Качественное охлаждение – залог быстрой и бесперебойной работы любого компьютера. Обеспечить оптимальную температуру в системном блоке можно разными способами, поэтому выбор системы охлаждения часто становится предметом горячих споров. Спорщики делятся на два лагеря: вода и воздух. Попробуем разобраться в преимуществах и недостатках воздушного и жидкостного охлаждения.

Важная проблема микроэлектроники

Одна из важных проблем, которую приходится решать производителям микроэлектронных компонентов — это тепловыделение. Миллионы транзисторов внутри кристалла кремния выделяют тепло, и изменить ситуацию невозможно даже путем перехода на все более и более компактные техпроцессы. Тайваньская компания TSMC подтвердила, что будет готова запустить массовое производство продукции по 3-нм техпроцессы во второй половине 2022 года, а поставки продукции на новом техпроцессе запланированы на 2023 год.

Но даже сверхминиатюрные транзисторы при работе нагреваются, и это явление нельзя игнорировать, поскольку физические параметры кремния меняются под влиянием температуры, что в итоге может привести к нарушению режима работы микросхем и выходу из строя.

Нагрев становится потенциальной проблемой даже для одной микросхемы, но еще больше она обостряется, когда речь идет о готовых системах, содержащих множество выделяющих тепло полупроводниковых элементов, например, о корпусе современного компьютера. Процессор, видеокарта, блок питания и даже микросхемы чипсета на материнской плате в процессе работы нагреваются до весьма высоких температур. У Ryzen 5 2600, например, максимальная температура равняется 95 градусам. При такой температуре вода близка к закипанию и может вызвать ожог при соприкосновении с кожей.

Разумеется, производители микроэлектронного оборудования принимают все меры, чтобы защитить компоненты от перегрева, а их владельцев от ожогов. Для этого в каждом системном блоке имеется система охлаждения.

Принцип работы охлаждения

В соответствии с законами физики для того, чтобы отвести тепло от горячего компонента, нужно организовать процесс теплопередачи, в виде контакта с чем-то более холодным, причем крайне желательно, чтобы более холодный компонент имел высокую теплопроводность. В этом случае передача тепла будет происходить быстрее. Компоненты, которые отводят тепло, называют радиаторами. Их изготавливают из максимально теплопроводных материалов с минимальной теплоемкостью, например, из меди. Благодаря этому радиаторы быстро поглощают тепло от горячего процессора и быстро отдают его, не накапливая в себе.

Следующая стадия процесса избавления от избыточного тепла — охлаждение самого радиатора, поскольку если этого не сделать, в конце концов он нагреется до температуры процессора, который должен охлаждать. И здесь как раз появляются варианты.

Воздух: просто и привычно

Самый распространенный способ охлаждения компьютерных систем — это воздушное охлаждение. Оно может быть пассивным, как, например, радиаторы на нагруженных элементах материнской платы (чипсет, цепи питания и т.п.) или активным в виде радиатора с вентилятором.

Медные тепловые трубки отводят тепло от процессора к алюминиевым ребрам радиатора. Число и толщина трубок влияют на интенсивность теплообмена: чем больше трубок, тем лучше переносится тепло. Уровень изгиба и расположение трубок также играют немаловажную роль.

Заключительный этап  — рассеивание тепла с помощью вентилятора. Конструкция вентилятора, как и скорость его вращения прямым образом влияют на его производительность. Его задача — отвести тепло от пластин радиатора и  снизить температуру процессора.

Воздушные радиаторы эффективны лишь при большой площади теплорассеивания. Именно поэтому качественные кулеры чаще всего представляют собой «башню», рассчитанную на установку 14-см вентилятора. Очевидно, что размер кулера ограничен размерами корпуса, элементами охлаждения системной платы, видеокарты.

Если продув корпуса недостаточный, вентиляторы процессора и видеокарты просто гоняют по кругу горячий воздух, который уже не может забирать тепло от пластин радиаторов. Тепло накапливается в корпусе и вызывает перегрев, в результате которого  может сработать система защиты, которая вырубит компьютер. В худшем случае перегревшийся компонент может просто сгореть.

Для высокопроизводительных систем, а также для компьютеров, владельцы которых используют разогнанные компоненты, возможностей воздушного охлаждения может быть недостаточно без риска превратить свое устройство в источник повышенного шума, а помещение — в филиал аэропорта. Помочь в этом случае может использование жидкостного охлаждения.

Жидкость: хайэнд для любителей тишины

Жидкостная система охлаждения — это более сложный в монтаже и гораздо более затратный способ отвести избыточное тепло из компьютера. Но результат порадует: система становится не только заметно прохладнее, но и тише, а во многих случаях — красивее. Именно жидкостное охлаждение устанавливают в рабочие станции экстремальной производительности и игровые компьютеры премиум-класса.

Например, в высокопроизводительной рабочей станции Altos BrainSphere P555 F5 используется жидкостная система охлаждения. Она позволяет качественно охладить процессор серии AMD EPYC 7003 / 7002 Series с тепловыделением до 280 Вт, на базе которого построена рабочая станция, и устранить шум, характерный для воздушного охлаждения. Возможностей заводской системы жидкостного охлаждения достаточно и для охлаждения графической подсистемы станции P555, которая может быть представлена четырьмя высокопроизводительными графическими процессорами NVIDIA AMPERE.

Жидкостное охлаждение вместо медных трубок использует трубки с водой или специальной жидкостью, которая имеет большую теплопроводность и высокую теплоемкость. Небольшие медные или алюминиевые пластины — водоблоки, — снимают температуру с чипа или процессора и передают ее жидкости, а та, в свою очередь, отдает ее радиатору. Радиаторы водяных систем охлаждаются обычными вентиляторами.

Системы жидкостного охлаждения (СЖО) можно купить в виде готового к использованию комплекта (AIO от английского «all in one» — «все включено») или собрать самостоятельно. Серийные системы бывают обслуживаемыми и необслуживаемыми. Они отличаются тем, что в обслуживаемых можно долить жидкость или полностью заменить ее, а необслуживаемые лишены этой возможности.

Профилактическое обслуживание СЖО более трудоемко, чем обслуживание воздушных кулеров. Жидкость со временем теряет свои свойства, добавки оседают на трубках, что может привести к поломке системы. Трудности могут возникнуть с необслуживаемыми системами, где невозможна чистка или замена компонентов. В обслуживаемых и кастомных СЖО предусмотрена замена хладагента и комплектующих: время от времени придется полностью осушать систему, разбирать ее, промывать трубки и шланги, очищать радиатор и водоблок, а затем снова собирать, не забывая проверять систему на утечки.

Заключение

В большинстве случаев система жидкостного охлаждения эффективнее, чем воздушная. Разумеется, вполне можно подобрать кулер, который покажет лучшие результаты, чем недорогая СЖО, но это скорее исключение, чем правило. Вода имеет большую теплопроводность, чем воздух, а кроме того, в СЖО находится больший объем хладагента и он быстрее циркулирует по системе, а следовательно, лучше охлаждает центральный процессор.

Учитывая более высокую стоимость и более сложное обслуживание СЖО, выбирать её имеет смысл для высокопроизводительных систем, использующих топовые версии процессоров, либо разогнанные до максимума процессоры.

Если же вы не энтузиаст, готовый заниматься сборкой кастомной системы жидкостного охлаждения или установкой готового комплекта, целесообразно выбрать мощную рабочую станцию, оснащенную заводской СЖО.