Vége egy olyan teszt ahol különböző blokkok tudásával is megismerkedhetünk

Az elmúlt héten különféle CPU hűtőblokkokkal kísérleteztem. Az teljesen nyilvánvaló, hogy elvileg az a jó, ha a CPU-ra szerelt vízhűtőblokk felülete minél nagyobb. De vajon itt mennyi lehet a nyereség? A hely és a CPU mag mérete erősen korlátozza a blokk méretét. Utóbbi azért tragikus, mert kis helyen nagy hőmennyiség szabadul fel. Nézzünk csak egy hűtőborda+CPU vázlatot:

Egy hagyományos CPU hűtőborda esetén is a CPU mag felett és annak szűk környezetében található hűtőlapok adják le a legtöbb hőt. A hűtő talpvastagságának növelésével ugyan jobban elvihető a hő a szélső helyekre is, de gondolkozzunk csak egy kicsit:

A vörösréz hővezetési tényezője 395.5 J/(mKs), az alumíniumé 223 J/(mKs) , vegyök felembe, hogy a J=Ws, így:

Ahol az "m" a méter, a "K" a Kelvin fok, az "s" a másodperc, a "W" a Watt és végül a "J" a Joule.

A hő a fémekben irány függetlenül terjed. Nyílván minél vastagabb a hűtő talpa, azaz hőelosztó része, annál nagyobb a hőmérsékletkülönbség a processzor maggal érintkező felület és a vízzel érintkező felület között, hiszen a hőnek a vastagság növelésével egyre nagyobb "utat kell megtennie".

Némi számítással mindenki meghatározhatja a fennti adatokból, milyen az optimális talpvastagság. Én 40x40mm alapterületű hűtőre kiszámoltam és réz esetén 4.1mm adódott, alumínium esetén 7.2mm jött ki. A talp részt egyenleges vastagságúnak vettem....

A hőátadó felület nagyságét adott méret mellett érdemes maximalizálni, én most ezt találtam ki:

A kiindulási alap két 40x40x10-es vörösréz tömb volt. Az egyik rendesen ki lett "vájva", míg a másiknak a közepe teljes magasságban meg lett hagyva és fűrésszel be lett vagdosva. A bal oldalon tátható rész lesz a jobb oldalinak a fedele. Mivel az átlós pontokba helyeztem el a csonkokat, így a víz feltehetőleg mindenütt áramolni fog. Így néz ki készen:

Ekkor még nem volt lefestve. A fekete társa a múltkor bemutatott "csipkerózsika", aki lemarad erről, akkor íme a belső kialakítása:

Egyik sem egy szépség belülről, de ha hatékonyan működik, akkor ez talán nem olyan nagy tragédia, úgy is csak kívülről látszik.

Gondoltam kipróbálom mit is tudnak ezek a blokkok. Korábbi tapasztalataim szerint a hűtővízhez képest 6-10 fokkal melegebb a processzormag. Ez attól függ, hogy milyen CPU van a blokk alatt, valamint mennyire lett tuningolva.

A processzorok disszipációját sokkal inkább a feszültség emelés növeli, a frekvencia kevésbé mérvadó (tisztelet a kivételnek). Pl. ha egy 1.575 Volton üzemelő P4-es processzor 1.85 Voltot kap és a frekvencia változatlan akkor 38%-al több hő fejlődik, míg ha pl. egy eredetileg 1.75 Volton járó AMD processzort 1.85 Volttal táplálunk, akkor kb. 12 %-al melegszik jobban a CPU (ám ha 2 Voltot kap, akkor 31%-al).

Vízhűtés esetén két helyen alakul ki "számottevő" hőmérsékletkülönbség. Az egyik a CPU mag és a hűtőblokk között, a másik a meleg leadó egység és a levegő között. A többi elhanyagolható, mert normális esetben a CPU hűtőblokkja olyan meleg, mint a hűtővíz és a meleg leadó radiátor is olyan hőmérsékletű, mint a benne keringő víz.

Ha nem lenne hőmérséklet különbség, akkor nem lenne hőáramlás sem, így a fennti dolgokat minimalizálni lehet, de sosem lehet nullává tenni.

Röpke blokk versenyt rendeztem. Egyrészt arra voltam kíváncsi, hogy mennyit számít valójában, hogy ha egy blokk rézből vagy alumíniumból van, másrészt az előbbi két blokk (csipkés és fűrészelt) miként viszonyul ehhez. A lehetőségekhez képest azonos tesztkörnyezetet biztosítottam.

Egy 1600+-os (1400MHz) AMD XP processzort 1666MHz-re küldtem fel és, hogy fokozzam a hőtermelést 1.85 Voltra állítottam az eredetileg 1.75 Voltos Core feszültséget. Így hozzávetőlegesen 87 Watt fűtötte a CPU hűtőblokkot.

Nos akkor sorba a blokkok, itt a belső kialakításokat láthatjuk:

Ezen kívül a következő blokkot is "beneveztem" a versenybe:

Ennek a belső kialakításáról csak ez a kép van. Itt vékonyabb csatornákon (5mm) áramlik a víz, mint az előbb bemutatott alumínium blokk esetén (ott 8mm). A keresztmetszet csökkentésével elértem, hogy már 4db csatorna is elfért. A csatornákat összekötő rész jóval vastagabb, az 7mm átmérőjű.

Nézzük a jellemzőket (beszámoztam a képeken a blokkokat):

A fedél felületét nem számoltam bele, azért, mert a hőleadás zöme úgy sem ott zajlik le. Az jó kérdés, hogy egy forrasztott fedő, a forrasz anyag miatt mekkora hőellenállást képez. Igaz alumínium esetén csak a ragasztás jöhetett szóba.

Azt sem árt tudnunk, hogy milyen a visszahűtő rendszer nézzük az elsőt:

Rendelkezésre állt egy másik is:

Mivel túl sok időre lett volna szükség minden blokkot megvizsgálni mindkét hűtőrendszerrel, így egyszerűsítettem a dolgon. Első körben a réz radiátort használtam és ezt hasonlítottam össze az alumínium meleg leadóval.

A meleg leadó egység az egyik esetben egy autóban használt radiátor, a másik esetben az általam készített alumínium egység. Mindegyiknek megvan a maga előnye és hátránya. Nyílván az autó radiátor a hőleadó felületével tűnik ki. Ám itt okvetlenül ventilátor "hegyekre" van szükség, mert a meleg levegő a sűrű lamellákból forszírozott légáram nélkül nem tud távozni. Kipróbáltam, ha nincs rajta ventilátor, akkor simán felmelegedett 58 fokosra a hűtővíz.

A bemutatott alumínium radiátornak ugyan kisebb a hőleadó felülete, de a ritkább bordázottság miatt a felmelegedett levegő akár ventilátor nélkül is könnyedén távozni tud (néma PC alapköve, vagy a ventilátoros radiátort messze kell tenni).

Először nézzük a blokkok hűtési képességeit a 3db ventilátorral felszerelt autó radiátorral.

1-es blokk eredménye:

A System 2-es pontban az aktuális hűtővíz hőmérséklet látható, ami jelen esetben teljes terhelés esetén 36 fok körül volt, a CPU kb. fél órás hajsza után 48.4 fokos volt. Vagyis egy alumínium hűtőblokkal ilyen eredményre számíthatunk. De nézzük csak, mi van akkor, ha ugyanez a blokk rézből készül:

2-es blokk produkciója:

A hűtővíz gyakorlatilag ugyanolyan meleg volt (36.2, itt 36.4 fok), ám a CPU itt 3.1 fokkal hidegebb lett. Ebből az látszik, hogy nem olyan eget rengető a különbség egy alumínium és egy réz blokk körött. Nyílván az alumínium hűtőblokkot chipsetre GPU-ra érdemes tenni, mert könnyű, így nem húzza le pl. a videokártyát. De azt se felejtsük el, hogy egy chipset, vagy GPU jóval kevesebb hőt termel jóval nagyobb felületen, így ott az a tény, hogy a blokk rézből készül vagy alumíniumból gyakorlatilag semmit sem számít!

Nézzük mint tud a fűrészelt csoda a 3-as jelzésű blokk:

A hűtővíz valami miatt itt 1 fokkal hidegebb volt, mint az előző két esetben. Az okát nem nagyon értem, a szobában végig 24 fokot mutatott a hőmérő. Na mindegy, ettől függetlenül 44 fokos volt ezzel a blokkal a CPU.

Megjegyzem, hogy a System1 pontban mért hőmérséklet a levegő hőmérséklete! Bár ezt előbb is írhattam volna...

A csipkés 4-es számmal jelzett blokk eredménye:

A hűtővíz és a hűtőlevegő hőmérséklete gyakorlatilag ugyanannyi volt, mint az első két esetben. A CPU pont olyan meleg volt, mint a 2-es számú réz blokk alkalmazásával. Így a bonyolult kialakítás egyáltalán nem hozta meg a gyümölcsét.

Végül a négy hosszanti járatot tartalmazó 5-ös számú blokkal elért hőmérsékletek:

Ez eddig a legjobb (a legkisebb különbség a víz és a CPU között)!!! Készítettem egy összehasonlító táblázatot, itt a hőmérsékletek is szerepelnek, nem csak a blokkok adatai:

Lelki világunk:

Ha ránézünk egy 45 fok körüli CPU hőmérsékletre, és alacsonyabbat szeretnénk, akkor el kell gondolkodnunk, hogy hol lehet nyerni a dolgon. Mert a blokk tesztből látszik, hogy ha rézből van a hűtőblokk, akkor már majdnem azt mondatjuk, hogy megtettük mindent amit csak lehetett. A belső kialakítástól nem igazán függ a CPU hőmérséklete. Ha a lehetőségekhez képest zegzugos a kialakítás, az esetek többségében már elég.

Ne feledjük, itt nem egy normál körülmények között üzemelő CPU-val teszteltem, hanem egy felturbózott processzorral. Ha alapfrekvencián és alapfeszültségen ját volna a processzor, akkor jóval alacsonyabb hőmérsékletre lehet számítani.

Ezen a képen az az eset látható, amikor a gyári beállításoknak megfelelően üzemelt a processzor. Ekkor maximális terhelés esetén is tartani lehetett a 40 fokos hőmérsékletet. Amikor a CPU nem volt teljesen kihasználva, akkor 35-36 fok körül mozgott, ami már tényleg kellemesnek mondható.

Ha nincs a hűtőrendszerben aktív hűtőközeg visszahűtés (pl. peltier elem vagy gázkompresszoros hűtő), akkor a hűtőlevegőnél eleve nem lehet hidegebb a CPU. De még ezt sem érhetjük el, maximum akkor, ha kis teljesítményű a processzor és órákon keresztül járattuk a CPU Cool programot, vagy egyéb szoftveres hűtőprogramot. Persze, akkor nem használhatjuk a gépet, mert a használat erőforrás felhasználást jelent, ami a CPU melegedését okozza. Tehát a szoftveres hűtőknek nincs olyan nagy jelentőségük… hűtés szempontjából. Igaz ez energia megtakarítást is jelent!!!

Nézzük a víz visszahűtő, azaz a meleg leadó radiátor kérdését:

Sokakban tévhit él, hogy ha a CPU 30-40 fokkal hidegebb lenne, akkor biztosan még sok száz MHz-el jobban lehetne hajtani. Inkább az a fontos, hogy 60 fok alatt lehessen tartani a CPU-t, mert e felett már egyes esetekben instabilitás tapasztalható. De annak már nincs komoly jelentősége, hogy most 50 vagy 10 fokon üzemel a CPU! Esetleg a lelkünknek használ, bár a 10 fokos CPU eleve gázos, mert a hűtőnek kb. nulla fokosnak kell lenne, ami erős párásodáshoz illetve jegesedéshez vezetet.

A hűtők összehasonlításánál egy kicsit már teszt konfigurációt használtam, a blokk azonos volt az elő részen legjobb eredményt produkált 5-ös számú:

Teljesen zárt rendszerű mindkét bemutatott rendszer, tehát a gép szállítható, a tetejére állítva is üzemeltethető. Röviden összefoglalva:

1-es számú rendszer: Nagy felületű réz melegleadó egység 3db 8cm-es ventilátorral megtámogatva.

2-es számú rendszer: Alumínium hőleadó egység, ez bekerült két 5.25 helyre. Mivel így nem tudott szabadon távozni a levegő, így elölről 1db 7 Voltra kötött, gyakorlatilag néma csendben üzemelő ventilátor fújta a levegőt a bordák közé.

Arra voltam kíváncsi, hogy a CPU-t terhelve milyen hőmérsékleti értékek adódnak. Mindezt két frekvencián mértem. 1.2 GHz-en 1.75 Voltos default feszültségénél és 1.53GHz-en 1.85 Voltos beállításnál. Ez az AXIA sorozatú processzor ennyire volt képes. Illetve egy picit többre, mert 1570MHz-en is stabil.

Az előbb említettem, hogy ha az 1400MHz-en járó AMD XP 1.85 Volton 1666MHz-en jár akkor kb. 87 Wattal fűt. Nos az 1537 MHz-en hasító Thunderbird szintén 1.85 Volton kicsit durvább (az alacsonyabb frekvencia ellenére), kb. 90 Wattal kell ekkor megbirkózni.

Egy 1GBytos *.vob fájt konvertáltam ár MPEG4-be (DivX). Ez alaposan megizzasztja a processzort. kb. fél órán át kell szinte padlógázzal számolnia. Ezt a Flask nevezetű programmal oldottam meg. Ez azért is jó, mert borzasztóan érzékeny az instabilitásra, bármilyen rendellenességet észlel, azonnal kilép a programból. Így az egész rendszer stabilitását tesztelhettem.

A hőmérsékletet itt is CPU Cool nevű programmal mérem. A hűtő funkciót kikapcsoltam, hogy a lehetőségekhez képest maximálisan melegedjen a CPU. Ez a program a feszültségeket, a CPU frekvenciáját, CPU terheltségi állapotát és még számos egyéb dolgot kijelez.

Amikor az autó radiátor hűtötte a folyadékot:

A processzort terhelve 1535MHz-es 1.85 Volton a CPU hőmérséklete 40.3 fok. Nézzük meg egy kicsit később:

A hűtőlevegő itt is 24 fokos volt, a hőmérséklet a 40 fokos vonalnál ált be. Kapásból feltűnhet, hogy az AMD XP processzorral szerelt gép, magasabb CPU hőmérséklet mellett dolgozott. Igazából én is csak tippelni tudok az okokra, mert én sem ezt vártam volna... Ennyit számítana az az extra 130MHz?

Most nézzük a 2-es számú beépített alumínium hőleadós rendszer hőmérsékleti eredményért 1535MHz-en:

Itt nem a 40 fokos vonalnál volt a CPU hőmérséklet, hanem valamivel felette ( 43 fok). Tehát az a tény, hogy a gépben egy hatalmas réz radiátor van és rajta kényszerűségből 3db 12 Volton üzemelő 8cm-es ventilátor, vagy 1db alu radiátor, amint 1db 7 Volton üzemelő 8cm-es ventilátor van 3 fokot számít a hűtővíz hőmérsékletében (a réz radiátor javára).

Térjünk vissza a réz radiátoros rendszerre, amikor az AMD XP volt a rendszer egyik hőforrása. A levegő hűtővíz hőmérséklet különbség most nagyobb volt (igaz nem sokkal), mint a CPU hűtővíz hőmérséklet különbség. Míg az utóbbit 8 fok körül lehetett tartani, addig a radiátor a levegőnél 11-12 fokkal volt melegebb.

És nézzük csak: ha a szobában 24 fok van, a víz 12 fokkal melegebb és a CPU ennél 8 fokkal melegebb, akkor 24+12+8 azaz 44 fokos CPU hőmérséklet adódik.

Miként lehet ebből lefaragni?

A CPU blokknál ezt nehéz megtenni, ugyan a mag-blokk hőátmenet a jelentős, de ezt a békát le kell nyelni. Itt küzdelmek árán is csak kb. 1-2 fokot lehet megspórolni.

Már a helyzet a radiátornál. Itt a mért 12 fokos hőmérsékletkülönbséget akár felére is le lehet vinni, de ekkor növelni kell ráfújt levegő mennyiségét. Azt tapasztaltam, hogy a réz radiátorral az a gond, hogy nagyon lebutítja a ventilátort (1mm-es lamella távolság), azaz a levegő csak nehezen megy át rajta. Az alumínium radiátor alig fogja vissza ventilátort.

Ezen a képen a ventilátor mögött látható az alumínium hűtő.

Ám sokkal jobb eredményeket lehet elérni, ha a radiátor pl. a gép mögött áll. Igaz így nem mobil a gép, de így a hűtővíz a környezeti levegőhöz képest az AMD XP processzorral csak 5 fokkal lesz melegebb, ekkor mindkét oldalán van 1-1 8cm-es ventilátor. Így viszont már nem üzemel csendben a gép, így maximálisan terhelt CPU esetén is 38-39 fokon tartható a mag (1600+ 1666MHz-en).

Mivel a bemutatott gép, a szamitogep.hu teszt gépe és nem szeretném állandóan a ventilátorok zaját hallani, így inkább lemondok a kb. 6 fokkal alacsonyabb CPU hőmérsékletről és hagyom, hogy normális használat mellett 40 fok körül legyen és padló gáz esetén 44 fokon.

Végül kanyarodjuk egy kicsit más téma fele. Nyílván aki CPU-t tuningol az általában azért teszi, mert a játékok magasabb FPS-t szeretne elérni. Persze van, aki, tömörítést végez, de a többség játszani is szeret. Pl. az MPEG konverzió ideje kb. annyi százalékkal csökkent, mint amennyivel emeltük a CPU frekvenciáját. De mi a helyzet a játékok során?

A teszt összeállítás:

A teszt összeállításban szereplő Geforce 256-os kártya 120MHz-es GPU frekvencián üzemel és 333MHz-es memória frekvencián. Ezt én BIOSból módosítottam 150/400MHz-re. Ha a gép 1600+-os AMD XP CPU-val üzemel, akkor ezt produkálja a 3DMark2000-el:

Ebben a táblázatban sokkal erősebb videokártyák is szerepelnek. Ezekhez képest viszonylag jó eredményt produkált a V6800-es videokártya, de a játékok során (Wolfstein, Medal of Honor stb. FPS játékok) enyhén szólva érződik a kártya lassúsága. Noha a 7500 pontot majdnem el lehetett érni, de ez csak egy szám. A Geforce 3 Ti200 ennél 2000 ponttal azaz kb. 25%-al magasabb pontszámot ért el, de érzésre nem 25% a két kártya közti sebességkülönbség, hanem sokkal több…