Wielki test chłodzeń CPU 2016: podsumowanie

Test coolerów CPU. Swój ostatni test chłodzeń procesorów napisałem w 2011 roku - i choć był uzupełniany jeszcze w 2012 roku o dwa niedrogie modele, to dziś jest kompletnie nieaktualny. 5 lat (w zasadzie nawet 5,5) od kiedy rozpoczynałem testy, to w świecie komputerów kawał czasu - nawet w tematyce coolerów. Niemalże żaden z tamtych modeli nie jest już sprzedawany, a przecież procesory także mocno się zmieniły. Wtedy na rynku królowały modele wykonane w procesie technologicznym 45 nm, dziś są to już jednostki w litografii 14 nm. A rynek nie znosi próżni, w polskim internecie brakuje aktualnego testu porównawczego układów chłodzenia. Co prawda recenzje można spotkać, lecz najczęściej są to publikacje pojedyncze - czasem tylko znajdziemy test kilku modeli. Portale zagraniczne? Owszem są, lecz zdarza się, że testują modele niedostępne w Polsce, lub wyłącznie bardzo drogie. Poprzedniego pracodawcy nie udało mi się przekonać do kolejnego wielkiego testu chłodzeń. Za to udało mi się zrobić to tutaj - i taki test ukaże się właśnie na ITHardware.

Jak w ostatnich latach zmieniał się rynek procesorów? Skupmy się na procesorach Intela, ponieważ AMD od czterech lat nie przedstawiło wysokowydajnej jednostki, i swoje zaległości nadrobi dopiero w przyszłym roku, wraz z debiutem układów w architekturze Zen. Od 2011 roku w komputerach domowych pojawiły się już cztery generacje procesorów Core:

• Sandy Bridge (2011,32 nm)
• Ivy Bridge (2012, 22 nm)
• Haswell (2013-2014, 22 nm)
• Broadwell (2015, 14 nm)
• Skylake (2015, 14 nm)

Postęp na polu wydajności jest z grubsza znany - do 30% różnicy, tylko w bardzo optymistycznym scenariuszu. Jeżli zaś chodzi o chłodzenie, mimo iż kolejne generacje pobierają coraz mniejsze ilości energii elektrycznej, to energooszczędność wcale nie oznacza spadku wymagań dotyczących chłodzenia. Naturalnie istnieją jednostki zadowalające się fabrycznym rozwiązaniem, jednak ich temperatura pracy wcale nie jest niska. Modele interesujące entuzjastów to zaś zupełnie inna para kaloszy - odblokowany mnożnik i kilka fizycznych rdzeni to wystarczający argument do rozejrzenia się za wydajnym chłodzeniem.

W przypadku procesorów Sandy Bridge jeszcze nie jest tak źle - przeciętny cooler kosztujący około 100 złotych umożliwia podkręcenie wielu egzemplarzy do granic możliwości, czasem nawet do 5 GHz. Przylutowanie rdzenia do rozpraszacza ciepła (IHS) zapewnia efektywne oddawanie energii cieplnej. Poważny problem zrobił się przy trzeciej generacji Core, tj. Ivy Bridge. Wykorzystanie procesu technologicznego 22 nm sprawiło, że zmniejszeniu uległa wielkość chipu, a co za tym idzie - powierzchnia oddawania ciepła. Nie pomogła także zmiana spoiwa rdzenia i rozpraszacza z lutu na pastę termoprzewodzącą. Żaden związek termiczny nie osiąga przewodnictwa metali, a do tego dochodzi jeszcze problem z dociskiem w niektórych egzemplarzach. Wszystko to spowodowało, że temperatury pracy podkręconych Ivy Bridge'y - i nowszych - nie są niskie. W rezultacie współczesne CPU wymagają bardzo wydajnych układów chłodzenia, które są w stanie odebrać dużą ilość energii cieplnej w jednostce czasu.

Na domiar złego, w kolejnej generacji procesorów, Haswell, inżynierowie pogorszyli sprawę włączając w rdzeń regulatory napięcia. I tak Haswelle grzeją się jeszcze bardziej od Ivy Bridge'y - jeśli ktoś ma pecha (kiepski egzemplarz), bariera termiczna pojawia się przed 4,5 GHz. Taką sztukę niestety miałem "przyjemność" posiadać osobiście.

Szczęśliwie w najnowszej (szóstej) generacji, Skylake, Intel wycofał się z bezpośrednio zintegrowanego regulatora napięć - co znowu spowodowało lekkie obniżenie temperatur po podkręceniu. Ponownie da się osiągnąć niezłe wyniki na układach chłodzenia kosztujących około 150-200 złotych. Pozostał jednak problem pasty pod rozpraszaczem, której dalej nie da się wymienić bez znaczącej ingerencji w procesor - mechanicznego usunięcia IHS-u, tzw. dellidingu. Zabieg ten nie jest łatwy, procesor można łatwo uszkodzić (zarówno żyletką, jak i w imadle), a dodatkowo przepada gwarancja. A problem jest istotny: jeśli ktoś mocno podkręcał swoje procesory Core trzeciej i czwartej generacji prawdopodobnie po 2-3 latach ma problem z utrzymaniem właściwej temperatury - pasta pod rozpraszaczem w wielu przypadkach troszkę wyschła, i znacznie pogorszyła swoje właściwości. Firma Intel nie daje oczywiście żadnej gwarancji na możliwości podkręcania procesora, więc może się okazać, że część tych możliwości z czasem stracimy. Po osiągnięciu 100 stopni procesor zacznie znacząco zwalniać pod obciążeniem.

Pojawia się zatem pytanie - dlaczego Intel przestał lutować rdzenie do IHS-ów?

Rdzeń procesora wykonany jest z krzemu, zaś rozpraszacz ciepła z miedzi. Nie da się połączyć tych dwóch pierwiastków bezpośrednio, ponieważ mają one znacząco różną (około 6-krotnie) rozszerzalność temperaturową. Trzeba stosować dodatkową warstwę złota na rozpraszaczu ciepła, a spoiwem lutowniczym musi być Ind (cyna nie połączy krzemu ze złotem, ani bezpośrednio w miedzią). Ind tani nie jest, a Intel najwyraźniej uznał że rozwiązanie opartę o pastę przewodzącą i tak będzie wystarcząco dobre. Czy się pomylił? Wiele sztuk procesorów Core czwartej generacji, które straciły swoje właściwości, może wskazywać na to że tak.

Jaki morał z tej historii?

Jeśli nie mamy bardzo dobrych zdolności manualnych i nie wymienimy pasty pod rozpraszaczem ciepła procesora Core szóstej generacji, do jego MAKSYMALNEGO (wyraźnie zaznaczam!) podkręcania znowu potrzebujemy wydajnego, kosztującego co najmniej 150-180 złotych coolera i najlepiej dobrej pasty termoprzewodzącej. To powinno zagwarantować wysoki potencjał OC. Zresztą w przypadku modeli z dopiskiem K, z odblokowanym mnożnikiem - i tak cooler trzeba dokupić dodatkowo. Nie ma go przecież w pudełku...