Jakie wybrać chłodzenie na procesor? Powietrzne czy wodne?

Pierwszy dzień lata już za nami i możemy się spodziewać, że w niedalekiej przyszłości słupek zamontowanych na zewnątrz termometrów pokaże nawet 35 st. Celsjusza w cieniu. Ten ból znają wszyscy użytkownicy komputerów, a szczególnie ci, których maszyny wyposażone zostały w najbardziej wydajne, a tym samym prądożerne podzespoły. Dziś nikogo nie dziwi fakt, że 8- czy 16-rdzeniowy potwór potrafi z łatwością pożreć nawet 200 W, tylko czym to w takim razie schłodzić? Na co zwracać uwagę podczas wyboru chłodzenia na procesor i ostatecznie na jaki model się zdecydować?

Co będzie lepsze? AiO, chłodzenie powietrzem czy może rozbudowany system chłodzenia cieczą?

Na rynku znajdziemy kilka rodzajów systemu chłodzenia procesora. Najbardziej popularnymi są oczywiście chłodzenie powietrzne oraz wodne i choć między nimi z reguły nie ma istotnej różnicy w wydajności (AiO), coraz więcej ludzi sięga po to drugie rozwiązanie, i nie chodzi tu tylko o sam wygląd. Jasne, dobrej jakości AiO prezentuje się w komputerze stacjonarnym wyśmienicie, ale na tym zalety tego rozwiązania się kończą.

Zacznijmy jednak od samego początku. Chłodzenie powietrzne to najbardziej rozpowszechniona metoda pozbywania się nagromadzonej w komponencie energii. Zasada działania tego zestawu jest bardzo prosta. Podstawka przenosi nagromadzone w procesorze ciepło do ciepłowodów, które później rozpraszane jest w żebrach zastosowanych w radiatorze, a następnie usuwane z układu przy pomocy zamontowanych na nim wentylatorów lub za pomocą samej konwekcji, jeśli to możliwe. Zdarzają się od tego oczywiście odstępstwa, ponieważ nie wszystkie zestawy chłodzenia powietrzem korzystają z rurek cieplnych, ale ogólna zasada pozostaje taka sama: Procesor – pasta termoprzewodząca – podstawa chłodzenia – radiator – wentylator. W dobrej jakości systemach chłodzenia powietrzem podstawa jest zazwyczaj wykonana z miedzi, ponieważ ma lepszą przewodność od aluminium, które z reguły stosowane jest w najmniej rozbudowanych chłodzeniach.

W latach 2007-2012 producenci zaczęli produkować zestawy z technologią HPDT (Heat Pipe Direct Touch), czyli bezpośredniego kontaktu ciepłowodów w procesorem. Po pewnym czasie zaczęto jednak zauważać pewne istotne wady dla tego rozwiązania. Kontakt z IHS był dokładny tylko wtedy, kiedy ciepłowód był odpowiednio spłaszczony (tylko w ten sposób może przylegać do procesora). Ten zabieg obniża jednak sztywność samej rurki cieplnej i po dłuższym czasie może ona ulec deformacji, co z kolei prowadzi do zmniejszonego kontaktu z powierzchnią procesora i tym samym mniejszej przewodności cieplnej. Dodatkowo, powierzchnia każdego procesora jest inna, a lokalizacja źródła ciepła nie zawsze jest taka sama. Niektóre modele procesorów o dużej powierzchni mogą być w całości przykryte przez podstawę, ale w przypadku mniejszych układów sam ciepłowód może nie stykać się ze źródłem ciepła. Problem ten nie dotyczy jednak podstawy wykonanej z miedzi, ponieważ w każdym punkcie przewodność cieplna się nie zmienia.

Miedź jest bardzo dobrym przewodnikiem, dlatego nagromadzona energia bez problemu znajduje ujście w przenoszących ją ciepłowodach. Te z kolei bezpośrednio stykają się z żebrami radiatora, skąd energia usuwana jest z układu za pomocą (z reguły) wentylatora. Na wydajność rozpraszania ciepła wpływa wiele czynników, takich jak sposób realizacji kontaktu między radiatorem, a ciepłowodem, klamra na żebrach, zastosowane lutowanie, czy w końcu liczba samych rurek cieplnych. W typowych średniopółkowych zestawach znajdziemy 6 ciepłowodów, a w zaawansowanych konstrukcjach 7 lub nawet 8. Im więcej rurek cieplnych, tym lepsze przewodnictwo cieplne, które zależy również od wykorzystanej metody gięcia i rozmieszczenia samych ciepłowodów.

Do tego dochodzi kwestia końcowa, a więc pozbywanie się nagromadzonego ciepła z układu. Dzieje się to za pośrednictwem przede wszystkim wentylatora, choć oczywiście w zależności od komponentu, w niektórych przypadkach można pokusić się tylko o konwekcję (i promieniowanie, w mniejszym stopniu). Wydajność samego wentylatora zależy od wielu czynników - konstrukcji łopatek, prędkości obrotowej i średnicy. Niektóre są ciche, mają niską prędkość obrotową i charakteryzują się niewielkim współczynnikiem CFM (jednostka przepływu powietrza wyrażana w stopach sześciennych na minutę – Cubic Feet per Minute). Są jednak też takie, które skupiają się wyłącznie na wygenerowaniu jak największego ciśnienia i charakteryzują się dużym współczynnikiem CFM. Niezależnie jednak od modelu i technologii, wentylator ma za zadanie pozbywać się nagromadzonego ciepła z radiatora, czyli usuwać je z układu.

Żeby chłodzenie powietrzne było skuteczne, powierzchnia rozpraszania ciepła musi być duża. Z tego też powodu bazujące na tej technologii systemy średniej i wyższej klasy przyjmują formę dużej, pojedynczej lub podwójnej wieży z 14-centymetrowymi wentylatorami. Wydaje się jednak, że systemy chłodzenia powietrzem osiągnęły już szczyt możliwości swojego rozwoju. Powierzchnia radiatora nigdy już nie będzie większa, bo układ ten musi zmieścić się w niewielkich lub nawet średniej wielkości obudowach, w których zamontowano również pamięć RAM i kartę graficzną. Dochodzi do tego również kwestia wysokości, ponieważ ogranicznikiem jest w tym wypadku panel boczny. Jak zatem zmaksymalizować wydajność w tak ograniczonej przestrzeni?

All-in-One, czyli rozwiązanie problemu dużych zestawów chłodzenia powietrzem

Rozwiązaniem problemu wydaje się być chłodzenie cieczą, a dokładnie zestaw All-in-One, ponieważ nie mówimy tutaj o najbardziej rozbudowanych systemach chłodzenia wodnego bazującego na zbiornikach i licznych rurkach, po które sięgają jedynie entuzjaści sprzętu komputerowego i moderzy, tylko najprostszych i względnie tanich urządzeniach. W tym wypadku zasada działania mechanizmu chłodzenia nie różni się zbytnio od tego, co widać przy chłodzeniu powietrznym. Ciepło z procesora jest przekazywane do bloku, skąd ciecz przekazuje je do radiatora, gdzie jest za pomocą wentylatorów usuwane z układu. Różnicą jest tutaj ciecz, która ma znacznie wyższą pojemność cieplną niż zastosowane w chłodzeniu powietrzem ciepłowody. Dodatkowo, zestaw All-in-One charakteryzuje się znacznie większą powierzchnią rozpraszania ciepła, ponieważ radiator zazwyczaj montujemy na froncie (lub topie) obudowy, gdzie miejsca jest znacznie więcej niż w środku, obok procesora.

System chłodzenia cieczą typu All-in-One nigdy nie będzie tak trwały, jak zwykły, powietrzny cooler. Chodzi tutaj oczywiście o dodanie kolejnych rzeczy, które mogą ulec awarii. W powietrznych zestawach największym mankamentem są wentylatory, które muszą działać przez określony okres. W AiO dodatkowo martwić musimy się blokiem wodnym, w którym zainstalowano pompę oraz możliwością wycieku cieczy. Na szczęście technologia jest już na tak zaawansowanym etapie, że dobrej jakości zestawy All-in-One charakteryzują się wysoką trwałością i mogą posłużyć latami.

Rurki cieplne, czyli wielki powrót chłodzenia powietrzem

Jeszcze nie tak dawno temu uważano, że chłodzenie cieczą całkowicie zastąpi chłodzenie powietrzem, co jest niejako powiązane z rosnącą wydajnością i liczbą rdzeni procesora. Coolerom powietrznym coraz trudniej jest schłodzić tak zaawansowane układy, a wcześniejsza strategia polegająca na stosowaniu jednego, solidnego bloku z miedzi lub aluminium przestała się sprawdzać. Chłodzenie powietrzne wróciło do łask ze względu na udoskonaloną technologię ciepłowodów. Zasada działania dziś produkowanych jest bardzo prosta. Ciekły czynnik chłodzący zawarty w ciepłowodzie pod wpływem określonej temperatura paruje, para dostaje się do chłodniejszego miejsca na końcu rurki, ulega skraplaniu i spływa na dół, gdzie cykl się powtarza. Wszystkie coolery bazujące aktualnie na ciepłowodach korzystają właśnie z tego systemu, a im więcej rurek cieplnych, tym z reguły wydajniejszy (i droższy) zestaw chłodzenia.

Chłodzenie cieczą w otwartym systemie

Najbardziej zaawansowanym system chłodzenia procesora (i nie tylko) jest otwarty obieg chłodzenia cieczą. Na rynku znaleźć możemy całe mnóstwo elementów składowych, które znajdują zastosowanie w tym właśnie temacie. W przeciwieństwie do All-in-One, otwarty układ można dowolnie modyfikować, dodawać kolejne zbiorniki, radiatory, przepusty, rurki, ciecz i nawet zmieniać jej kolor i wymieniać. Z tego systemu korzystają przede wszystkim entuzjaści sprzętu komputerowego i wszelkiego rodzaju moderzy, których pasją jest stworzenie oryginalnego i jak najwydajniejszego zestawu komputerowego, i nie jest polecany tym, którzy nie zapoznali się wcześniej z tematem.

W systemach chłodzenia cieczą z otwartym obiegiem wykorzystuje się dwa rodzaje rurek – elastyczne oraz sztywne. Te pierwsze wykonane są zazwyczaj z polichlorku winylu, poliuretanu lub innego, miękkiego plastiku. Zaletą stosowania tego rozwiązania jest niewątpliwie wygoda i oszczędność czasu, ponieważ w przeciwieństwie do rurek sztywnych, nie trzeba się gimnastykować, by ustawić je w konkretnej odległości. Sztywne rurki wykonane są zazwyczaj z akrylu, PETG lub innego twardego materiału i wymagają wcześniejszego zaplanowania ich układu oraz zakupu dodatkowych elementów łączących, i narzędzi pozwalających na zmianę ich długości. Rurki sztywne są wybierane, ponieważ prezentują się znacznie lepiej niż miękkie i jest to niewątpliwie ich największa zaleta.

Chłodzenie wodne All-in-One – wygoda i niska cena

Wcześniej omówione chłodzenie wodne jest niewątpliwie imprezą drogą, czasochłonną i wymaga od nas przynajmniej podstawowej wiedzy oraz umiejętności planowania. Z tego też względu, mniej więcej w 2011 roku producenci zaczęli tworzyć autorskie wersje zestawów chłodzenia All-in-One. Technologia jest dziś zatem na zaawansowanym etapie, co bezpośrednio udowadnia fakt, że pompa jest prawie we wszystkich modelach zintegrowana z blokiem. Użytkownik nie musi zatem martwić się o planowanie, czy dodatkowe koszty, ponieważ jedyne co musi zrobić, to zaaplikować pastę termoprzewodzącą na procesor, przykręcić kilka śrubek i podłączyć wymagane urządzenia do płyty głównej. Największą zaletą AiO jest więc łatwość instalacji.

W systemach AiO wykorzystuje się dwa popularne rozwiązania dotyczące pompy wodnej. W pierwszym z nich, tak jak w modelu MSI MAG CORELIQUID C360/P360, pompa montowana jest w radiatorze. Pozwala to zaoszczędzić nieco miejsca w samym bloku. W drugim przypadku natomiast pompa jest bezpośrednio zintegrowana z blokiem na procesorze i takowe zestawy są z reguły produkowane przez firmę Asetek. Niewątpliwą zaletą stosowania tego rozwiązania jest to, że tym sposobem maksymalizujemy przestrzeń odprowadzania ciepła na radiatorze i zapewniamy najlepszą możliwą wydajność.

Przykładem takiego systemu jest MSI MEG CORELIQUID S360. Oprócz wbudowanej w blok pompy znaleźć możemy w nim wyświetlacz LCD IPS o przekątnej 2,4”, na którym wyświetlimy parametry pracy procesora lub nawet odtworzymy animowane GIF-y i pliki .mp4. Ponadto, blok wodny wyposażony został w 6-centymetrowy wentylator, który ma za zadanie odprowadzać nagromadzone w nim ciepło oraz pomagać w utrzymaniu odpowiedniej temperatury sekcji zasilania płyty głównej.

Chłodzenie wodne – wydajność czy wygoda?

Niekwestionowanym liderem wydajności będzie otwarty system chłodzenia cieczą, a to wszystko z tego powodu, że zastosować możemy znacznie więcej cieczy, więcej radiatorów i znakomitej jakości bloki wodne lub płyty główne, które już fabrycznie mają takowe zamontowane – na przykład MSI MPG Z690 Carbon EK X. Jeśli zatem szukamy czegoś naprawdę zaawansowanego, do najwydajniejszych na rynku podzespołów, stworzenie własnego, otwartego systemu chłodzenia wodnego ma sens.

Ze względu na rozmiary zestawów AiO, takowe nigdy nie będą tak wydajne, jak otwarte systemy chłodzenia cieczą, ale cechują się tym, czego w drugim przypadku nie znajdziemy – wygodą. Po zakupie zestawu All-in-One, musimy jedynie przymocować blokopompkę (lub sam blok w zależności od modelu) oraz przykręcić wentylatory i radiator do obudowy – nic więcej. Z tego elementu korzysta już wielu użytkowników na całym świecie. Jeśli zatem chcemy, by nasz komputer bardzo dobrze się prezentował (dzięki podświetleniu LED RGB i nowoczesnemu designowi), a procesor w nim zainstalowany otrzymał optymalne warunki do pracy niezależnie od tego, ile pobiera energii, warto pokusić się o odpowiedni model AiO.

*Artykuł powstał we współpracy z MSI.