ЛикБез: Термоинтерфейс

Основной задачей для пользователя при сборке или обслуживании ПК в этом вопросе состоит в подборе термоинтерфейса между центральным процессором и кулером.

Основной характеристикой термоинтерфейса является его теплопроводность измеряемой в Вт/(м*К), т.е. Ватт/(метр*Кельвин).

На сегодняшний день существует 3 популярных вида термоинтерфейса для центрального процессора:
- Термопаста;
- Термопрокладка;
- Жидкий металл.

Существуют энтузиасты, которые подгоняют шлифовкой поверхности так, чтобы был идеальный контакт без термоинтерфейса. Но я в живую ни разу не видел, так что это не точно.

Термопасты - это классический термоинтерфейс. Хорошая термопаста не теряет своих свойств со временем и не сохнет. Наносить ее следует на поверхность термораспределительной крышки ровным тонким слоем, в идеале специальной лопаткой, если для вас каждый градус важен. Для среднего офисного компьютера достаточно выдавить из тюбика небольшую каплю в центр термораспределительной крышки процессора и придавить кулером.

Одни из самых производительных термопаст на рынке сейчас это:
- Thermalright TFX, 14.3 Вт/мК, максимальная рабочая температура +300°C, минимальная рабочая температура -250°C;
- Thermalright TF8, 13.8 Вт/мК, максимальная рабочая температура +380°C, минимальная рабочая температура -220°C;
- Thermal Grizzly Kryonaut, 12.5 Вт/мК, максимальная рабочая температура +350°C, минимальная рабочая температура -200°C;
- Cooler Master MasterGel Maker, 11 Вт/мК, максимальная рабочая температура +150°C, минимальная рабочая температура -50°C;
- Arctic Cooling MX-4, 8,5 Вт/мК, максимальная рабочая температура +160°C, минимальная рабочая температура -50°C.

Есть и другие производители.
Для сравнения, очень популярная у нас паста КПТ-8 имеет всего <0,7 Вт/мК.

Высокопроизводительные термопрокладки представлены компанией Thermal Grizzly, серия Carbonaut имеет 62,5 Вт/мК c диапазоном рабочей температуры -250 °C / +150 °C и продается в следующих размерах:
- 32 x 32 Intel Desktop CPUs (115x) e.g 6700K, 7700K, 9900K;
- 38 x 38 Intel 20xx HEDT CPUs and AMD Desktop CPUs. e.g. 7900X, 7980XE, 2700X, 1800X, 6950X;
- 51 x 68 AMD Threadripper CPUs e.g. 1950X, 1920X, 2990WX;
- 25 x 25 Nvidia GPUs (RTX 2080);
- 31 x 25 Nvidia GPUs (RTX 2080 Ti).

Остальные термопрокладки сопоставимы по теплопроводности с термопастами (по заявленным показателям) и отличаются только составами, например, CooLaboratory Liquid MetalPad.

- Coollaboratory Liquid Pro, 79 Вт/мК;
- Thermalright Silver King, 79 Вт/мК, максимальная рабочая температура +140°C, минимальная рабочая температура -3°C;
- Thermal grizzly Conductonaut, 73 Вт/мК, максимальная рабочая температура +140°C, минимальная рабочая температура 10°C.

Жидкий металл имеет очень много нюансов с его нанесением. Во-первых, поверхность термораспределительной крышки процессора нужно обезжирить и отчистить. Далее нужно очень длительно и аккуратное (не в сокете) размазывать жидкий металл ровным слоем, так как у него очень высокое поверхностное натяжение и он не размазывается под давлением кулера. Жидкий металл проводит электричество и разъедает алюминий, недопустимо попадание капель на материнскую плату и вытекание из под кулера, нужно нанести ровно столько, сколько требуется для покрытия всей термораспределительной крышки, но, при этом, чтобы кулер не выдавил каплю наружу.

Жидкий металл можно использовать только с кулерами с медной площадкой и только при плюсовой температуре (подробнее указано в свойствах конкретного жидкого металла). Жидкий металл может впитаться в термораспределительную крышку и площадку кулера, в таком случае ее надо наносить заново. Нужно следить за температурой и состоянием, где-то через год вы сыграете в лотерею под названием "прикипело" и тут 2-а сценария: или показатели охлаждения улучшатся или ухудшатся, в 1-м случае вы выиграете, во 2-м будете отрывать уже не жидкий метал. И если вы все сделаете правильно, то выиграете всего несколько градусов, в сравнении с топовой термопастой.

Жидкий металл может дать 20-30 градусов разницы при скальпировании процессора, и нанесении и последующей установкой кулера непосредственно на кристалл. Но не все процессоры можно скальпировать, и это лучше делать в специализированных компаниях, которые дают гарантию, иначе есть шанс получить очень дорогой брелок. Есть вариант для процессоров у которых нет припоя, а термоинтерфейс между кристаллом и термораспределительной крышкой имеет плохую теплопроводность, тогда после скальпирования на кристалл наносится жидкий металл и термораспределительная крышка устанавливается обратно. Такая услуга в СПб с гарантией стоит около 5000 руб.

И так, как же это на самом деле выражается в температуре процессора мы узнаем в тестах:

Тестовые образцы термоинтерфейсов:
— Thermal Grizzly Carbonaut — карбоновая (углеродная) термопрокладка;
— CooLaboratory Liquid MetalPad — металлическая термопрокладка;
— Thermal Grizzly Cryonaut — термопаста;
— Arctic MX-4 (2019) — термопаста;
— Thermalright TF8 — термопаста
— Cooler Master Mastergel Maker — термопаста.

Тестовый стенд:
— Системная плата: Gigabyte GA-H81M-S1;
— Память: DDR3 1600 8 Гб (4*2);
— HDD: Seagate 320 Гб SATA-3 (ST320LM010);
— Кулер: DeepCool Archer BigPro (PWM, 60.19 CFM, отвод тепла до 125 Вт).

Условия и метод тестирования:
Температура окружающей среды — 25*С (77*F) поддерживается термостатом кондиционера в помещении. В связи с тем, что возле стенда воздух нагревается, будем считать погрешность 1*С.

Каждый термоинтерфейс был протестирован дважды при разных режимах регуляции кол-ва оборотов:
- программное автоматическое регулирование оборотов кулера на процессоре;
- максимальное кол-во оборотов, фиксированное через BIOS (диапазон 2058-2090 RPM).

Из-за особенностей строения теплосъёмника (медный круг на основании алюминиевого радиатора), который площадью меньше, чем площадь теплораспределительной крышки процессора, термопаста наносилась именно на радиатор. В случае с углеродными термопрокладками — укладывались непосредственно на процессор ровно по центру.

Кулер устанавливался на процессор ровно по центру, фиксировался креплением. Системный блок закрывался обратно и устанавливался в вертикальное рабочее положение.

После загрузки операционной системы из трея выгружались все пользовательские приложения (приложение МФУ, GeForce Experience, Яндекс.Диск и прочие), а также отключался интернет — с целью исключения дополнительной нагрузки на процессор в период замера температуры в период простоя.

Поскольку целью тестирования был анализ испытуемых термоинтерфейсов на выявление способности и возможный объём передачи тепла (а не анализ стабильности работы системы под нагрузкой, или анализ максимального нагрева процессора или отдельно взятых ядер), было решено выбрать 2 показателя для определения тепловой кондуктивности термоинтерфейсов:
— CPU Package (*С) — температура под теплораспределителем;
— CPU (RPM) — количество оборотов процессорного кулера.

Три режима тестирования:
— Без нагрузки (в простое) — работа операционной системы без дополнительной нагрузки со стороны пользовательских приложений, то есть работают только системные службы, учитывается среднее значение температуры.
— Тест "Stress CPU" — тестирование центрального процессора, учитывается максимальное значение температуры;
— Тест "Stress FPU" — тестирование математического сопроцессора, тест расчетов операций с плавающей запятой, это наиболее ресурсоемкий и максимально нагружающий процессор тест, учитывается максимальное значение температуры.

Время измерения для каждого режима до фиксации результата:
— без нагрузки — 10 минут до фиксации;
— Stress CPU — 4 минуты прогрев, 10 минут до фиксации;
— Stress FPU — 4 минуты прогрев, 10 минут до фиксации.

Итого: для домашнего использования подойдет любая приличная термопаста, для использования во встраиваемых системах, в том числе на улице, можно рассмотреть термопрокладки, а жидкий металл исключительно для энтузиастов, которые скальпируют процессоры.

Буду благодарен за конструктивную критику в комментарии.