Скільки тепла виділяє мій комп'ютер
При грамотному проектуванні ПК, одним з найважливіших етапів цієї роботи є розрахунок системи охолодження комп'ютера і теплового режиму його вузлів. І не тільки при проектуванні в проектних організаціях, а й при їх доробках, розгоні і моддінг в домашніх умовах. Правда в останньому випадку ці розрахунки можуть мати меншу точність. У мене іноді виникає відчуття, що китайські корпусу прораховуються з ще меншою точністю, якщо взагалі прораховуються. І якщо Вам потрібен комп'ютер працює при будь-якій температурі, при розгоні його вузлів або має низький рівень шуму, необхідно вміти порахувати його тепловиділення і зробити хоча б орієнтовний розрахунок його теплообміну, але з обов'язковою наступною перевіркою ефективності після виконання конструкції. Звертаю Вашу увагу на те що точні розрахунки вимагають великого обсягу роботи і досвіду.
Вступ.
Існує кілька підходів до розрахунку тепловиділення в корпусі комп'ютера, але тут хочу зупинитися на чотирьох. Кожен з них має свої переваги і недоліки.
За паспортними значеннями споживаної вузлами потужності,
Гідність: доступність, простота.
Недоліки: висока похибка і як результат, завищені вимоги до системи охолодження.
Просто піти на сайт представляє сервіс для розрахунку тепловиділення (споживаної потужності), вибрати потрібні вузли і сподіваючись на сучасність їх бази і правильність закладених величин застосувати їх результати.
І два однакових.
За споживаної вузлами потужності з урахуванням коефіцієнта тепловиділення і типовий завантаження вузлів,
Гідність: більш висока точність (оптимальність).
Недоліки: потрібен великий обсяг інформації або досвід, знання характеристик вузлів, режимів роботи ПК.
За результатами експериментальних вимірювань приладами споживаної потужності і тестів комп'ютера. Тестування можна виконати хоча б крайніх значень, тепловиділення в режимі спокою і при повному завантаженні
Гідність: висока точність величини для кожного типового режиму роботи.
Недоліки: необхідність проведення спеціальних досліджень і вимірювань.
Розрахунок споживаної ПК потужності, за паспортними значеннями споживаної потужності вузлів
Коли виникає питання «Скільки тепла виділяє мій комп'ютер?», Ми намагаємося в першу чергу знайти дані про тепловиділення вузлів які стоять в корпусі Вашого ПК. Але таких даних ніде немає. Максимум що ми знаходимо це споживані вузлами струми по ланцюгах харчування 3,3; 5; 12 В. Та й то не завжди.
Ці значення струмів споживання найчастіше мають пікові значення і призначені скоріше для вибору блоку живлення, щоб виключити його перевантаження по струму.
Оскільки всі пристрої всередині комп'ютера харчуються постійним струмом, то немає проблем для визначення пікової (саме пікової) потужності споживання Вашим вузлом. Для цього просто визначається сума потужностей споживаних по кожній лінії, шляхом перемноження струму і напруги споживаних по ланцюгу (Звертаю Вашу увагу, ніякі коефіцієнти для перерахунку не застосовуються - постійний струм.).
Як Ви розумієте це дуже приблизна оцінка, яка в реальному житті майже ніколи не виконується, адже не працюють одночасно всі вузли комп'ютера в піковому режимі. Операційна система працює з вузлами ПК за певними алгоритмами. Інформація Новомосковскется - обробляється - записується - якась її частина виводиться на засоби контролю. Ці операції виконуються над пакетами даних.
В інтернеті є безліч оцінок саме величини пікової потужності споживання взятої з характеристик вузлів.
Ті розрахунки, які зроблені 2-3 роки тому, в принципі не відповідають поточній ситуації. Тому що за ці роки виробники модернізували свої вузли що призвело до зниження споживаної ними потужності.
Останні дані наведені в таблиці 1.
Ми бачимо дані мають дуже широкий розкид, він визначається конкретною моделлю Вашого вузла. Вузли різних виробників, тим більше вироблені в різний час мають великий розкид споживаної потужності. В принципі розрахунок ви можете зробити самостійно.
Розрахунок споживаної ПК потужності виконується в кілька етапів.
Збір відомостей про споживаної вузлом потужності,Розрахунок сумарного споживання ПК (з урахуванням блоку живлення).
Складовою частиною розрахунку тепловиділення є розрахунок споживаної комп'ютером потужності. З якого визначається потужність блоку живлення, вибирається конкретна модель, після чого оцінюється його тепловиділення. Тому виконуючи теплової розрахунок, доводиться спочатку збирати дані про споживаної вузлами комп'ютера потужності.
Але поки, навіть споживана потужність не завжди наводиться виробниками вузлів комп'ютера, іноді на табличці з параметрами наводиться величина напруги живлення і споживаного струму з даного напрузі. Як вже говорилося вище, на постійному струмі, який застосовується для харчування вузлів комп'ютера, твір напруги живлення на струм споживаний з даного напрузі і говорить про споживаної потужності.
Виходячи з сумарної споживаної потужності (прийнявши її за потужність тепловиділення) можна виконати попередній або орієнтовний розрахунок системи охолодження. Цей розрахунок забезпечить швидше надлишкове охолодження Вашого ПК, що в умовах великої його завантаження і відповідно максимального тепловиділення дає деяке наближення до реального тепловиділенню і забезпечити виконання всіх необхідних охолодження. Але коли ПК використовується на звичайних (НЕ ресурсномістких) додатках, розрахована таким чином система охолодження явно надлишкова, і забезпечуючи нормальне функціонування вузлів ПК, створює незручності користувачеві за рахунок підвищеного рівня шуму.
В першу чергу Ви повинні знати, що споживана потужність і тепловиділення вузлів мають прямий зв'язок.
Потужність тепловиділення електронних вузлів не дорівнює споживаної потужності, але вони пов'язані між собою через коефіцієнт втрат потужності вузла.
Є безліч публікацій про те як виконати цей розрахунок, в Інтернет є спеціальні сайти для цього розрахунку. Але до сих пір виникають питання при його виконанні.
А тому що не тільки потужність тепловиділення складно знайти у виробника, а й навіть потужність споживана цікавлять нас вузлом не завжди відома. Можливо вони просто бояться їх приводити в зв'язку з тим що їх величина не непостійна в процесі роботи і істотно залежить від режиму роботи. Різниця може досягати десять разів і іноді навіть більше.
Схоже вони не хочуть перевантажувати користувачів «непотрібної» інформації. Та й даних для виробників я поки не знайшов.
У читав коефіцієнт тепловиділення.
Коефіцієнт корисної дії.
Потужність тепловиділення звичайних фізичних пристроїв (вентиляторів, двигунів електричних і механічних) визначається через поняття ККД. Яке визначається як відношення корисної потужності (потужності витраченої на виконання корисної роботи) до потужності втрат (потужність яка йде на подолання тертя, нагрівання.). Але поняття ККД неприйнятно для електронних вузлів. Їх корисна робота не вимірюється в ватах або джоулях. Ефективність їх роботи визначає скоріше продуктивність, яка неоднозначно пов'язана з споживаної потужністю. Правильніше назвати його "Коефіцієнт тепловиділення".
Коефіцієнта тепловиділення.
Для вузлів ПК - чіпів, мікросхем та інших широко відоме поняття ККД не підходить, тому що часто неможливо оцінити корисну потужність. Для цього краще використовувати коефіцієнт втрат потужності, який характеризує частку споживаної вузлом потужності переходить в тепло.
Тут: P потр - потужність споживана вузлом від джерела живлення, P теплий - потужність тепловиділення вузла, К т - коефіцієнт тепловиділення.
Частка споживаної потужності виведена за межі чіпа у вигляді потрібної нам інформації незначна, що і дозволяє при грубих розрахунках прирівняти P теплий і P потр.
Потужності тепловиділення сучасних чіпів визначається їх завантаженням і характером роботи.
Особливістю роботи сучасних чіпів процесорів і інших мікросхем є те що їх TDP (потужність тепловиділення) виробниками виходить простим множенням напруги живлення чіпа на його струм споживання. Відповідно до викладеного вище причинами це значення можна використовувати для розрахунків їх тепловиділення. Але, як вже говорилося вище, вона істотно залежить від режиму роботи чіпа.
Нижче, в таблиці 2, наведені орієнтовні значення До т для різних вузлів ПК.
До т залежить від режиму роботи вузла або його завантаження.
Системна плата як джерело тепловиділення.
Для більшості не секрет, що системна плата забезпечуючи роботу вузлів на ній встановлених сама споживає електроенергію і виділяє тепло. Тепло виділяють північний і південний мости чіпсета, джерела живлення вузлів комп'ютера, та й просто розташовані на ній компоненти електронних схем. Причому це тепловиділення тим більше ніж продуктивніше Ваш комп'ютер. І навіть в процесі роботи тепловиділення змінюється в залежності від завантаженості його вузлів.
Найбільше тепловиділення має чіп північного моста, який забезпечує роботу процесора з шинами. І часто і роботу з модулями пам'ять (в деяких моделях сучасних процесорів цю функцію виконують вони самі). Тому їх потужність тепловиділення може доходити від 20 до 30 Вт. Виробник зазвичай не вказує їх тепловиділення, як взагалі сумарне тепловиділення системної плати.
Непрямим ознакою високого тепловиділення є наявність інвертора для його харчування в безпосередній близькості від нього і посиленою системи охолодження (вентилятор, теплові трубки). Не забувайте, харчування та охолодження повинні забезпечувати нормальну роботу чіпсета при максимальній продуктивності.
Зараз на одну фазу такого джерела живлення доводиться до 35 Вт вихідної потужності. Фаза джерела живлення має в своєму складі пару транзисторів MOSFET, дросель і один або кілька оксидних конденсаторів.
Сучасні модулі швидкодіючої пам'яті теж мають досить велике тепловиділення. Непрямим ознакою цього є наявність окремого джерела живлення і наявність додаткового відводу тепла (металевих пластин) встановленого на чіпи пам'яті. Потужність тепловиділення модулів пам'яті залежить від його ємності і робочої частоти. Вона може досягати 10 - 15 Вт на модуль (або 1,5 - 2,5 Ватт на чіп пам'ять знаходиться на модулі в залежності від продуктивності). Джерело живлення пам'яті розсіює потужність 2 - 3 Вт на модуль пам'яті.
Сучасні процесори мають споживану потужність до 125 і навіть 150 Вт (струм доходить до 100 А), тому вони харчуються від окремого джерела живлення містить до 24 фаз (гілок) працюють на одну навантаження. Потужність розсіюється джерелом живлення процесора для таких процесорів доходить до 25 - 30 Вт. В документації на процесор часто вказується параметр TDP (thermal design power) характеризує тепловиділення процесора
Елементна база системної плати, як джерело тепла.
У зв'язку із зростанням кількості зовнішніх пристроїв, зростає і кількість зовнішніх портів, які можуть використовуватися для підключення зовнішніх пристроїв не мають власних джерел живлення (наприклад зовнішні HDD на USB портах). На один USB порт до 0,5 А, а таких портів може бути до 12. Тому на системній платі зараз часто встановлюються додаткові джерела живлення для їх обслуговування.
Не можна забувати що тепло виділяє, в тій чи іншій мірі, всі радіоелементи встановлені на системній платі. Це спеціалізовані чіпи, резистори, діоди і навіть конденсатори. Чому навіть? Тому що вважається що на конденсаторах працюють на постійному струмі потужність не виділяється (якщо не брати до уваги незначною потужності викликаної струмами витоку). Але в реальному системній платі немає чистого постійного струму - джерела живлення імпульсні, навантаження динамічні і завжди присутні змінні струми в їх колах. І тоді починає виділятися тепло потужність якого залежить від якості конденсаторів (величини ESR) і величини і частоти цих струмів (їх гармонік). А число фаз инверторного джерела живлення процесора досягло 24 і немає передумов до їх зниження на якісних системних платах.
Сумарна потужність тепловиділення системної плати (тільки її однієї!) Може досягати в піку - 100Вт.
Тепловиділення вбудованих на системній платі джерел живлення.
Вбудоване джерело живлення являє собою звичайний інвертор, при многофазном включенні це кілька (кількість відповідає числу фаз) синхронізованих і сфазіровать, що працюють на одну навантаження інверторів.
Приклад оцінки тепловиділення в ланцюжку "процесор - багатофазних інвертор - блок живлення".
Розрахунок потужності тепловиділення в ланцюжку "процесор - багатофазних інвертор - блок живлення" виконують виходячи з потужності кінцевого споживача в ланцюжку "процесора".
Розглянемо цей ланцюжок.
Результатом розгляду буде відповідь на питання: "Яка потужність виділяється на джерелі живлення пристрою розташованого на системній платі?"
У Візьмемо для прикладу процесора AMD Phenom ™ II X4 3200, який має споживану потужність в піку (TDP) - 125 Вт. Це, як уже писалося вище, з досить високою точністю його тепловиділення.
Багатофазних інвертор від якого живиться вказаний вище процесор, практично не залежно від кількості фаз, при ККД = 78% (зазвичай), виділяє тепла 27,5 Вт в піке.
Разом загальне тепловиділення в ланцюзі живлення процесора AMD Phenom ™ II X4 3200 і джерела його живлення (інвертор) в піку досягає 152,5 Вт.
Частка тепловиділення в БП припадає на цей процесор складе (з урахуванням ККД БП) більше 180 Вт в піку навантаження процесора.
Для розрахунку частки потужності (струму) харчування припадає на даний ланцюг для БП використовується сумарна потужність - 152,5 Вт. Щоб переводити цю потужність треба знати від яких напружень харчується дана ланцюг. А це залежить не стільки від процесора і блоку живлення (БП), скільки від конструкції материнської плати. У разі якщо харчування здійснюється від напруги 12В розраховують за сумарною потужністю споживаної в даному колі, перевівши цю потужність в ток і отримаємо, при напрузі ланцюга 12В, сумарний струм споживаної від БП для ланцюга живлення процесора дорівнює - 12,7А.
Перевірка ефективності системи охолодження зібраного вами комп'ютера.
Як вже говорилося вище, перевіркою правильності виконаних Вами розрахунків тепловиділення і вибору конструкції корпусу буде перевірка ваших розрахунків та ефективності обраної Вами системи охолодження.
Перевірка полягає в контролі температури вузлів (основних) Вашого комп'ютера. Вона не повинна перевищувати максимальної температури певної їх виробниками. І навіть мати деякий запас (на мій погляд близько 20 ° С). цей запас дозволить забезпечити безперебійну роботу Вашого комп'ютера в критичних умовах. Це можуть бути запилені повітряні фільтри, нові більш ресурсомісткі програми які Ви встановили на ПК і навіть просто літня спека.
Висновок.
Як Ви зрозуміли, при сучасних тепловиділеннях вузлів, розрахунок споживаної Вашим комп'ютером потужності, при його моддінг і самостійній збірці, треба робити завжди. Він потрібен для вибору блоку живлення, одного з найважливіших пристроїв комп'ютера, і в кінцевому рахунку оцінки сумарної потужності споживаної Вашим комп'ютером.
Отриману потужність споживання можна використовувати як максимально можливу потужність тепловиділення, з урахуванням того що потужність тепловиділення завжди нижче споживаної потужності.
Якщо у Вас достатньо досвіду для визначення кола завдань виконуваних Вашим комп'ютером, завантаження його вузлів і оцінки їх тепловиділення при роботі, то Ви можете оцінити його тепловиділення з точністю вище, ніж та, яку дає розрахунок по споживаної потужності.
Але поки неможливо, через широкої номенклатури вузлів і їх виробників, з високою точністю розрахувати потужність тепловиділення комп'ютера. Це можливо тільки при моделюванні конкретного конструктивного рішення і широкий комплекс вимірювань його характеристик, включаючи режими тепловиділення і теплообміну. У виробничих умовах ця процедура називається комплексом заводських випробувань.
Виходом для модерра або збирача може бути:
вимір споживаної потужності,розрахунок по споживаної потужність,
В останньому випадку отримуємо надмірне тепловиділення, відповідно надлишковий повітрообмін. Для його оптимізації рекомендую застосовувати електронних регуляторів частоти обертання вентиляторів. Це дозволить зняти надмірність повітрообміну і знизити рівень шуму системи вентиляції.
Застосування регуляторів обертів вентиляторів охолодження з моніторингом швидкості обертання і температур, крім прямої функції регулювання витрати повітря через охолоджувані об'єкти, дозволяє ще й створити моніторинг температур за критичними точками Вашого комп'ютера.
І останнє, оскільки забезпечити, в такому широкому діапазоні тепловиділення, стійку роботу систем охолодження важко, я б рекомендував на постійній основі ввести в конфігурацію Вашого комп'ютера контролер моніторингу та управління вентиляторами. Це забезпечить приблизно 3х кратну регулювання витрати повітря через охолоджувані вузли та моніторинг температур в критичних точках.