Эволюция водоблоков EKWB и оптимальный их выбор для процессоров AMD на микроархитектуре Zen 2. Обзор EK-Quantum Magnitude

Мы живем в уникальное время, где гонка техпроцессов и производительности достигла новой точки кипения. 10-ки ядер, сотни мегабайт L3-кэша, 5 ГГц и другие решающие факторы заставляют фанатов обеих лагерей сталкивается лбами вновь и вновь на специализированных форумах, доказывая у кого самый крутой разгон или результаты в бенчмарках. Простой пользователь, которому хочется заняться подобным, попадая в этот водоворот, просто начинает теряться от количества советов и мнений. Безусловно, каждая идея и каждое мнение имеет неоспоримое право на существование, но не сегодня речь будет не о том. Я хочу с вами обсудить истоки проблем охлаждения и современное решение на примере линейки водоблоков от компании EKWB. В частности мы обсудим, чем охлаждать горячие, но экономные (в 2019 это таки произошло) процессоры Ryzen третьего поколения на базе микроархитектуры Zen 2.

Как многие из вас знают, процессор в разрезе напоминает бутерброд: он состоит из текстолита, с помощью которого кристалл соединяется с сокетом, самого кристалла и, конечно же, термоинтерфейса и теплораспределительной крышки, принимающих весь тепловой удар на себя. Второй важной информацией, которую вы, возможно, не принимали во внимание — это тепловыделение относительно площади кристалла процессора. Разумеется, при неизменном TDP меньшая площадь будет создавать больше проблем для абсолютно любой системы охлаждения (про «фреонки» и жидкий азот мы не говорим). Что касается цифр, то мы имеем следующие данные:

  • AMD Ryzen 7 2700Х с площадью кристалла 213 мм² и TDP 145 Вт обладает тепловым потоком 0,68 Вт/мм²;
  • Intel Core i9-9900К при площади 174 мм² и ТDP 200 Вт — 1,15 Вт/мм²;
  • AMD Ryzen 7 3800Х с площадью ССD 74 мм² и TDP 90 Вт (не учитываем IOD) — 1,21 Вт/мм²;
  • Intel Core i9-10900К при площади 198 мм² и ТDP 250 Вт — 1,26 Вт/мм².

Мы видим, что последнее поколение процессоров Intel и AMD существенно увеличили показания выделяемого теплового потока относительно площади и с этим нужно что-то делать, ведь дальнейший переход на более тонкий техпроцесс только усугубит ситуацию, к тому же кремний не является хорошим проводником тепла. К примеру, теплопроводность кремния равна 149 Вт/(мК), а меди 401 Вт/(мК).

Компания Intel нашла выход из этой ситуации и это не только ценой припоя. В конце весны была представлена линейка процессоров Comet Lake, интересной особенностью которой является «сточенный» верхний слой кремниевой подложки и попутно увеличенная толщина теплораспределительной крышки.

EKWB EK-Quantum Magnitude

На цифрах это выглядит более интересно, Coffee Lake имеет толщину кремниевой подложки около 800 мкм, а у процессоров Comet Lake-S она уменьшилась до 500 мкм. Разница почти 38%, что безусловно сработало и дало свои плоды – 5,4Ггц на все 10 ядер в домашнем использовании без каких либо чиллеров. Для простых пользователей это новшество позволило увидеть более низкие температуры, что не могут не радовать.

Что касается дальнейшего потенциала, дополнительная «шлифовка» еще возможна.

EKWB EK-Quantum Magnitude

Так как слой BEOL до сих пор имеет внушительную толщину и единственным ограничивающим нюансом является технология этой самой шлифовки, ведь на границе FEOL и BEOL находятся наши любимые транзисторы.

А что же AMD? На данный момент мы имеем выход только одного 7-нм поколения, которое уже сумело зарекомендовать себя как очень энергоэффективное решение, но в то же время горячее для довольно примитивных систем охлаждений: будь то необслуживаемая вода или кулер с прямым контактом.

Предлагаю рассмотреть и это более подробно, в частности водоблок необслуживаемой водянки. Он состоит из тепло-распределительной медной пластины (иногда никелированной), в которой находятся прорези (внутренний радиатор), и, собственно, помпы. Если с помпой все понятно, то с камерой водоблока зачастую нет, так как у пользователей редко случается возможность, не нарушив гарантию, самостоятельно открыть и изучить внутренности. И если такой инцидент случается, пользователь видит, что в его любимой неразборной водянке камера с микроканалами не покрывает и половины площади крышки процессора. На иллюстрации это зачастую выглядит следующим образом:

EKWB EK-Quantum Magnitude

С первого взгляда активная камера водоблока покрывает и IOD и CCD, но при этом зачастую упускается из виду физика, тепло распространяется не вертикально вверх, а равномерно во все стороны относительно излучателя (пока не берем в расчет, что препятствовать этому равномерному распределению тепла будут другие окружающие материалы, которые имеют собственную массу и теплопроводность). В связи с этим нам нужно снимать тепло со всей крышки процессора (IHS), так как она играет роль теплораспределителя. Идеальным вариантом будет существенно увеличенная камера водоблока с микроканалами:

EKWB EK-Quantum Magnitude

К счастью, в линейке водоблоков от EKWB появился и такой продукт, а у нас сегодня есть возможность сравнить теорию с практикой, дает ли это какое-либо преимущество и если да, то какое.

Последней и наверно самой важной характеристикой, которой должен обладать водоблок, это эффективное использование всех микроканалов и потока воды соответственно. Рассмотрим пример использования типичного дешевого водоблока на процессорах обеих лагерей.

EKWB EK-Quantum Magnitude

Первое что бросается в глаза — это ориентация кристалла(ов) CPU и соответственно поперечное расположение микроканалов относительно кристалла. Если микроканалы продольные — 1/2 потока будет использоваться неоптимально, в частности усугубление ситуации будет наблюдаться на двухчиплетных Ryzen, где на 1/2 микроканалов (и 1/2 потока) приходится два серьезных источника тепла. Отсюда следует вывод, что водоблок созданный под процессор Intel (до выхода Zen 2 других вариантов просто не было) по ряду физических законов не способен работать с максимальной эффективностью, хотя, безусловно, он работать будет, так как тепло распространяется во все стороны в зависимости от теплопроводности материалов окружающих источник тепла и припоя под IHS процессора, который является тоже своего рода теплораспределительной пластиной. Исключением может быть водоблок с массивным медным теплообменником, который в свою очередь работает «губкой» тепла или водоблок с латунной (или медной) камерой и со смещенным входным потоком, который будет точечно бить в место нахождения чиплетов (CCD). Ярким примером подобной конструкции и является наша новинка Magnitude.

EKWB EK-Quantum Magnitude

В случае с Intel особой магии мы не наблюдаем, а вот с Ryzen мы можем увидеть, что концентрированный поток холодной воды бьет в пересечение между двух CCD и создает дополнительное давление в микроканалах (отмечено пурпурными стрелками).

Звучит неплохо, но я все же нашел один нюанс, который в какой-то степени тоже влияет на результат, так как из-за маленькой массы IHS процессора, в случае Ryzen, не равномерно прогрета, потоки, которые идут через IOD (выделяет до 20 Вт), имеют низкую эффективность и просто попадают в выходное отверстие. Возможно, этот нюанс оставили для будущего поколения водоблоков, ведь дальнейшее развитие водоблоков почти достигло той точки, когда улучшать уже просто нечего и нужно разрабатывать абсолютной иной способ охлаждения процессоров. А теперь давайте познакомимся с виновником торжества поближе.

Overclockers.ua - работа без перенагрузок!