Десять мифов о процессорах, про которые пора забыть
С компьютерным железом всегда было связано много мифов — часть из них действительно в некоторых случаях имеет смысл, но хватает и укоренившихся, типа «чем тяжелее блок питания, тем он лучше», или «чем больше видеопамяти, тем быстрее видеокарта». И в этой статье я разберу основные мифы, связанные с процессорами.
1. Чем больше частота, тем быстрее процессор
Миф уходит корнями в 90-ые, когда многие пользователи, дабы не разбираться в непонятных Intel 386, 486 и Pentium просто смотрели на частоту — если у какого-то процессора она была выше, то он действительно оказывался быстрее. Однако сейчас это в общем и целом не верно: процессоры могут иметь различные архитектуры с абсолютно разной производительностью на герц, поэтому какой-нибудь Apple A7 с частотой в 1.3 ГГц оказывается на уровне Snapdragon 800 с частотой в 2.2 ГГц и в этом нет ничего странного. Но если речь идет о процессорах одного поколения и одной линейки, то это в целом работает: так, i5-8400 с частотой в 2.8 ГГц действительно медленнее i5-8500 с частотой в 3 ГГц.
2. От разгона процессоры сгорают
Стоит различать программные и «железячные» параметры процессора. Так, частота — это чисто программный параметр: к примеру, для энергосбережения она может снижаться до сотен мегагерц, а при сильной нагрузке взлетать до нескольких гигагерц. Поэтому банальное увеличение частоты никак навредить не может — максимум вы получите нестабильную работу процессора, но сжечь его таким способом точно не сможете.
Совсем другое дело — напряжение. Это — «железячный» параметр: с одной стороны, чем выше напряжение, тем более высокие частоты становятся доступны процессору. С другой стороны, у каждого процессора есть безопасный диапазон напряжений, и при выходе из него есть ненулевой шанс обеспечить себе поход в магазин за новым CPU.
3. Высокие температуры быстро убивают процессор
Есть мнение, что работая при температурах, близких к максимальным, процессор проживет меньше. С физической точки зрения смысл в этом есть — при высоких температурах деградация кремниевого кристалла идет быстрее. Но тут есть два важных замечания: во-первых, критические температуры, которые указывают производители, берутся с хорошим запасом зачастую в пару десятков градусов. Во-вторых, срок жизни кремниевого кристалла — это многие десятилетия (сейчас хватает самолетов начала 90-ых годов, «мозг» которых — Intel 386 тех же лет, и они отлично работают), поэтому незначительное уменьшение срока жизни при нагреве вы гарантированно не заметите, сменив процессор гораздо раньше.
А вот что действительно может заставить деградировать процессор быстрее, так это повышение напряжения до близких к критическим: в таком случае негативные эффекты можно увидеть уже спустя год — процессор будет не способен нормально работать на той частоте, с которой не было проблем при покупке, и придется ее снижать.
4. Архитектура ARM лучше x86
В последнее время ведутся разговоры о том, что ARM лучше x86, и скоро будет массовый переход компьютеров на новую архитектуру. Тут следует понимать, что нет такого понятия, как хорошая или плохая архитектура — есть понятие хороший или плохой процессор. Сравнение ARM и x86 выглядит как сравнение атомного реактора и двигателя внутреннего сгорания: вроде и тот и тот берут на входе топливо и дают на выходе энергию, но делают это абсолютно разными способами, и чтобы сравнить их производительность и эффективность нужно уже брать конкретных представителей и сравнить их между собой. Аналогично и с архитектурами — имеет смысл брать представителей каждой и сравнивать, после чего делать вывод, что какой-то из них быстрее/энергоэффективнее/дешевле, а другой наоборот.
5. Чем больше ядер у процессора, тем лучше
Казалось бы, это логично: больше ядер — значит больше и производительность. На практике же все зависит от конкретной задачи: к примеру, игры до сих пор не умеют толком работать больше чем с 8-12 потоками, и может получиться так, что топовый 32-ядерный Theadripper будет показывать лучшую производительность, если отключить у него половину ядер. Так что выбирать процессор нужно не по количеству ядер, а по возможностям программ, в которых вы работаете: еще один пример — Photoshop, в котором до сих пор пара быстрых ядер выдает куда лучший результат, чем десяток медленных. Более того — до сих пор хватает софта, который негативно реагирует на гиперпоточность: при отключении логических ядер производительность может не упасть, а, наоборот, вырасти.
6. Все эти Xeon с AliExpress — головная боль и танцы с бубнами
В последние несколько лет популярность Xeon с китайских торговых площадок выросла в разы (как и цены на них, увы). Причина этому проста: сервера переводят на более новое «железо», а старое, отработавшее 5-7 лет, списывают и продают за копейки, и его с большим удовольствием скупают китайцы. В итоге зачастую за 500-2000 рублей на Ali можно купить топовый процессор для своего сокета, десктопный аналог которого может стоить в разы дороже.
Основная критика идет из-за того, что с сокетом LGA775 и Xeon 5450 (и аналогами), с которых все и начиналось, действительно есть некоторые проблемы — нужно перепрошивать BIOS, не все платы совместимы и так далее. Но если брать более новые процессоры и сокеты — к примеру, Xeon X3440 и LGA1156 — то тут проблем нет вовсе, потому что поддержка серверных CPU уже есть в BIOS материнских плат на LGA1156, и вам просто нужно заменить процессор в сокете, после чего все заработает без всяких танцев с бубном.
7. Если процессор не раскрывает видеокарту, то это плохой процессор
«Секта раскрывателей» образовалась всего несколько лет назад, когда с выходом PlayStation 4 и Xbox One создатели игр сильно увеличили требования к CPU. Что «проповедует» эта «секта»? Если процессор не может нагрузить видеокарту на 100%, то значит вы или зря заплатили за такую мощную видеокарту, или зря сэкономили на процессоре.
Почему вообще это происходит? Процессор в игре отвечает за подготовку кадров для видеокарты, физику, искусственный интеллект и т.д., соответственно он может подготовить определенное количество кадров в секунду — к примеру, 50. Видеокарта тоже может обработать и вывести на экран определенное количество кадров, и если их больше 50 в секунду — она некоторое время будет простаивать, а процессор «молотить» на 100%, если меньше 50 — наоборот, видеокарта будет работать на 100%, а процессор будет временами «отдыхать».
Причем следует понимать, что и топовые процессоры тоже могут подготовить не больше определенного количества кадров в секунду, просто в их случае эти цифры могут быть больше 100, а то и 200 — с учетом того, что их зачастую ставят с топовыми видеокартами и ультра-настройками графики, то обычно упор идет именно в GPU. Но если вы искусственно возьмете и снизите разрешение до HD, а настройки до минимальных, то можно будет увидеть, как какой-нибудь i9-9900K будет работать на 100%, а GTX 1060 прохлаждаться.
Отсюда можно сделать легкий вывод — от процессорозависимости можно всегда легко избавиться. Видеокарта прохлаждается? Поднимите настройки графики, увеличьте разрешение — в итоге вы получите более красивую картинку с ровно такой же производительностью. Разумеется, мы не рассматриваем случай, когда процессор тянет игру еле-еле в 15 FPS — даже в таком случае зачастую можно будет полностью нагрузить видеокарту, но вот играть будет все равно не приятно, хотя и, конечно, красиво.
8. 100% нагрузка на процессор убивает его быстрее
Не самый частый миф — обычно проводится аналогия с техникой, которая при работе на максимум изнашивается и ломается быстрее. Но вот в процессоре нет механических частей, а деградация при нормальных условиях работы — процесс крайне медленный, и вы гораздо раньше купите себе новый ПК.
9. Водяное охлаждение процессора лучше воздушного
С точки зрения физики все верно: вода (или большая часть жидкостей) — куда лучший проводник тепла, чем воздух. Однако следует понимать, что на рынке существует множество так называемых супер-кулеров, способных отвести и 200, и 250 Вт от процессора, чего с головой хватит для 99% пользователей ПК, причем стоят они зачастую дешевле СВО с такими же возможностями.
Так что брать СВО имеет смысл только в двух случаях: или у вас в компактном корпусе стоит мощный процессор, и супер-кулеры в него не помещаются, или же у вас разогнанный под 4.5 ГГц топовый 32-ядерный AMD Threadripper, потребляющий 400+ Вт. Во всех других случаях «водянка» обычно становится пустой тратой денег и возможными проблемами в будущем.
10. Спецификации процессора на сайте производителя — правда в последней инстанции
Следует понимать, что очень многое на сайте производителя пишется с элементами маркетинга. Откровенной лжи, конечно же, не будет, но вот недоговорок может быть много: так, для нового i9-9900K указан теплопакет в 95 Вт, но вот на практике даже без разгона на максимальной частоте TurboBoost он может потреблять. аж до 200 Вт, то есть вдвое больше. Казалось бы, Intel врет? Ничуть — при родных 3.6 ГГц процессор действительно укладывается в 95 Вт, а TurboBoost — функция необязательная. Поэтому лучше смотреть реальную производительность и тепловыделение в обзорах.
Как видите, мифов о процессорах хватает. Знаете какие-нибудь еще? Пишите об этом в комментариях.
Процессор есть тепло, немудрено почему у меня дома все еще холодно!
- пожаловаться
- скопировать ссылку
Можно подумать "Ксеоны", не жрут в простое больше, обычного i7? Cколько стоит мать на 1156 ? Проще переплатить за гарантию(новенький процессор купить) Чем купить не известно что, у китайцев. P.S Мать на 775 сокет обойдется в 1400р, если что.
- пожаловаться
- скопировать ссылку
WanRoi
если у тебя уже есть система на старом сокете с простеньким процем, можно продлить ей жизнь, купив недорогой xeon. и это действительно может быть отличным вариантом. собирать полностью устаревшую систему из непонятных б/ушных комплектующих — это да, мягко говоря, спорно.
meagarry Так в том и прикол культ какой-то этого старого мусора берут с али б/у матерь и проц и типа дешевле нового Ryzen 1600 ))) Идиотизм там зашкаливает, причем весь youtube таким бредом заполнен !
ARM это "новая архитектура" ))))) Это 80-е годы ппц ! Кто такие тупые блоги делает ?? ARM "новая архитектура" АХАХАХАХ )))
- пожаловаться
- скопировать ссылку
я думаю более тонкий тех процесс куда более склонен к поражению температурами и напряжением поэтом сравнивать кокой то там и9 9909 и 286 несколько некоректо так то например у меня где-то там валяется добрая видеокарта со слоновым тех процессором и гддр2 причем я пускал ее без охлаждения вовсе и мне не удалось ее убить и в свою очередь не факт чо этого не произойдет с новенькой вегой. с другой стороны считается качество современной электроники возросло по сравнию с былинной на чем я на своем примере убедился ибо например моя первая ПеКа была чувствительна к грозе и каждой вспышкой молнии поблизости комп реально давал лаг. касательно архитектуры х86 некоторые поговаривают что это далеко не самая удачная ПеКа архитектура 70х годков и что в общем тоу она достигла своего предела и тормози прогресс накладывая существенные ограничения на процессоры а те в свою очередь могут эволюционировать только в парадигме потребной этих стандартов что делает микросхему большой толстой и неэффективной но имеющие ряд преимуществ перед монолитными эвм былинными основанных на иных наборах логики в свое время. а вот какой нибудь супер пупер мультигиперпоточный профессор с чисослодробилкой мог бы поднять скорость в параллельных вычислениях и как следствие быстродействие компа в целом. например гпу очень так не плохо эволюционируют по сравнению с цпу. но тут надо знать пека матан чтоб этот вопрос со сменой логической парадигмы уразумевать. является ли арм в этом плане лучшей архитектурой совершенно неизвестно. и так же стоит отметить что всякое популярное по создается именно под х86 и в целом под бинарный одномерный принцип с небольшим хаком неопределенности и всякой матрицы. а пункт 7 — значится есть пека тезис что системные требования растут быстрее для гпу нежели для цпу таким образом это некая динамичная во времени система поэзия которой не может означать очевидного вина или слива так еще сильно разнится как в самой игре так и между играми. тема раскрытия более актуальна для старых процессоров которые объективно не способны дать требуемого от пека, когда встает вопрос о замене на некоторою видеокарту которая сама по себе с запредельно мощным процессором способна исполнить свое предназначение. а видеокарта при топовом процессоре чаще всего расходным пека материалом и обычно топовый процессор готов к раскрытию нескольких поколений видеокарт то есть такой ситуации когда новая крутая видеокарта устаревает а более новая и быстрая продолжает добавлять фпс такой системе.
- пожаловаться
- скопировать ссылку
вполне годная и полезная инфа
- пожаловаться
- скопировать ссылку
Такое чувство, что 7 пункт писал школьник. Про пропускную способность и её ограничения, влияние на загрузку видяхи ничего не сказано, как и про потоки.
Почему греется электроника и как работают разные методы охлаждения
Практически все электронные элементы имеют свойство нагреваться, неважно – ощутимо или нет. И если эти процессы не контролировать надлежащим образом, то перегревшиеся элементы либо сгорят, либо серьёзно ограничат возможности компьютера.
Большинство пользователей, конечно же, прежде всего подумают об охлаждении процессора и видеокарты, но почему оперативная память обходится без кулеров? Почему такой большой разрыв в производительности между мобильными и немобильными процессорами, ведь у них даже размер кристаллов не сильно отличается по размеру? Почему недавний скачок производительности, обусловленный появлением новых поколений чипов, начал замедляться?
Ответ на все эти вопросы кроется в физике процессов на наноуровне и температурах при них. В этой статье будут рассмотрены основы науки о тепле, как и почему нагреваются элементы электроники, а также различные методы теплоконтроля, которыми мы сегодня располагаем.
Основы тепловыделения
Из курса школьной физики мы помним, что тепло – это попросту результат хаотично двигающихся атомов и молекул, из которых наш мир состоит. Если одна молекула имеет более высокую кинетическую энергию, чем другая, тогда мы говорим, что она горячее. Это тепло может контактно передаваться от одного объекта к другому, пока температуры обоих объектов не сравняются. То есть, более горячий объект передаст часть своего тепла более холодному, а конечным результатом будет усредненная температура.
Время, необходимое для передачи тепла, зависит от теплопроводности двух материалов. Теплопроводность является количественной характеристикой способности материала проводить тепло. Изолятор, такой как пенополистирол, имеет относительно низкую теплопроводность, равную 0.03 Вт/м*К, в то время как проводник, например медь, имеет высокую теплопроводность, равную 400 Вт/м*К. Минимальная теплопроводность – у абсолютного вакуума (нулевая), а максимальная известная теплопроводность – у алмаза (свыше 2000 Вт/м*К).
Теплые объекты всегда охлаждаются, но следует помнить, что понятия «холод» не существует. Мы лишь называем вещи «холодными», если их температура ниже температуры среды. Другим важным определением, которое нам понадобится, является термальная масса, которая представляет собой тепловую инерцию объекта по отношению к колебаниям температуры. Одна и та же печь обогреет одну комнату в доме намного быстрее, чем весь дом. Это потому, что термальная масса комнаты намного меньше термальной массы всего дома.
Наглядно продемонстрировать всё это можно на простом примере с кипящей водой. Пламя горелки вступает в контакт с кастрюлей. Поскольку материал, из которого изготовлена кастрюля, обладает хорошей теплопроводностью, тепло от огня будет передаваться воде до тех пор, пока она не закипит.
Время, необходимое для закипания, зависит от способа нагрева, материала кастрюли и количества воды. Если вы попытаетесь вскипятить эту кастрюлю не на печи, а с помощью зажигалки, то ждать вам придётся приблизительно вечность. Это потому, что у печи гораздо более высокая тепловая мощность, чем у маленькой зажигалки. Далее, ваша вода закипит быстрее, если кастрюля будет иметь высокую теплопроводность, потому что нужно передать воде как можно больше тепла. Если вы достаточно богаты, рассмотрите вариант покупки алмазной кастрюли. И наконец, мы знаем, что маленькая кастрюлька воды закипит быстрее, чем большая. Это потому, что в маленькой кастрюльке меньше нагреваемой термальной массы.
Вскипятив воду, вы можете позволить ей естественным образом остыть, прекратив нагрев. Остывание происходит из-за того, что тепло от воды рассеивается в более холодном воздухе кухни. И поскольку термальная масса кухни значительно больше, чем у кастрюли, температура воздуха кухни не сильно изменится.
Откуда берется тепло
Теперь, когда мы знаем, как ведёт себя тепло и как оно перемещается от объекта к объекту, давайте поговорим о том, откуда оно берётся. Вся цифровая электроника состоит из миллионов и миллиардов транзисторов. Подробно о том, как они работают, можно узнать из третьей части цикла, посвященного разработке процессоров.
По сути, транзисторы представляют собой переключатели с электрическим управлением, которые включаются и выключаются миллиарды раз в секунду. Комбинируя и группируя их, мы можем формировать структуры компьютерного чипа.
Транзисторы при работе накапливают энергию от трех источников, известных как переключение, короткое замыкание и токи утечки. Переключение и замыкание – динамические источники тепла, поскольку они зависят от включений-выключений транзисторов. Энергия токов утечки известна как статическая, поскольку она постоянна и работа транзисторов на нее не влияет.
Логический гейт НЕ, построенный на двух транзисторах. Транзистор nMOS (внизу) пропускает ток во включенном состоянии, а pMOS (вверху) – в выключенном.
Начнем с энергии переключения. Чтобы включить или выключить транзистор, нужно подать на его затвор либо отрицательный потенциал, «землю» (логический 0), либо положительный, Vdd (логическая 1). Это посложнее, чем просто щелкнуть выключателем, поскольку этот затвор имеет очень малую емкость. Представьте себе крошечный аккумулятор. Чтобы активировать затвор, нам нужно зарядить батарею на определенный пороговый уровень. Как только нужно будет снова закрыть затвор, нам нужно мгновенно сбросить весь заряд на «землю». В современных чипах таких микроскопических затворов миллиарды, и каждый переключается миллиарды раз в секунду.
При каждом сбросе заряда на «землю», выделяется небольшое количество тепла. Чтобы вычислить мощность переключения, мы перемножаем коэффициент активности (среднее количество переключающихся транзисторов в цикле), частоту, емкость затвора и квадрат напряжения.
Теперь рассмотрим мощность короткого замыкания. Современная цифровая электроника строится на технологии, известной как «комплементарная структура металл-оксид-
полупроводник» (CMOS, Complementary Metal Oxide Semiconductors). Транзисторы устроены таким образом, что никогда не бывает прямого пути для тока к «земле». В приведенном выше примере гейта НЕ используется два комплементарных транзистора. Всякий раз, когда верхний включен – нижний выключен, и наоборот. Это гарантирует, что выходной сигнал равен 0 или 1, и является обратным входному. Транзисторы переключаются очень быстро, но как бы быстро ни переключались, они неизбежно встречаются в средней точке между своими состояниями, на мгновение обеспечивая прямой доступ тока к «земле». Мы можем сколь угодно уменьшать это мгновение, делая транзисторы быстрее и быстрее, но полностью избавиться от него физически невозможно.
Увеличение рабочей частоты микросхемы обусловлено большей скоростью переключения транзисторов, и соответственно – бо́льшим количеством мгновенных микрозамыканий, что и усиливает нагрев чипа. Чтобы найти мощность короткого замыкания, мы перемножаем ток короткого замыкания, рабочее напряжение и частоту переключения.
Оба этих источника тепла – динамическая энергия. Если мы хотим её уменьшить, достаточно просто понизить частоту чипа. Практичным это решение не назвать, так как может пострадать производительность чипа. Другой вариант – уменьшить его рабочее напряжение. Если раньше чипам требовалось от 5 В и выше, то современные процессоры работают на напряжении около 1 В. Создавая энергоэффективные транзисторы, мы можем уменьшить тепловыделение, вызванное динамическими источниками тепла. Динамическая тепловая мощность также является причиной нагрева процессоров при разгоне, ведь разгон подразумевает увеличение частоты, а зачастую также и напряжения – чем они выше, тем больше выделяет тепла каждый такт.
И последний тип тепла, рождаемый цифровой электроникой – это мощность токов утечки. Мы привыкли думать, что транзисторы либо полностью включены, либо выключены, но в действительности это не совсем так. Всегда будет какое-то небольшое количество тока, который протекает, даже когда транзистор выключен. Там очень сложная формула, учитывающая в том числе и размеры: всё бо́льшая миниатюризация транзисторов приводит только к ухудшению этого эффекта.
Становясь всё меньше и меньше, транзистор довольствуется всё меньшим и меньшим изолятором, блокирующим поток электронов при выключении транзистора. Это один из основных факторов, ограничивающих производительность чипов нового поколения, поскольку мощность токов утечки продолжает расти с каждым поколением. Законы физики загнали нас в угол, и из него нам уже не сбежать.
Как не допустить перегрева чипов
Итак, мы выяснили, из-за чего греются полупроводники, но можно ли с этим что-то сделать? Если эту проблему не решить, то транзисторы перегреются и выйдут из строя. В процессорах встроена функция термической защиты процессора – Thermal throttling, она срабатывает в случае, если не обеспечено достаточного охлаждения. Установленные в чипе термодатчики следят за температурой кристалла, и если она повышается выше допущенной, процессор автоматически понижает свою рабочую частоту, снижая уровень тепловыделения. Но такое купирование производительности в восторг никого не приведёт, и есть множество лучших способов справиться с нежелательным нагревом в компьютерной системе.
Многие микросхемы вовсе не нуждаются ни в каких заморочках с охлаждением. На материнской плате вы найдёте десятки таких маленьких чипов без радиаторов. Почему они не плавятся?
Прежде всего потому, что просто не нагреваются до такой степени. Большие мощные CPU и GPU могут расходовать сотни ватт энергии, в то время как небольшая микросхема сетевого адаптера или аудиоконтроллера довольствуется долей ватта. В этом случае чипу хватит собственного корпуса, чтобы отвести на него тепло. Задуматься о каком-то дополнительном охлаждении чипа стоит только, если его мощность превышает 1 Вт.
Обзор и тестирование процессора Intel Core i7-8700K: 5 ГГц на 12 потоках?
Суть проблемы в том, чтобы снизить термосопротивление между проводниками до минимума. Необходимо создать кратчайший беспрепятственный путь теплу от кристалла до воздуха. Именно поэтому CPU и GPU оснащаются металлической поверхностью сверху – встроенным теплоотводом (IHS, Integrated Heat Spreader). Сам чип внутри, как таковой, намного меньше своего корпуса, но чем больше площадь IHS, тем эффективней можно распределить и отвести тепло. Важно также использовать хорошее термосоединение между IHS чипа и кулером, без него тепло не сможет беспрепятственно перетекать на радиатор.
Существуют два основных режима охлаждения: пассивный и активный. Пассивное охлаждение – это простой радиатор, прикрепленный к чипу, который охлаждается потоком окружающего воздуха. Чем выше теплопроводность материала радиатора и чем больше площадь его поверхности, тем эффективней тепло будет отводиться от чипа и рассеиваться в окружающем воздухе.
Регуляторы напряжения и микросхемы памяти обычно обходятся без охлаждения, поскольку сильно не нагреваются. Процессоры смартфонов как правило оснащаются пассивным охлаждением, так как они рассчитаны на очень низкое энергопотребление. Чем выше производительность чипа, тем больше тепловой энергии он будет выделять и тем больший радиатор ему потребуется. Вот почему процессоры смартфонов слабее процессоров настольных компьютеров – кулеры и радиаторы невозможно миниатюризировать.
Тепловой снимок процессора смартфона с пассивной системой охлаждения: охлаждающая жидкость (Liquid line), испаритель (Evaporator), пароотвод (Vapor line), теплорассеивающая поверхность (Thermal diffusion plate).
Когда речь заходит о десятках ватт, задействуется активное охлаждение. Активно нагнетая потоки холодного воздуха в ореберье радиатора (обычно с помощью вентилятора), система справляется с несколькими сотнями ватт. Чтобы обеспечить такое мощное охлаждение, необходимо, чтобы тепло от чипа равномерно распространилось по всей поверхности радиатора. Мало толку в огромном радиаторе, если нет возможности доставить к нему тепло.
Здесь на помощь приходят тепловые трубки и жидкостное охлаждение. Они выполняют одну и ту же задачу – передать максимально возможное количества тепла от чипа к теплоотводу или радиатору. В случае с жидкостным охлаждением, тепло передается от чипа к водоблоку через термосоединение с высокой теплопроводностью. Как правило, водоблок изготавливается из меди или другого материала с высокой теплопроводностью. Нагревшаяся жидкость переносит тепло к радиатору, который рассеивает его. Тепловые трубки типичны для небольших систем, таких как ноутбуки, где невозможно реализовать полностью жидкостное охлаждение. Тепловая трубка на порядок-два эффективней отводит тепло от чипа, чем обычная медная трубка.
Тепловая трубка очень похожа на жидкостное охлаждение, но её отличает наличие фазового перехода для улучшения теплопередачи. Внутри тепловых трубок находится жидкость, которая при нагревании превращается в пар. Пар проходит по тепловой трубке, пока не достигнет холодного конца, и не конденсируется обратно в жидкость. Жидкость возвращается в горячий конец под действием силы тяжести или капиллярного эффекта. Такое испарительное охлаждение знакомо нам по эффекту, когда вы чувствуете холод при выходе из воды. Во всех этих случаях жидкость поглощает тепло в процессе превращения в пар, а затем пар отдаёт тепло в процессе конденсации.
Цикл работы тепловой трубки:
- Рабочая жидкость испаряется, поглощая тепловую энергию.
- Пар устремляется к холодному концу трубки по полости (Vapour cavity).
- Там пар конденсируется обратно в жидкость, впитываемую тампоном (Wick), а тепловая энергия передаётся корпусу (Casing).
- Рабочая жидкость возвращается обратно к концу с более высокой температурой.
Теперь, когда мы передали тепло от чипа к тепловой трубке или жидкости, как мы рассеем его в воздухе? С помощью рёбер радиатора. Трубка с водой или тепловая трубка и сами отдают часть тепла в окружающий воздух, но этого недостаточно. Чтобы действительно охладить теплопроводник, необходимо увеличить площадь поверхности охлаждения.
Теплоотвод или тонкие ребра радиатора распределяют тепло по большой площади поверхности, что позволяет вентилятору эффективно отводить его. Чем тоньше ребра, тем бо́льшую площадь поверхности можно создать в пределах заданных размеров. Но чересчур тонкие рёбра не смогут обеспечить достаточного контакта с тепловой трубкой, чтобы отвести от неё тепло. Необходимо грамотно сбалансировать эти параметры. Известны случаи, когда большой кулер работает хуже меньшего по размерам, но более оптимизированного кулера. Некто Стив из Gamers Nexus составил отличную схему, демонстрирующую принцип работы типичного радиатора.
Анатомия радиатора (Gamers Nexus)
- Condenser – Конденсатор.
- Capillary action in pipe – Капиллярный эффект в трубке.
- Intake action cools fins – Внешняя среда охлаждает рёбра.
- Heat exhausts – Рассеивание тепла.
- Heat dissipates into fins from pipe – Тепло отводится на ребра от трубок.
- Liquid turns to gas at heat source – Жидкость переходит в газообразное состояние в контакте с источником тепла.
- Heatpipes directly contact CPU surface – Тепловые трубки непосредственно контактируют с поверхностью процессора.
- Evaporator – Испаритель.
Как сделать еще холоднее
Способы охлаждения, о которых мы рассказали, основаны на простой передаче тепла от чипа в воздух. То есть, чип никогда не будет холоднее температуры воздуха в помещении, где он находится. Но если нам нужно что-то охладить до температуры ниже окружающей среды или если у нас слишком много источников тепла (например, дата-центр), то нам понадобятся дополнительные знания. Речь пойдёт о холодильных системах (чиллерах) и термоэлектрических кулерах.
Термоэлектрическое охлаждение, также известное как эффект Пельтье, в настоящее время не очень популярно, но потенциально может быть очень полезным. Эти устройства передают тепло от одной стороны охлаждающей пластины к другой с помощью электричества. В них используется специальный термоэлектрический материал, создающий разность температур под воздействием электрического потенциала. Когда постоянный ток протекает через одну сторону устройства, тепло передается на другую сторону. Это и позволяет «холодной» стороне опуститься ниже температуры окружающей среды. В настоящее время эти устройства очень нишевые, поскольку весьма энергозатратны, но тем не менее, инженеры продолжают работать над созданием более эффективных и экономичных моделей таких устройств для общего рынка.
Подобно тому, как с помощью переходов между состояниями вещества передаётся тепло, изменение давления жидкости также может использоваться для теплопередачи. Так работают холодильники, кондиционеры и большинство других климатических систем.
Специальный хладагент течет через замкнутый контур, в котором он начинается в виде пара, затем сжимается, конденсируется в жидкость, снова расширяется и испаряется обратно в пар. Этот цикл повторяется, обеспечивая теплопередачу. Компрессор требует энергии, но такая система также позволяет получить температуру ниже окружающей среды. Вот так дата-центры и здания остаются прохладными даже в самый жаркий летний день.
Схема стандартной одноступенчатой парокомпрессорной холодильной установки. Конденсатор может быть как жидкостный, так и воздушный. На схеме: компрессор (Compressor), конденсатор (Condenser), испаритель (Evaporator), регулирующий клапан (Expansion Valve), вентилятор (Fan), пар (Vapor), жидкость (Liquid), теплый воздух (Warm air), холодный воздух (Cold air).
Такого рода системы охлаждения – как правило, вторичные в отношении электроники. Вы сначала отводите тепло от чипа в комнату, а затем из комнаты наружу через парокомпрессионную систему. Конечно, есть гики, помешанные на разгонах и производительности, которые к своим процессорам подключают всякие холодильные системы. Экстренно охладить электронику им помогает также жидкий азот и сухой лед.
Заключение
Итак, электроника нуждается в охлаждении, и охлаждение бывает разных видов. Задача состоит в том, чтобы отвести тепло от микросхемы или какой-либо системы в более прохладную среду. Насамом деле невозможно избавиться от тепла, поэтому все, что мы можем сделать, это переместить его куда-нибудь, чтобы оно перестало быть проблемой.
Вся цифровая электроника выделяет тепло благодаря природе работы транзисторов. Если не избавлять их от этого тепла, полупроводник сгорит и весь чип может выйти из строя. Тепло – враг всех разработчиков электроники и является одним из ключевых факторов, сдерживающих рост производительности. Мы не можем делать процессоры сколь угодно большими, потому что нет хорошего способа охладить что-то такое мощное. Вы просто не сможете избавить их от выделяемой ими тепловой энергии.
Надеюсь, теперь вы стали лучше разбираться в этой науке, которая заботится о температуре вашей электроники
Оптимальная температура процессора и видеокарты для игр
Всегда стоит помнить, что игровому ПК требуется регулярное обслуживание. Многие из нас познакомились с этой истиной на своих ошибках, особенно те, кто начинал играть с малых лет и практически ничего не знал о компьютерном «железе». И когда мы сталкивались с тем самым жутким «синим экраном смерти», его причиной практически наверняка был перегрев.
В наши дни бережно относиться к своей дорогой игровой машине – обычное дело, и лучший способ быть в курсе, не нагревается ли ваш ПК сильнее обычного – отслеживать температуру компонентов при помощи встроенных датчиков.
Именно об этом мы и поговорим в данной статье: как отслеживать температуру процессора и видеокарты, какова оптимальная температура для игр и с чем может быть связано повышение температуры.
Оптимальная температура для игр
Сегодня приемлемые уровни температуры чуть ниже, чем были когда-то, главным образом благодаря более сложным технологиям производства современных процессоров. Эти уровни отличаются в зависимости от производителя и даже конкретной модели, поэтому указать одно точное значение идеальной температуры для игр попросту невозможно.
Далее мы рассмотрим допустимые температурные диапазоны для различных компонентов.
Процессоры
В настоящее время перед большинством геймеров стоит выбор между двумя сериями процессоров: линейками Intel Core и AMD Ryzen.
По официальным данным производителей максимальная температура безопасной работы составляет 95 и 100 градусов Цельсия для процессоров Ryzen и Core, соответственно, но вы вряд ли столкнетесь с такими значениями, если система охлаждения исправна и процессор не был разогнан сильнее возможностей кулера.
Даже при значительной нагрузке температура процессоров Ryzen или Core не должна превышать 85 градусов при штатном кулере без разгона. Если она выше, это признак каких-то проблем, но о них мы поговорим позже.
Видеокарты
Основных производителей видеочипов тоже два. Это NVIDIA и снова AMD. Однако эти компании разрабатывают и производят только сами видеопроцессоры (не считая референсных моделей видеокарт от NVIDIA), а большинство видеокарт делают другие фирмы, например, Asus, Gigabyte, EVGA, MSI или Sapphire. Они реализуют собственные решения в плане охлаждения.
Но это не меняет максимального значения безопасной температуры для карт NVIDIA GeForce и AMD Radeon. В обоих случаях верхний предел составляет примерно 95 градусов, хотя карты Radeon выдерживают более сильный нагрев из-за более надежной архитектуры видеочипов AMD.
Как и процессоры, большинство видеокарт не должны нагреваться выше 85 градусов даже при серьезной нагрузке. Конечно, как уже было сказано выше, на среднюю температуру будет влиять качество кулеров, используемых компанией-производителем видеокарты, и более дешевые модели с тем же видеочипом обычно греются сильнее более дорогих.
Есть два основных типа воздушного охлаждения видеокарт:
- Вентиляторное – самый распространенный тип охлаждения видеокарт, при котором один, два или три вентилятора прогоняют воздух через открытый радиатор. Эффективность сильно повышается при хорошей циркуляции воздуха в корпусе и наличии корпусных вентиляторов, которые помогают выводить из корпуса горячий воздух.
- Турбинное – встречается на большинстве референсных моделей и не так популярно. В этом случае видеокарта полностью закрыта, а единственный вентилятор засасывает холодный воздух и выдувает горячий через отверстия в задней панели карты. Обычно эти карты греются сильнее моделей с вентиляторным охлаждением и фактически предпочтительны только при ограниченном пространстве внутри корпуса и/или плохой циркуляции воздуха.
Но здесь есть еще один нюанс: в большинстве современных карт (если не во всех) используется технология адаптивной вентиляции. Что это значит?
Фактически при использовании этой технологии вентиляторы не включаются, пока температура не достигнет определенного порога, чаще всего около 40-50 градусов. Это было сделано для снижения энергопотребления и шума от вентиляторов при отсутствии нагрузки на карту. Поэтому при отключении вентиляторов карта может показаться горячее, чем должна быть.
Как и в случае с процессорами, неразогнанная карта с исправными вентиляторами практически не должна нагреваться выше 80 градусов.
| Видеочип | Температура |
|---|---|
| Nvidia GTX 950 | 95°C |
| Nvidia GTX 960 | 98°C |
| Nvidia GTX 970 | 98°C |
| Nvidia GTX 980 | 98°C |
| Nvidia GTX 980 Ti | 92°C |
| Nvidia GT 1030 | 97°C |
| Nvidia GTX 1050 | 97°C |
| Nvidia GTX 1050 Ti | 97°C |
| Nvidia GTX 1060 | 97°C |
| Nvidia GTX 1070 | 94°C |
| Nvidia GTX 1070 Ti | 94°C |
| Nvidia GTX 1080 | 94°C |
| Nvidia GTX 1080 Ti | 91°C |
| Nvidia RTX 2070 | 89°C |
| Nvidia RTX 2080 | 88°C |
| Nvidia RTX 2080 Ti | 89°C |
| Nvidia Titan X | 94°C |
| Nvidia Titan V | 91°C |
| Nvidia RTX 3050 | 93°C |
| Nvidia RTX 3060 | 93°C |
| Nvidia RTX 3060 Ti | 93°C |
| Nvidia RTX 3070 | 93°C |
| Nvidia RTX 3070 Ti | 93°C |
| Nvidia RTX 3080 Ti | 93°C |
| Nvidia RTX 3080 Ti | 93°C |
| Nvidia RTX 3090 | 93°C |
| AMD RX 460 | 64°C |
| AMD RX 470 | 75°C |
| AMD RX 480 | 80°C |
| AMD RX 560 | 62°C |
| AMD RX 570 | 74°C |
| AMD RX 580 | 72°C |
| AMD RX 590 | 78°C |
| AMD Vega 56 | 75°C |
| AMD Vega 64 | 85°C |
| AMD Radeon RX 6400 | 80°C |
| AMD Radeon RX 6500 XT | 85°C |
| AMD Radeon RX 6600 | 87°C |
| AMD Radeon RX 6600 XT | 88°C |
| AMD Radeon RX 6700 XT | 88°C |
| AMD Radeon RX 6800 | 88°C |
| AMD Radeon RX 6800 XT | 88°C |
| AMD Radeon RX 6900 XT | 88°C |
Для видеокарт Nvidia приведены температуры, указанные в качестве максимально безопасных на соответствующих официальных страницах сайта Nvidia.
Значения, приведенные для карт AMD – средние уровни температуры для сильной нагрузки и могут использоваться для достаточно достоверной приблизительной оценки нагрева вашей видеокарты при интенсивной работе.
Как отслеживать температуру компонентов
Благодаря огромному количеству датчиков, встроенных в процессоры, видеокарты и материнские платы, можно точно видеть, до какой температуры нагрелся каждый элемент. Но какие программы для этого лучше использовать?
BIOS материнской платы
Самый простой способ проверить температуру и другие актуальные параметры – через BIOS. Просто перезапустите свой ПК и зайдите в BIOS, нажав Delete во время загрузки.
Однако, очевидным недостатком использования BIOS является необходимость перезагрузки ПК. Кроме того, по понятным причинам не получится отслеживать температуру непосредственно при нагрузке. Однако, если регулярный мониторинг не требуется, этот способ наиболее удобный, так как для него не нужно никаких дополнительных программ.
Утилиты процессора и видеокарты
У Intel, Nvidia и AMD есть удобные утилиты для работы с процессорами и видеокартами.
Для процессоров это Intel Extreme Tuning Utility и Ryzen Master Utility. Обе программы позволяют узнать множество разнообразных параметров, легко разгонять процессор и, самое главное, видеть текущую температуру процессора.
Что касается видеокарт, для них есть утилиты для разгона, которые могут также использоваться для мониторинга температуры: MSI Afterburner, Asus GPU Tweak, Gigabyte Aorus Graphics Engine и т.д.
Сторонние программы
Для отслеживания температуры существует множество различных программ, но мы рекомендуем одну из этих двух: OpenHardwareMonitor и AIDA64.
- OpenHardwareMonitor – совершенно бесплатная утилита, позволяющая отслеживать множество важных параметров: температуру, напряжение, скорость вращения вентиляторов и многие другие.
- AIDA64 – очень популярная и невероятно мощная утилита с выдающимся функционалом, включающим отслеживание температуры. Но она не бесплатная, поэтому вам придется ее купить или воспользоваться пробной версией.
Влияет ли температура на производительность?
Вам наверняка интересно, работает ли ваш компьютер быстрее при меньшей температуре и наоборот, медленнее при высокой.
Если температура держится в приемлемом диапазоне, вы не столкнетесь с падением быстродействия. Но при высоком нагреве начинается так называемый троттлинг: процессор (CPU или GPU) сбрасывает частоты, чтобы снизить температуру, и это, конечно же, влияет на его производительность. Так что, если хотите добиться максимального быстродействия железа, позаботьтесь об охлаждении.
Что делать при перегреве?
Перегрев процессора и видеокарты может быть обусловлен несколькими причинами:
- Загрязнение радиатора
- Плохая циркуляция воздуха в корпусе
- Высокая температура окружающей среды
- Неисправность кулера, блока питания или самого процессора/видеокарты
Вот что вы можете сделать:
Почистите радиатор(ы)
Если компьютер у вас уже больше года, и вы никогда его не чистили, внутри может скопиться очень много пыли. От нее легко можно избавиться самостоятельно, при помощи щетки и пылесоса.
Проверьте циркуляцию воздуха
Одной из причин излишнего нагрева компонентов может быть плохая циркуляция воздуха – когда кулеры процессора и видеокарты не получают достаточного объема холодного воздуха для прогона через радиатор. Если причина действительно в этом, датчики материнской платы также будут показывать более высокую температуру. Кроме того, проверьте процессорный кулер и убедитесь, что он чистый.
Наилучший способ улучшить циркуляцию воздуха – установить корпусные вентиляторы на вдув и выдув. Но перед этим следует ознакомиться с принципами циркуляции воздуха, чтобы создать оптимальный воздушный поток внутри корпуса.
Если вы не можете или не хотите покупать дополнительные вентиляторы, всегда можно держать корпус открытым. Это существенно ослабит нагрев.
Проверьте температуру окружающей среды
В основном эта проблема актуальна для тех, кто живет в жарком климате, хотя даже жители более умеренных регионов могут с ней столкнуться во время теплого лета.
В отличие от двух предыдущих случаев, в этой ситуации от вас мало что зависит. Можно посоветовать разве что установить дома кондиционер и убедиться, что ваша система охлаждения работает в оптимальном режиме, то есть не включено никаких тихих или энергосберегающих режимов. Если ваши кулеры все равно не будут справляться с температурой окружающей среды, единственным выходом остается апгрейд системы охлаждения.
Обратитесь к продавцу
Если после принятия всех необходимых мер ваш ПК все равно перегревается, возможно, дело в технической неисправности. Она может быть везде: в блоке питания, вентиляторе и даже самом процессоре или видеокарте.
Если вы не эксперт в области компьютерного железа, то вы вряд ли сможете здесь сделать, разве что убедиться в том, что вентиляторы действительно крутятся. А если вы эксперт, наша помощь вам, скорее всего, не требуется.
Поэтому в заключение стоит сказать – если вы подозреваете техническую неисправность, обратитесь в магазин, где вы приобретали комплектующие, или в сертифицированный сервисный центр.
Играю больше 20 лет, переводчик и редактор первого российского издания Книги рекордов Гиннеса для геймеров 2008 года. Множество сопутствующих интересов, от оружия и военной техники до фэнтези, гаджетов и железа. Большой поклонник классических RPG, но всегда открыт чему-то новому, особенно если в нем есть хоть что-то, помимо собственно новизны.