Охлаждение при помощи модуля Пельтье | 11.07.2001 |
В данной статье рассматривается применение полупроводниковых холодильников Пельтье для охлаждения графического чипа видеокарты на примере Suma Platinum GeForce2 GTS (базируется на чипе GeForce2 GTS от NVIDIA), а также охлаждения всей видеокарты в целом. Показанные здесь приемы использования Пельтье можно применить и для охлаждения других видеокарт, так как производятся они в большинстве своем на референсном дизайне от NVIDIA, вследствие чего, многие, похожи друг на друга как близнецы. Объем проведенных работ не такой уж большой и затраты на приобретение средств охлаждения не так уж велики, как нынешняя разница в ценах видеокарт разного уровня,так что это будет по силам большинству оверклокеров, у которых и руки на месте, и голова работает хорошо. Не судите за полное отсутствие иллюстраций работы из-за неимения мной на данный момент фотографирующей техники, но как только она появится у меня, то фото не заставят себя ждать.
Для начала немного про холодильники Пельтье.Еще в далеком 1834 году француз Пельтье и открыл эффект, который впоследствии и назвали эффектом Пельтье. Однако Пельтье так и не смог понять и объяснить наблюдаемое им явление. А сделал это Ленц в 1838 году. Наиболее сильно эффект Пельтье наблюдается в случае использования полупроводников p- и n-типа проводимости. В зависимости от направления электрического тока через контакт полупроводников разного типа - p-n- и n-p-переходов вследствие взаимодействия зарядов, представленных электронами Объединение большого количества пар полупроводников p- и n-типа позволяет создавать охлаждающие элементы - модули Пельтье сравнительно большой мощности. Структура полупроводникового термоэлектрического модуля Пельтье представлена на рисунке.
Модуль Пельтье, представляет собой термоэлектрический холодильник, состоящий из последовательно соединенных полупроводников p- и n-типа, образующих p-n- и n-p-переходы. Каждый из таких переходов имеет тепловой контакт с одним из двух радиаторов. В результате прохождения электрического тока определенной полярности образуется перепад температур между радиаторами модуля Пельтье: один радиатор работает как холодильник, другой радиатор нагревается и служит для отвода тепла. На рисунке представлен внешний вид типового модуля Пельтье.
Итак, а теперь о самом процессе. Для охлаждения был приобретен модуль Пельтье с размерами 40х40х3.8 мм. Такой модуль производится фирмой Rubezh Engineering Co. LTD. По данным производителя он рассчитан на Imax=6A, Umax=15.5В, Qmax=53Вт и создает разницу температур до 72 градусов. Для его охлаждения был приобретен кулер Thermaltake Golden Orb для слотовых процессоров. Для охлаждения чипов памяти я купил комплект радиаторов того же Thermaltake'а. Их обдув осуществлялся 8см вентилятором Evercool, закрепленном на торцевой стенке платы, способом, описанным в этой статье. Также использовались два вида термопасты: всем известная КПТ-8 и сравнительно недавно появившаяся Алсил-3. Начал я с доработки Golden Orb'а.
Для удобства работы был снят сам вентилятор. От радиатора были отпилены две боковые части на расстоянии около 1см, если считать от первого ребра, которое стоит на этой самой боковой стороне. Потом была произведена доработка подошвы радиатора. Требовалось сровнять центральную часть стержня, она немного выступает, с остальной частью подошвы радиатора. Производилось все это с помощью шлифовальной шкурки. Когда все стало ровно я дополнительно отшлифовал подошву "нулевкой" и ворсистой тканью с пастой ГОИ. Работа шла довольно долго, так как радиатор сделан из особого алюминиевого сплава повышенной плотности и он слабо поддавался действию наждачки. Потом были просверлены отверстия для крепления радиатора к плате. На этом работы с радиатором были завершены. Вы спросите, для чего используется такой большой кулер, я же отвечу, что элемент Пельтье выделяет огромное количество тепла и обычный кулер не в состоянии отвести все это тепло и вы не добьетесь нужных вам результатов. Теперь займемся самой картой. Я обнаружил, что чип имеет выступающие по периметру боковые части. То есть не обеспечивается плотный прижим радиатора, а в нашем случае элемента Пельтье; он упирается в эти выступающие части, а тепло проводится только за счет термопасты, и как следствие снижается теплопроводность. Этот недостаток был устранен при помощи той же "нулевки". На чипы памяти были установлены радиаторы из комплекта для охлаждения памяти фирмы Thermaltake. В комплект входят неплохие радиаторы и термопленка, также неплохо проводящая тепло. Я не стал использовать термоклей так, как он лишал бы меня возможности дальнейшей замены радиаторов на более "крутые". И, наконец, обдув всей платы в целом я доверил 8см вентилятору. Многие, уже знакомые с модулями Пельтье, спросят: "А как насчет конденсата? Ведь чип меньше самого модуля и на свободных полях будет конденсироваться влага из воздуха". Да, я столкнулся с этой проблемой. Это является самым серьезным недостатком Пельтье-модулей. Любое попадание влаги на видеокарту или материнскую плату может привести к зависанию или того хуже к короткому замыканию. Однако я решил эту проблему достаточно просто. Взяв упаковочный поролон (в него упаковывают почти все "железо") я нарезал подходящие по размерам кусочки и затолкал их между периметром чипа и Пельтье-модуля. Конечно же, использование теплоизолятора более предпочтительно, но, к сожалению, я таковой не нашел, пока не нашел. В итоге, после всех этих действий, видеокарта заработала на частотах 260/430 МГц. Неплохо, не правда ли? Тогда, в Москве было еще не так жарко как сейчас, комнатная температура была 20-21 градус. Сейчас же, когда проводилось тестирование, комнатная температура составляет 30 градусов и карта уже неспособна работать на таких частотах из-за перегрева. После 15 минут тестирования система зависала. Пришлось скинуть частоты до 250/420 Мгц в угоду стабильности системы. Тестовая система выглядела так:
Из "софта": Windows Me, Detonator 12.41, разгон и настройка Детонатора осуществлялись с помощью RivaTuner RC5. В качестве тестов использовались Quake 3 Arena 1.27f и встроенная дема FOUR, 1.17 и demo002, а также 3DMark 2001 Pro. Для Quake 3 использовалось только разрешение 1024*768 и 32-битный цвет и режим High Quality. В 3DMark'е использовались те же разрешение и цвет. Результаты:
Выводы и заключение Что же, из тестов видно, что разгон принес плоды и он не напрасен. Как показали тесты и практика разгон памяти наиболее эффективен, чем разгон ядра. Низкая пропускная способность 6нс памяти жестко ограничивает возможности чипа и его разгон малоэффективен. Но, такую же систему охлаждения можно будет организовать и на картах серии Pro, где стоит более быстрая память и, разогнав ее, с легкостью обойти Ультру.
Тимур Толстихин a.k.a. Timer (tim_tv@mail.ru) |