Chłodzenie procesora: chłodzenie cieczą czy chłodzenie powietrzem

O czym warto wiedzieć, wybierając między chłodzeniem cieczą a chłodzeniem powietrzem, w tym, na czym polegają te dwie metody i która jest najlepsza w danym przypadku1

Jak każdy element komputera o dużej mocy, procesor wytwarza ciepło podczas pracy i musi być dobrze schłodzony, aby osiągać maksymalną wydajność.

Mark Gallina, architekt systemów cieplnych i mechanicznych w firmie Intel, wyjaśnia: „Podczas normalnej pracy tranzystory wewnątrz procesora przekształcają energię elektryczną w energię cieplną (ciepło). Ciepło to powoduje wzrost temperatury procesora. Jeśli ciepło nie będzie skutecznie odprowadzane, procesor przekroczy bezpieczną temperaturę pracy”.

Ale jaki jest najlepszy sposób utrzymania idealnej temperatury pracy procesora? Istnieje wiele sposobów chłodzenia procesorów, ale większość komputerów stacjonarnych i laptopów używa chłodzenia powietrzem lub cieczą.

Omówimy chłodzenie cieczą i powietrzem: jak działają, jakie są ich zalety i wady oraz które rozwiązania są odpowiednie dla danej konfiguracji.

Jak działa chłodzenie procesora

Układy chłodzenia procesorów cieczą i powietrzem działają na podobnej zasadzie i w gruncie rzeczy robią to samo: pochłaniają ciepło z procesora i odprowadzają je z dala od sprzętu.

Ciepło wytwarzane przez procesor jest przekazywane do metalowej pokrywki procesora, tzw. Integrated Heat Spreader (IHS). Następnie do podstawki systemu chłodzenia procesora, a później – przez ciecz lub rurkę cieplną – do wentylatora, gdzie jest wydmuchiwane z systemu chłodzenia i ewentualnie poza komputer.

Chociaż podstawy działania są podobne, obie metody odprowadzają ciepło odmiennymi sposobami.

Zacznijmy od chłodzenia powietrzem.

Chłodzenie powietrzem

W układzie chłodzenia powietrzem ciepło jest przenoszone z IHS procesora, poprzez naniesioną pastę termiczną, do podstawki, zwykle wykonanej z miedzi lub aluminium. Z podstawki energia cieplna przenosi się do rurek cieplnych.

Rurki cieplne są zaprojektowane tak, aby przewodzić ciepło z jednego miejsca do drugiego. W tym przypadku ciepło przenosi się do radiatora, położonego powyżej płyty głównej, by zwolnić miejsce na inne elementy, takie jak pamięć RAM. Te przewody przenoszą energię w formie ciepła do cienkich metalowych żeberek, które składają się na radiator. Żeberka te zostały tak zaprojektowane, aby zmaksymalizować ich ekspozycję na chłodniejsze powietrze, które następnie pochłania ciepło z metalu. Dołączony wentylator wypycha następnie ciepłe powietrze z radiatora.

Mniej powszechny niż standardowy układ chłodzenia powietrzem, ale podobny w teorii, jest tak zwany pasywny układ chłodzenia. Opiera się on na specjalnie zaprojektowanym radiatorze absorbującym i odprowadzającym ciepło bez użycia wentylatora. Takie rozwiązanie może być użyteczne w konfiguracjach, w których priorytetem jest cicha praca, ale większość komputerów do gier używa układów chłodzenia powietrzem lub cieczą.

Skuteczność układu chłodzenia powietrzem może być różna w zależności od takich czynników jak materiały zastosowane do jego budowy (na przykład miedź przewodzi ciepło lepiej niż aluminium, ale aluminium jest tańsze), jego rozmiar i ilość wentylatorów przymocowanych do radiatora procesora. To wyjaśnia różnice w wielkości i konstrukcji układów chłodzenia powietrzem.

Większe wentylatory zwykle lepiej odprowadzają ciepło, lecz nie zawsze jest miejsce na pokaźnych rozmiarów układ chłodzenia, szczególnie w komputerach z obudową typu small form factor.

O zaletach chłodzenia powietrzem powiemy jeszcze więcej, ale najpierw omówmy dla porównania chłodzenie cieczą.

Chłodzenia cieczą

Podobnie jak w układach chłodzenia powietrzem mamy tu szeroki wybór opcji, lecz w większości należą one do dwóch kategorii: All-in-One (AIO) lub niestandardowe pętle chłodzenia cieczą. Skoncentrujemy się głównie na chłodzeniu All-in-One (AIO), choć podstawowe zasady, według których płyn schładza procesor, są takie same w obu przypadkach.

Podobne jak w przypadku chłodzenia powietrzem procedura rozpoczyna się od podstawki, która jest połączona z IHS procesora warstwą pasty termicznej. Pozwala to na lepsze przekazywanie ciepła między dwiema powierzchniami. Metalowa powierzchnia podstawki jest częścią bloku wodnego, który jest zaprojektowany tak, by napełniał się płynem chłodzącym.

Płyn chłodzący odprowadza ciepło z podstawki, przechodząc przez blok wodny. Następnie przepływa przez układ i wędruje w górę, poprzez jedną z dwóch rurek, do radiatora. Radiator wystawia ciecz na kontakt z powietrzem, co pomaga ją schłodzić, a wentylatory podłączone do chłodnicy wyprowadzają ciepło poza układ chłodzenia. Następnie płyn chłodzący ponownie wpływa do bloku wodnego i cykl zaczyna się od nowa.

Co wybrać?

Oba systemy chłodzenia są bardzo skuteczne, gdy są prawidłowo zainstalowane, ale wyróżniają się w różnych okolicznościach. Oto kilka czynników, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze.

Cena

Cena może różnić się znacznie w zależności od priorytetów. Ogólnie rzecz biorąc, układy chłodzenia powietrzem są tańsze ze względu na ich prostsze funkcjonowanie.

W przypadku obu rozwiązań mamy wersje podstawowe i zaawansowane. Zaawansowana wersja systemu chłodzenia powietrzem może mieć większy radiator, lepsze wentylatory i ciekawsze walory wizualne. Układ chłodzenia cieczą All-in-One (AIO) wysokiej klasy może mieć większy radiator i być wyposażone w pakiet rozwiązań wizualnych i funkcjonalnych dopasowanych do wymagań klienta, takich jak oprogramowanie do kontroli prędkości wentylatorów oraz oświetlenie.

Zarówno układy chłodzenia powietrzem, jak i cieczą, mają szeroki zakres cen, w zależności od funkcji.

Łatwość instalacji

Choć układ chłodzenia cieczą All-in-One (AIO) jest często bardziej skomplikowany w instalacji niż standardowy układ chłodzenia powietrzem, to jednak również jest dość prosty. Większość z nich składa się tylko z bloku wodnego, dwóch rurek zapewniających obieg płynu chłodzącego i radiatora. Dodatkowymi czynnościami są przymocowanie bloku wodnego, co przebiega podobnie do montażu układu chłodzenia powietrzem, a następnie przymocowanie radiatora i wentylatorów w taki sposób, aby nadmiar ciepła mógł łatwo opuścić komputer. Ponieważ płyn chłodzący, pompa i radiator stanowią samodzielny układ wewnątrz urządzenia (stąd nazwa „All-in-One (AIO)” - „wszystko w jednym”), wymaga on niewielkiego nadzoru i konserwacji po instalacji.

Instalacja niestandardowej pętli wymaga z kolei od montażysty więcej wysiłku i wiedzy. Początkowy proces instalacji może być bardziej czasochłonny, ale dodatkowa elastyczność pozwala na włączenie do układu dodatkowych elementów, takich jak karta graficzna. Te bardziej skomplikowane, niestandardowe pętle pozwalają też, gdy prawidłowo się je zainstaluje, na tworzenie konfiguracji we wszelkich kształtach i rozmiarach.

Rozmiar

Układy chłodzenia powietrzem mogą być pokaźnych rozmiarów, ale zajmują tylko jeden obszar, nie rozkładają się na cały system. Z kolei układy All-in-One (AIO) wymagają miejsca na radiator i prawidłowego ułożenia i ustawienia bloku wodnego i rurek płynu chłodzącego.

Niemniej jednak w przypadku mniejszych konfiguracji pokaźny układ chłodzenia powietrzem może nie być najlepszym rozwiązaniem. Mały układ chłodzenia powietrzem lub All-in-One (AIO) z małym radiatorem mogą być lepszym wyborem. Przy planowaniu modernizacji lub wybieraniu obudowy należy zadbać o wystarczająco dużo miejsca na układ chłodzenia i o kompatybilność wybranej obudowy z układem chłodzenia.

Dźwięk

Chłodzenie cieczą, zwłaszcza gdy używa się All-in-One (AIO), jest zwykle cichsze niż wentylator na radiatorze procesora. Choć z tym też bywa różnie, bo dostępne są układy chłodzenia powietrzem z wentylatorami zaprojektowanymi specjalnie w celu zmniejszenia hałasu, a ustawienia wentylatora też mogą mieć wpływ na ilość generowanego hałasu. Ale ogólnie chłodzenie cieczą jest przeważnie cichsze, gdyż mała pompa jest zwykle dobrze izolowana, a wentylatory radiatora wykonują zwykle mniej obrotów na minutę niż te na radiatorze procesora.

Regulacja temperatury

Dla osób poważnie myślących o podkręcaniu lub planujących przedsięwzięcia mocno obciążające procesor, takie jak renderowanie animacji lub streaming, chłodzenie cieczą może być najlepszym wyborem.

Według Marka Galliny chłodzenie cieczą „rozprowadza ciepło bardziej efektywnie na większej powierzchni konwekcyjnej (radiatora) niż zwykłe przewodzenie ciepła, co pozwala na zmniejszenie prędkości wentylatora (lepsza akustyka) lub wyższą łączną moc”.

Innymi słowy, jest bardziej wydajne, a często i cichsze. Dla osób zainteresowanych najniższą możliwą temperaturą lub cichszym rozwiązaniem, którym nie przeszkadza nieco bardziej skomplikowany proces instalacji, chłodzenie cieczą jest prawdopodobnie najlepszą opcją.

Układy chłodzenia powietrzem dość dobrze odprowadzają ciepło z procesora, ale należy pamiętać, że jest ono następnie wydalane do obudowy. Może to podnieść ogólną temperaturę systemu. Układy chłodzenia cieczą lepiej wyprowadzają ciepło poza system dzięki wentylatorom na radiatorze.

Wybór należy do Ciebie

Wracając więc do początkowej kwestii: chłodzenie cieczą czy chłodzenie powietrzem. Co jest lepsze?

Odpowiedź zależy od sposobu korzystania z komputera oraz oczekiwanych wydajności i obciążeń.

Jeśli oczekujesz niemal bezgłośnej pracy, najbardziej wydajnego chłodzenia, a potencjalnie wyższa cena nie jest przeszkodą, chłodzenie cieczą będzie właściwym wyborem.

Jeśli szukasz rozwiązania z niższą ceną i prostszą instalacją, potencjalnie kosztem wydajności lub wyższego hałasu, lepszym rozwiązaniem będzie chłodzenie powietrzem.

Dokonując wyboru zastanów się, w jaki sposób korzystasz z komputera i w jaki sposób zamierzasz go używać w przyszłości. Choć oba rozwiązania są znakomite, są przeznaczone dla nieco innych zastosowań. To Ty musisz zdecydować, co lepiej sprawdzi się w Twoim przypadku.

Informacje o produktach i wydajności

1 Intel, logo Intel i Core są znakami towarowymi Intel Corporation lub jej podmiotów zależnych w USA oraz/lub w innych krajach.