Термоэлектрическое охлаждение: Thermaltake SubZero 4G

Введение

Всё чаще производители охлаждающих устройств пытаются найти новые способы эффективного и бесшумного охлаждения процессоров. Уже не секрет, что обычные воздушные кулеры в скором времени не будут способны отвести тепло от мощных современных процессоров. И сегодня уже нисколько не удивляешься серийно производимым системам водяного охлаждения, новым конструкциям воздушных кулеров с тепловыми трубками, новыми материалами, новой конструкцией радиаторов. Способы охлаждения, ранее доступные лишь оверклокерам, получают массовое распространение. Наиболее "мирным" является водяное охлаждение, но вода в компьютере как-то не приживается, поскольку подобные системы громоздки по размерам, они не так просто инсталлируются, а если эти недостатки и отсутствуют, как например, в системах Thermaltake Aquarious II и Data Cooler DWC-A01, то эффективность охлаждения здесь не намного выше, чем у воздушных кулеров и уж точно ниже, чем у оверклокерских водяных систем охлаждения.

Одним из эффективных способов отвода тепла от процессора является охлаждение термоэлектрическими пластинами, известными, как модули Пельтье. Термоэлектрические пластины, часто называемые тепловыми насосами, сами по себе не охлаждают процессор. 

Суть эффекта Пельтье, используемого в термоэлектрических модулях, заключается в том, что при пропускании тока через пластину, состоящую из двух полупроводников, на одной её стороне выделяется тепло, а на другой - поглощается. Возможен и обратный эффект - при помещении одной стороны бипластины в горячее место, а другой в холодное, пластина начнёт вырабатывать электрический ток. Это явление называется эффектом термопары и используется во многих электронных термометрах. В обычной термоэлектрической пластине используются несколько десятков термопар для отвода тепла от одной стороны к другой. Модуль Пельтье потребляет большую электрическую мощность, сравнимую с мощностями элементов, которые он охлаждает. Между горячей и холодной стороной пластины всегда поддерживается определённая разность температур, поэтому чем сильнее мы охладим горячую сторону (где выделяется тепло), тем больше тепла поглотит холодная сторона. Модули Пельтье можно устанавливать каскадами, так чтобы холодная сторона последующего модуля охлаждала горячую сторону предыдущего, но в конечном итоге охладить самый верхний модуль будет очень сложно.

Сами по себе модули Пельтье не охлаждают процессор - они перекачивают тепло с одной своей стороны на другую, в результате чего одна сторона пластинки сильно охлаждается, а другая - наоборот, сильно нагревается. Элементы Пельтье не получили широкого распространения в серийных кулерах для процессоров по нескольким причинам.

• Одна из них - это высокая стоимость: кулеры со встроенными термоэлектрическими кулерами (TEC) стоили в несколько раз дороже аналогов без элементов Пельтье.

• Другая причина - неудобство крепления отдельной термоэлектрической пластинки на кулер.

• Третья причина - потребляемая мощность. Элемент Пельтье должен потреблять не меньше мощности, чем охлаждаемый им процессор, но и эта мощность должна быть правильно рассчитана, потому что если TEC будет иметь меньшую мощность, чем охлаждаемый им элемент, ни о каком эффективном отводе тепла не может быть и речи - процессор так и будет продолжать перегреваться. Если же TEC будет обладать избыточной мощностью, на его холодной стороне будет образовываться конденсат, что может привести к короткому замыканию и выходу из строя процессора или материнской платы.

Ну а плюс к этому, термоэлектрические модули нуждаются в охлаждении. Нужно как можно лучше охлаждать горячую сторону элемента Пельтье, чтобы температура на холодной стороне была как можно ниже. Причём, кулеру, установленному на термоэлектрический модуль, придётся выполнять двойную работу - охлаждать суммарную выделяемую мощность процессора и элемента Пельтье, что может быть в два раза больше, чем мощность одного процессора. То есть, в паре с TEC придётся использовать дорогой и качественный воздушный или водяной кулер, который, возможно, так же будет громко шуметь. Более подробно об элементах Пельтье вы можете прочитать в этой статье.

Пожалуй, единственным возможным способом сделать применение элементов Пельтье доступным любому пользователю, является установка специального блока электроники, который сможет регулировать потребляемую мощность термоэлектрической пластинки и изменять эффективность её охлаждения в зависимости от температуры процессора. Такой способ был найден одной израильской компанией и представлен весной 2003 года. Сразу же после анонса нового поколения системы термоэлектрического охлаждения, компания Thermaltake, один из лидеров производства систем охлаждения, перекупила изобретение израильтян и представила свою систему SubZero 4G для процессоров Intel Pentium 4, AMD Athon XP/Duron и AMD Athlon 64. В этом обзоре мы рассмотрим систему SubZero 4G для процессоров формата Socket A.

Thermaltake SubZero 4G

Система термоэлектрического охлаждения, Thermaltake SubZero 4G, рассчитана, в первую очередь, на оверклокеров и компьютерных энтузиастов, которые не прочь заморозив процессор, разогнать его до невиданных ранее частот. Однако, реализация эффекта Пельтье компанией Thermaltake так же рассчитана и на обычного пользователя, который не станет заморачиваться проблемой подбора размеров и мощности бипластины Пельтье, не станет бороться с конденсатом и модифицировать крепление дорогого воздушного кулера, чтобы тот уместился на процессор с термоэлектрическим модулем. Система SubZero 4G поставляется в Retail-комплектации, в большой красочной картонной коробке.

На коробке написано, что данная система охлаждения имеет в комплекте дополнительный вентилятор с частотой вращения ротора 6 000 оборотов в минуту, что SubZero 4G может охлаждать процессоры Athlon XP с рейтингом до 3400+ и что уровень шума данной системы составляет всего 21 дБ. Честно говоря, очень хотелось бы верить, что наконец-то найден эффективный по всем параметрам способ охлаждения процессора.

Когда я открыл коробку, то, честно говоря, немного разочаровался - слишком мало составляющих системы охлаждения было внутри. Даже по сравнению с системой водяного охлаждения Aquarious II, которую собираешь, как конструктор, SubZero 4G выглядит как готовый к использованию продукт. В принципе, теперь понятно, почему Thermaltake с гордостью заявляет, что SubZero 4G можно установить менее чем за 90 секунд! Мы же спешить не будем и сначала проверим, соответствует ли комплект поставки заявленному. Итак, внутри коробки SubZero 4G находятся:

• Электронный блок-контроллер в формате PCI карты
• Воздушный кулер с интегрированным элементом Пельтье
• Вентилятор размером 80x80x25 мм
• Вентилятор размером 80x80x25 мм, светящийся
• Инструкция по установке
• Кабель питания 220В

Ну что же, вроде всё на месте. Система охлаждения SubZero 4G - не совсем обычное устройство, но мы всё же попытаемся подвести его под общие характеристики для кулеров и сведём данные об этой системе в одну таблицу.

Как видно, и воздушный кулер, и элемент Пельтье, и системный вентилятор питаются от блока электроники, то есть она PCI карта контролирует всю систему охлаждения компьютера. Вот и начнём мы описание системы SubZero 4G именно с блока электроники.

Блок электроники

Как ясно из описания системы SubZero 4G, основную работу по охлаждению выполняет именно блок электроники. Это устройство в формате PCI карты отвечает за работу модуля Пельтье и выбирает, какую мощность подавать на термоэлектрическую пластинку, с какой скоростью работать вентилятору на кулере и в корпусе.

Эта плата вставляется в PCI слот материнской платы, но не требует установки драйверов. Как видно на фотографии сверху, PCI разъём системы SubZero почти не имеет контактов. Точнее сказать, имеющиеся контакты используются для включения блока электроники. Как только компьютер включается и на PCI разъёмы подаётся напряжение, контроллер SubZero 4G подаёт питание на кулер процессора и системный вентилятор.

Сзади на блоке электроники имеются два набора контактов. Один, восьмиконтактный квадратный разъём, служит для питания кулера для процессора. От одного разъёма питаются и вентилятор и термоэлектрическая пластинка. К стандартному PCPlug разъёму подключается системный вентилятор, который так же управляется данным блоком. Вы можете видеть, что к плате присоединён проводок с кнопкой. Эта кнопка переключает режим работы SubZero 4G между "тихим" и "мощным". Как можно догадаться, в тихом режиме охлаждение будет хуже, а в мощном кулер будет работать громче. Эта кнопка не приспособлена к выводу на корпус, ни в слот PCI карты, ни в 3.5" или 5.25" отсек. Так что если корпус компьютера закрыт, получить к ней доступ не удастся. Возле разъёмов питания установлены два светодиода, которые являются индикаторами работы системы SubZero 4G.

Естественно, что модуль Пельтье потребляет столько же энергии, сколько и процессор. Максимальная мощность TEC превышает 70 Вт, а отбирать такую мощность из блока питания компьютера было бы невыгодно, ведь сегодня на БП ложится итак слишком большая нагрузка. Именно поэтому SubZero 4G питается от сети 220 В. Для этого на планке карты установлен трёхконтактный разъём питания, к которому подключается обычный сетевой шнур. То есть, таким образом компьютер занимает ещё одну розетку.

Блок электроники легко разбирается. Внутри мы видим нехитрую схему - выпрямитель переменного тока, систему логики с мощными транзисторами и маленький кулер.

В общем-то, не столь важно, как устроен блок электроники SubZero 4G. Очень жаль, что Thermaltake не догадалась вывести кнопку управления хотя бы на заднюю панель блока электроники. Но мы посмотрим при тестировании - может быть эта кнопка и не нужна.

Кулер процессора

Не менее важен в системе SubZero 4G кулер для процессора. Этот охладитель - сложное устройство, совмещающее в себе воздушный кулер и термоэлектрическую пластину.

С виду это обычный охладитель, я бы даже сказал, простенький. Он имеет алюминиевый радиатор, произведённый по технологии выдавливания. Честно говоря, для такой солидной и дорогой системы охлаждения, коей является SubZero 4G, подобный радиатор выглядит, по крайней мере, странно. Для эффективной работы термоэлектрический модуль требует эффективного охлаждения горячей стороны и чем лучше будет радиатор, тем больше будет эффективность охлаждения.

Данный кулер имеет как бы два основания. Одно из них, а именно - основание радиатора, прилегает к термоэлектрической пластине с горячей стороны, а другое, так же алюминиевое - с холодной стороны. Второе основание крепится к радиатору двумя болтами. К этому второму основанию припаяна медная пластина, которой сам кулер прилегает к ядру процессора. На этой медной пластине установлен термодатчик, который сообщает блоку электроники о температуре возле ядра процессора. Вообще-то, опять-таки не совсем понятно, что мешало использовать полностью медное второе основание и зачем было городить такую конструкцию.

На фотографии сверху изображён профиль элемента Пельтье. Эти зигзаги - десятки термопар, которые при прохождении через них электрического тока на одной своей стороне выделяют тепло, а на другой - холод. Вообще-то, подобные термоэлектрические пластины по краям принято заливать герметиком, чтобы при образовании конденсата не произошло короткого замыкания. Здесь модуль Пельтье не герметизирован, и очень хотелось бы надеяться на то, что причина этого в том, что блок электроники не позволит модулю Пельтье охладиться ниже точки росы и конденсат не появится.

Вернёмся к самому кулеру, как единому устройству. Кулер рассчитан на установку на процессоры формата Socket A. Он крепится, цепляясь стальной скобой за все шесть зубчиков гнезда. Правда, скоба крепления рассчитана на то, что кулер будет устанавливаться с помощью подручных инструментов - отвёртки или пинцета. Снимать кулер с таким креплением чуть сложнее, чем ставить, но зато охладитель не упрётся ручкой скобы крепления в модули памяти.

Проще говоря, кулер SubZero 4G, как и вся система охлаждения, разработан не компанией Thermaltake. И это видно, поскольку даже фирменная решёточка с символом Tt не обманет нас, тех, кто видел продукцию этой компании начиная с Golden Orb. Хотя, по большому счёту кулер является лишь частью системы охлаждения и нам не очень важно, как он устроен, если он будет хорошо охлаждать и тихо работать.

Вентиляторы

В комплекте к SubZero 4G поставляются два системных вентилятора. И это понятно, ведь в корпусе компьютера появился ещё один нагреватель, по мощности сопоставимый с процессором, а ещё и блок электроники с выпрямителем. Поэтому улучшение вентиляции в корпусе компьютера будет тем, что надо.

Один вентилятор - светящийся, размерами 80x80x25 мм, выполненный из прозрачного пластика со встроенными светодиодами. Этот вентилятор подключается к блоку контроллера и его производительность и уровень шума зависят от того, какая сейчас температура на подошве кулера процессора.

Второй вентилятор размерами 70x70x25 мм является как бы приятным "бонусом" и представляется как "Extra Fan", дополнительный вентилятор. Он имеет мощность 6 Вт и может использоваться вместо стандартного вентилятора на кулере процессора. В коробочке SubZero 4G находится инструкция, в которой объясняется, как заменить стандартный вентилятор размером 70x70x15 мм на более "Extra Fan", который на 10 мм выше. Компания Thermaltake обещает, что такая замена поможет снизить температуру процессора ещё на 6-7 градусов Цельсия.

Ну что же, пришло время установить систему SubZero 4G в компьютер и проверить, насколько эффективно она работает.

Тестирование

Устанавливается SubZero 4G если и не за 90 секунд, то очень быстро. Кулер для процессора является "симметричным" и может устанавливаться на гнездо "задом наперёд", как будет удобно пользователю. Кулер можно подключить к материнской плате, а можно доверить вопрос регулировки скорости его вентилятора блоку электроники.

Система SubZero 4G стоит дороже очень хорошего воздушного кулера. Её цену можно сравнивать, разве что, с системами водяного охлаждения Thermaltake Aquarious II. В нашем тестировании мы сравнивали производительность SubZero 4G как с Aquarious II, так и с обычным воздушным кулером Volcano 11+ Xaser Edition. Мощность процессора в нашей тестовой системе составляет 78 Вт, что чуть больше, чем максимальная заявленная мощность термоэлектрического модуля. Но мы ведь не думаем, что SubZero 4G будет использоваться в компьютерах, где процессоры работают на штатных частотах? И учитывая тот факт, что разогнанные процессоры потребляют большую электрическую мощность, чем неразогнанные, мы считаем тестовую систему более чем подходящей.

В процессе тестирования было замечено, что кнопка на блоке электроники SubZero 4G действительно способна переключать режимы работы системы охлаждения, но только когда SubZero 4G работает не на полную мощность. То есть, кнопкой вручную можно заставить кулер охлаждать лучше и громче шуметь, но не наоборот. С режима максимальной мощности на минимальную уже не переключишься.

Тестирование кулеров проводилось в две стадии. На первой стадии загружалась операционная система Windows XP, запускалась программа MotherBoard Monitor, и компьютер простаивал без действия (в так называемом режиме простоя) 30 минут, пока не установится стабильная температура, после чего снимались показания температуры. На втором этапе под Windows XP загружался Burn-In модуль тестовой программы SiSoft Sandra MAX3, который прогонял тест CPU Multimedia Benchmark 60 раз подряд. Для всех кулеров использовалась одинаковая серебряная термопаста. Кулер Volcano 11+ Xaser Edition тестировался с максимальной частотой вращения лопастей вентилятора - 4800 оборотов в минуту.

Как видно из диаграммы, в режиме простоя процессора все три типа кулеров, - воздушный, водяной и термоэлектрический показывают примерно одинаковые результаты. Это можно объяснить тем, что все три кулера одинаково справляются со своей задачей - охлаждения незагруженного процессора. Когда же нагрузка повышается и процессор разогревается сильнее, ситуация меняется. Температурная регулировка Aquarious II позволяет ядру нагреться до более высокой температуры, чем в случае с SubZero 4G: эта система не даёт температуре подняться более чем на 4 градуса. Интересно, что в процессе тестирования SubZero 4G при прохождении теста на загруженном процесоре постоянно переключалась между двумя режимами работы - максимальным и средним. Это говорит о том, что 78 Вт - не предел для данной системы охлаждения, так как она не всё время работала на полную мощность. Что же до уровня шума, то тут ситуация следующая: SubZero 4G работая на средней мощности, охлаждала чуть громче, чем Aquarious II и намного тише, чем Volcano 11+ XE.

Выводы

Термоэлектрическое охлаждение вполне можно рассматривать как отличную альтернативу системам ватеркулинга. Пока что SubZero 4G не может составить конкуренцию кулерам типа Volcano 11+ XE в силу своей высокой стоимости. Даже судя по результатам тестирования, эта система не намного превосходит воздушный кулер Volcano 11+ XE, но если вспомнить об уровне шума, то ситуация приобретает совсем другую окраску: на максимальных оборотах Volcano 11+ XE работает слишком громко, несравнимо громче, чем SubZero 4G. И это неудивительно, поскольку если бы было наоборот, то SubZero 4G просто не имела бы права на существования.

Преимущества SubZero 4G следующие: простота установки, питание от 220 Вольт и хорошее соотношение производительности и уровня шума. Недостатки у данной системы тоже имеются. Прежде всего, это высокая цена и то, что кулер SubZero 4G не является универсальным, то есть система может охлаждать либо только процессоры AMD, либо только Intel. Согласитесь, что такой дорогой кулер может препятствовать апгрейду со сменой платформы. В остальном же идея весьма и весьма стоящая и я надеюсь, что Thermaltake будет продолжать совершенствовать линейку термоэлектрических кулеров SubZero 4G.

Мы благодарим компанию "Svega Computer" (Санкт-Петербург), являющуюся официальным дистрибьютором Thermaltake в России за предоставленные кулеры Volcano 11+ Xaser Edition и SubZero 4G.

Михаил Дегтярёв (aka LIKE OFF)
15/09.2003