Recenzia pasívnych chladičov Coolermaster SAC-P01

Čo sú to PWM a MOSFET-Y? Takty, teploty, stabilita. Tri slová ktorých význam dobre pozná každý overclocker. Väčšinou sa začína s výmenou chladiča na CPU, potom príde na rad chladič GPU, pamäte, Northbridge chipset, harddisky... chladiť je možné takmer všetko. Málokedy unikne pozornému oku overclockera zvýšená teplota GPU (ak grafická karta nemá teplotné čidlo, väčšinou stačí priložit prst k pasívu chladiča a zo skrivenej tváre je jasné že nie je všetko v poriadku), CPU a takisto „severný“ chipset je pod drobnohľadom monitorovacích obvodov základnej dosky, pozornosti neunikne ani teplota harddisku ktorá je monitorovaná cez S.M.A.R.T. Existuje však ešte jedno miesto, kde sa kumuluje množstvo zostatkového tepla – hlavne pri vyšších stupňoch overclockingu. Touto oblasťou je tak povediac srdce systému napájania ATX dosiek – tzv. PWM obvody (z angl. Pulse Width Modulation).

Coolermaster® little chipset cooler

Tieto obvody sú zodpovedné za generovanie stabilných charakteristík napätia a prúdu. Alfou a omegou takýchto obvodov je použitie výkonových polovodičových súčiastok – regulátorov typu MOSFET. Na týchto regulátoroch dochádza k pomerne veľkým úbytkom napätia pri vysokých prúdových hodnotách a zákonite sa tu generuje zostatkové teplo ako prirodzený dôsledok tohto elektrického javu. Táto skutočnosť, ako sa zdá, býva často dizajnérmi dosiek (hlavne tých mainstreamových) prehliadaná. Každý kto niekedy „pričuchol“ k elektronickým zariadeniam (elektromotor, zosilňovač či zdroj v počítači) si určite všimol použitie hliníkových odvádzačov tepla – elektromotor je vlastne hliníková schránka, zosilňovač má na výkonových tranzistoroch hliníkové pasívy. Takisto v zdroji nájdeme pasívne aj aktívne prvky chladenia... príkladov je neúrekom. Aj keď existujú výnimky – napríklad základné dosky Fatal1ty firmy Abit používajú technológiu chladenia s mystickým názvom OTES (viď Obr.1), na regulátoroch PWM obvodov na základnej doske väčšinou žiadny pasív nenájdete. Takto zanedbané MOSFET regulátory (ďalej len MOSFET-y) sa potom dokážu pekne rozhorúčiť a nie sú ojedinelé teploty PWM pohybujúce sa nad hranicou 55°C v záťaži, pri väčšom overclockingu nie je nezvykom prekročiť aj hranicu 65°C.

Obr. 1 - Chladenie OTES na doske Abit Fatal1ty

Keďže som vlastníkom (podotýkam že vskutku šťastným :-) základnej dosky Abit AA8 DuraMax, ktorá na rozdiel od svojej mladšej sestry Fatal1ty nemá implementované chladenie OTES, regulátory PWM obvodov som mal občas pekne horúce (PWM teploty sa nezriedka kedy pohybovali okolo 60°C pri dlhodobej záťaži). Dlho som odolával myšlienke robiť s tým niečo, keďže som mal na CPU osadený môj monštrózny Thermaltake SonicTower „sendvič“ a keďže som človek prirodzene lenivý, nechcelo sa mi babrať s čistením a opätovným nanášaním AC MX-1 teplovodivej pasty (kto ju pozná, vie o čom hovorím ;-) Druhým dôvodom bol fakt, že na slovenskom trhu som nenašiel pasívy, ktoré by bolo vhodné použiť na „miniatúrne“ regulátory PWM obvodov. Situácia bola taká, že som bol takpovediac odkázaný čakať kým sa niečo vhodné nájde, alebo si „zbastliť“ vlastné pasívy. Keďže nemám k dispozícii potrebné náradie (v panelákovom byte má dielňu ozaj málokto), rozhodol som sa čakať... a nakoniec som objavil mini-pasívy CoolerMaster® o ktorých bude dnes reč.

Obr. 2 - 10 ks balenie

Pasívy sú balené po 10 ks (viď Obr.2). V obchode mali vystavené balenie iba so 4 ks (zvyšných 6 ks bolo preč), čo sa hneď ukázalo ako dôsledok kusového predaja. Cena jedného mini-pasívu bola podľa informácie na pulte 30 Sk, čo sa mi zdalo trochu prehnané. Predavač (keď videl pôvodnú iskru v mojich očiach a jej následné pohasnutie) pohotovo navrhol možnosť množstevnej zľavy (a iskra v očiach bola späť :-) V duchu som si predstavil kaskádu regulátorov na mojej Abit doske a odhadom takpovediac „z brucha“ zo mňa vypadlo, že potrebujem 14 ks – čo ako sa hneď ukázalo, zodpovedalo cene 25 Sk / kus. Zľava to nebola ktovieaká, ale aj 70 Sk poteší – navyše keď som bol už vnútorne rozhodnutý pasívy kúpiť, keďže to bolo presne to na čo som čakal – takže som investíciu 350 Sk nakoniec zrealizoval platbou pri pokladni.
Na moje veľké prekvapenie, po prečítaní textu na zadnej strane etikety v balení som sa dozvedel, že pasívy sú špeciálne určené na MOSFET-y (aká náhoda :-) a PLL čipy. Druhým prekvapením však bol fakt, že výrobca sa vyjadroval v intenciách použitia pasívov na grafické karty. Tak či onak, regulátor ako regulátor – povedal som si – veľkosť bola takmer ideálna pre moje potreby (viď Obr.3).
Vypracovanie týchto mini-pasívov sa dá považovať za účelné. Síce to nie sú žiadne „vejáre“ á la Zalman, ale materiál je dobre opracovaný. Štrbiny medzi rebrami sú dostatočne veľké a výška rebier je taktiež rozumná pre dobré prúdenie vzduchu a chladenie čipu (viď Obr.4). Hliníkový materiál o hmotnosti 2g pri dostatočnom prievane by tak mal byť schopný dobre schladiť rozhorúčené MOSFET-y v PWM obvodoch.

Obr. 3 - Popis na zadnej etikete

Obr. 4 - Detail pasívu

Montáž pasívov a úprava chladiča CPU

PWM obvody na základnej doske sú lokalizované v okolí CPU socketu. Tvorí ich skupina MOSFET regulátorov, toroidov a kondenzátorov, ktoré sú zoskupené v kaskáde. Na Abit doskách sú tieto súčiastky osadené na plošný spoj obklopené skupinou prázdnych vodivých „ciest“ buď v tvare čiary, alebo malých krúžkov. Na mojej doske sú to pásiky hrúbky asi 1,5 mm a zopár krúžkov v ľavom hornom rohu pri CPU sockete (viď Obr.5). Tieto prvky (aj keď sa na prvý pohľad zdajú akokoľvek zbytočné) pomáhajú rozloženiu tepla nakumulovaného v okolí PWM obvodov na väčšiu plochu povrchu dosky a pomáhajú tak chladeniu (nie dostatočne, ale ktovie ako by to vyzeralo s teplotami bez nich :-)

Obr. 5 - PWM obvody na doske Abit AA8 DuraMax

Ako prvú vec ktorú je dobré urobiť je zobrať technický lieh, lieh s benzínom alebo iný odmasťovací prípravok (len prosím Vás nepoužívajte vodu s JAR-ou :-) a poriadne pretrieť povrch všetkých MOSFET-ov na ktoré budeme umiestňovať pasívy. Tým jednak zabránime pohybovaniu pasívov v dôsledku slabého účinku lepiacej vrstvy na mastnom povrchu, jednak zlepšíme tepelný prenos medzi povrchom MOSFET-u a spodnou stranou pasívu.
Môj „bojový plán“ bol taký, že umiestnim po jednom pasíve na dvojicu susedných MOSFET-ov, čo sa po chvíľke skúšania „na nečisto“ (bez odstránenia kúsku mastného papiera chrániaceho lepiacu vrstvu na spodnej strane pasívu) ukázalo ako nie celkom realizovateľné. Problémom sa ukázali MOSFET-y vzdialenejšie od stredu pravouhlého V tvoriaceho kaskádu PWM obvodov. Tieto mali medzi sebou väčšiu vzdialenosť ako MOSFET-y bližšie k stredu pravouhlého V. Pokiaľ by som chcel umiestniť jediný pasív na dvojicu týchto vzdialenejších čipov, nepokrýval by celý povrch oboch MOSFET-ov, ale väčšia časť hrán by zostala „obnažená“. Ako možné riešenie sa ukázalo použitie troch kusov pasívov na štvoricu vzdialenejších čipov. Tieto tri kusy pasívov by sa navzájom dotýkali, takže by vlastne tvorili jeden cluster – väčší pasív nad štvoricou MOSFET-ov.

Ako sa predpokladalo – tak sa aj stalo. Menší problém nastal pri hornej štvorici MOSFET-ov, nakoľko sa takýto cluster len tak-tak vtesnal medzi toroid a kondenzátor. Spočiatku som mal obavy, že by sa mohol pasív dotýkať toroidu po jeho ľavej strane, ale moje obavy sa ukázali ako zbytočné a medzi pasívom a toroidom bola predsa len nejaká-ta škára.

Obr. 6 - MOSFET-y s pasívmi

Ďalšou zaujímavou skutočnosťou bolo, že sa prejavili moje megalomanské sklony a môj odhad počtu 14 ks potrebných pasívov bol prehnaný. Zdalo sa, že štyri kusy zostanú nepoužité – čo mi úprimné nepripadalo ktovieako rozumné. Ako som tak študoval zapojenie MOSFET-ov v kaskáde, všimol som si hustejšiu koncentráciu „chladiaceho prúžkovania“ v strede pravouhlého V. Usúdil som z toho, že práve MOSFET-y v tejto časti kaskády budú nadmerne zaťažované. Od tejto úvahy bol už len krok k myšlienke s ktorou som sa počas uvažovania „čo so zvyšnými pasívmi“ stále pohrával – umiestniť dva pasívy na seba. Takéto poschodové umiestnenie sa možno na prvý pohľad zdá ako hlúposť, keďže dotykovú plochu tvoria iba vrchné hrany rebier pasívu na dolnom poschodí. Nakoľko však po prilepení vrchný pasív držal „ako pribitý“, myslím si že k tepelnej výmene tam dochádzať bude – dokonca k veľmi dobrej (keďže hliník je materiál, ktorý dokáže dobre odovzdávať teplo aj na malej ploche). Ak opomenieme hľadisko účinnosti chladenia, každopádne takéto „poschodové pasívy“ vyzerajú celkom pekne (viď Obr.7).
Poslednou úlohou, ktorá predo mnou stála, bolo upravenie rebrovania na mojom Thermaltake SonicTower chladiči tak, aby časť prúdiaceho vzduchu ofukovala pasívy na MOSFET-och. Bolo teda potrebné ohnúť niekoľko spodných rebier tak z predného profilu (širšia časť) ako aj z bočného profilu (užšia časť) jednej z veží chladiča. Musím sa úprimne priznať, že inšpiráciou mi bola podobná „vychytávka“ na nových modeloch chladičov AC Freezer Pro.

Obr. 7 - „Poschodové“ pasívy

Obr. 8 - Upravené rebrá chladiča TT SonicTower (širší profil)

Po menšom špekulovaní a manipulovaní s tromi spodnými rebrami chladiča som stanovil optimálny sklon, ktorý by podľa mojich odhadov mal zabezpečiť presmerovanie časti vzduchu z jeho cesty „ku ventilátoru na zdroji“ na cestu „niekde ku MOSFET-om“ :-).

Obr. 9 - Upravené rebrá chladiča TT SonicTower (užší profil)

Metodika testovania, výsledky a záver

Testovacia zostava:
• Procesor Intel Pentium 4 Prescott (530) 3.0GHz @ 3.6GHz
• Abit AA8 DuraMax
• 4x 256MB A-DATA Vitesta 533MHz @ 640 MHz
• MSI ATI Radeon X800XL + ATI Silencer 5 rev.2
• 2x Hitachi 80GB Serial ATA HDD (7200 rpm, 8MB cache) @ RAID-0
• Maxtor 200GB Serial ATA HDD (7200 rpm, 8MB cache)
• NEC ND-3540A DVD-RW

Podrobnosti OC:
• FSB: 200 @ 240MHz
• Voltáže – CPU core: 1,4875V
– DDRII: 1,95V
– NB: 1.85V

Použité ventilátory:
• v „sendviči“ – GlacialTech 12cm (max. 37 CFM @ 1000 rpm)
• case exhaust – Yate Loon 12cm (max. 88 CFM @ 2200 rpm)
• v zdroji – Nexus 12 cm (max. 37 CFM @ 1000 rpm)

Metodika testovania bola nasledovná:
• pre testovanie bol použitý 3D benchmark z programu ATI Tray Tools (zapnuté skenovanie artefaktov), keďže tento test veľmi dobre zaťaží procesor, grafickú kartu ako aj Northbridge a pamäte
• najprv boli namerané teploty PWM bez použitia pasívov pri nízkych a vysokých otáčkach ventilátora v „sendviči“(400 rpm, resp. 1000 rpm) a exhaust ventilátora case (700 rpm resp. 1900 rpm), otáčky ventilátora v zdroji boli počas všetkých testov približne konštantné
• ďalej boli namerané teploty PWM s použitím pasívov na MOSFET-och pri rovnakých „poveternostných“ podmienkach ako pri prvom teste (vysoké resp. nízke otáčky ventilátorov)
• teploty boli odčítané po stabilizovaní na konštantnej hodnote z merania senzorov implementovaných v základnej doske

Obr. 10 - Tabuľka výsledkov testovania

Ako je vidno z tabuľky výsledkov testovania (viď Obr.10), pasívy na MOSFET-och splnili svoju úlohu takmer dokonale. Z počiatočných teplôt 48°C v kľude resp. 61°C v záťaži klesli teploty na úctyhodných 39°C resp. 46°C s využitím väčšieho prietoku vzduchu pri vyšších otáčkach ventilátorov. Celú situáciu nám lepšie ukáže tabuľka rozdielov teplôt (tzv. delta teploty) pre jednotlivé merania „pred“ a „po“ použití pasívov (viď Obr.11).
Z nameraných hodnôt je zrejmé, že pasívy na MOSFET-och plnia svoju funkciu tým lepšie, čím lepšie je prúdenie vzduchu cez ich rebrá. Týmto sa iba potvrdzujú známe slová, že ani ten najväčší pasív nedokáže dlhodobo chladiť bez dodatočnej cirkulácie vzduchu.
K výsledkom testovania by som chcel podotknúť ešte jeden zaujímavý fakt. Ohnuté rebrá TT SonicTower chladiča, ako sa zdá, nemajú zásadný vplyv na účinnosť pasívov – teda aspoň nie v takej miere ako som pôvodne predpokladal. Niekoľkominútovým experimentovaním s otáčkami ventilátora v „sendviči“ som zistil, že tieto nemajú zásadný vplyv na výsledné teploty. Ďaleko markantnejšie boli rozdiely pri rôznych otáčkach exhaust ventilátora case. Ako sa zdá, vzduch pokiaľ neopustí case, má tendenciu neustále sa ohrievať, pričom je jedno či je v case jeden alebo päť ventilátorov, nízkootáčkových alebo vysokootáčkových. Samotný chladiaci efekt prináša vyťahovanie (exhaust) ohriateho vzduch von z case, nie jeho cirkulácia... a toto treba brať za každých okolností na zreteľ :-)

Obr. 11 - Tabuľka výsledkov testovania – delta teploty

Keďže sa tu už „vypisujem“ skoro na desiatich stranách, zrejme by sa patrilo povedať pár pozitívnych slov na záver :-) Každý z Vás si určite položí otázky ako: Oplatilo sa mu investovať 350 Sk do chladenia MOSFET-ov? Zvýšilo to nejako stabilitu systému alebo možnosti pretaktovania? Otázky sú to vskutku pádne a nie je ľahké dať na ne odpoveď. Každý by si mal zvážiť, či je ochotný investovať peniaze do niečoho, čo mu na prvý pohľad žiadny benefit neprinesie (tých niekoľko °C pri bežnej práci naozaj nie je nič svetoborné). Na druhej strane však treba povedať, že teploty polovodičov sú iba sprievodným javom, ktorý nemá žiadnu pridanú hodnotu (ľudia zaoberajúci sa fyzikou mi určite odpustia, že týmto konštatovaním čiastočne odporujem princípom teórie supravodivosti). Čo však pridanú hodnotu má, je tzv. MTBF faktor (z angl. Mean Time Between Failures), v našich končinách známy pod pomenovaním „stredná doba poruchovosti“. Takisto si môžeme byť istý, že každý jeden oC, o ktorý znížime teplotu polovodičovej súčiastky, nielen že zvýši MTBF (čím vyššie tým sme my aj počítač radšej :-) ale aj zlepší jej elektronické vlastnosti v tom zmysle, že bude vykonávať to čo má o kus vernejšie k tomu ako my čakáme že by to mala robiť.
Toto sú argumenty na dlhú polemiku a kontroverzné diskusie. Konečné rozhodnutie je vždy len a len na Vás. Moje rozhodnutie poznáte – vďaka nemu si tu kazíte oči čítaním tejto zvláštnej, zámerne humorným tónom ladenej recenzie. Pokiaľ sa vydáte v mojich stopách, vedzte, že pasívy CoolerMaster® Little Chipset Cooler SAC-P01 je možné zakúpiť aj v e-shope na stránke www.tichepc.sk na odkaze: http://www.tichepc.sk/products.php?ca_id=39 za cenu 233 Sk s DPH.

S pozdravom

subz3ro