
• Вариант №4. Накопитель установлен в нижнем слоте (накрыт видеокартой). С радиатором M.2 Shield.

Team Group T-FORCE CARDEA без родного охлаждения в виде радиатора очень сильно греется. Установка M.2 Shield немного снижает температуру SSD, но этот момент актуален только для варианта с установкой в верхний порт M.2. Если такой накопитель накрыть видеокартой, то отводить тепло от радиатора попросту нечему.

Как и в случае с видеокартой, нагрев SSD провоцирует падение производительности. Так, в первом варианте за пять минут скорость операций чтения упала с 2292 до 1760 Мбайт/с, а выполнение операций записи — с 1550 до 755 Мбайт/с. Во втором варианте быстродействие в операциях чтения снизилось с 2290 до 1600 Мбайт/с, а записи — с 1550 до 603 Мбайт/с.

В общем, при использовании производительного M.2-накопителя важно подобрать материнскую плату, у которой порт M.2 будет расположен в правильном месте. Во-вторых, исчерпывающие обзоры SSD на нашем сайте дадут полное представление о том или ином запоминающем устройстве.

Варианты установки блока питания в Tower-корпусе

Было проведено несколько экспериментов с блоком питания. Я устанавливал его вентилятором вверх и вниз, снимал и возвращал на место забрало, отделяющее PSU от остальных комплектующих. В результате в играх термопара, прикрепленная к одному из радиаторов, охлаждающих цепь полевых транзисторов, постоянно фиксировала один и тот же показатель температуры. Видимо, чтобы почувствовать хоть какую-нибудь разницу, действительно необходимо нагрузить Thermaltake Smart Pro RGB 750W Bronze на все 750 Вт.

⇡#Выводы

Современные компьютерные Tower-корпуса обеспечивают не только лучший внешний вид игровому компьютеру, но и способствуют эффективному охлаждению даже весьма горячих изначально компонентов системного блока. Надеюсь, этот материал окажется полезен новичкам. Если при сборке системного блока в корпусе не оказалось вентиляторов или же имеется всего одна-единственная крыльчатка, то не пожалейте денежки на покупку дополнительного оборудования. Конечно же, вентиляторы необходимо устанавливать в правильных местах.

Как всегда, многих проблем можно избежать еще на этапе конфигурирования будущего игрового ПК. Небольшой эксперимент показал, что даже крупному Tower-корпусу необходимы вентиляторы, что уж говорить о компактных системах. Планом минимум будем считать наличие в корпусе двух вентиляторов, работающих на вдув и выдув соответственно. Такая схема заметно облегчит работу и процессорному кулеру, и СО видеокарты. Однако после тестирования я пришел к выводу, что для производительных систем точно не будет лишней установка большего числа вентиляторов. Поэтому считаю тенденцию избавления от корзин для жестких дисков и лишних проводов верной. Производители корпусов делают все правильно.