Что находится в охлаждающей трубке ноутбука
Обновлено: 30.06.2024
Мы поговорили с Трэвисом Нортом из Dell обо всем, что связано с охлаждением ноутбуков, от тепловых трубок до испарительных камер, высоких температур и многого другого.
Тот высокопроизводительный процессор или графический процессор, который вы присматриваете для своего следующего ноутбука, ничего не стоит, если он не поддерживается эффективной системой охлаждения. Тем не менее, потребители, как правило, очень мало знают об охлаждении ноутбука.
К счастью, у нас было время связаться с Трэвисом Нортом из Dell, который работает технологом-теплотехником. Норт отвечает на наши животрепещущие вопросы о том, лучше ли тепловая трубка, чем испарительная камера, стоит ли переклеивать ноутбук, не перегревается ли он на 100 градусов и т. д.
В первом разделе Норт рассказывает о патенте Dell на охлаждение ноутбука. Интервью можно посмотреть ниже или на YouTube по этой ссылке.
В части 2 Норт рассказывает об одном из самых спорных вопросов, связанных с ноутбуками: о том, что процессор может нагреваться до 100 градусов Цельсия. В то время как многие в Интернете считают это конструктивным недостатком, Норт объясняет, почему достижение 100 градусов и приближение к максимальному тепловому пределу процессора на самом деле хорошо. Вы можете посмотреть его здесь или на YouTube.
В части 3 Норт обсуждает, так ли хороша традиционная конструкция тепловых трубок в ноутбуках, как тепловая камера, и какой материал лучше всего использовать для тепловых трубок. Норт также решает проблемы с отводом тепла от крошечных кристаллов и действительно ли эталонные тесты отражают то, что важно для потребителей. Смотрите третью часть на YouTube здесь или просто нажмите кнопку воспроизведения ниже.
В части 4 нашей беседы с Трэвисом Нортом из Dell он обсуждает плюсы и минусы переклеивания кулера ноутбука и риски жидкого металла в ноутбуке. Посмотрите его на YouTube здесь или просто нажмите кнопку воспроизведения ниже.
В части 5 нашего интервью инженер-теплотехник Dell Норт рассказывает о стремлении к созданию более тонких ноутбуков и о том, будут ли когда-нибудь тонкие и легкие ноутбуки соответствовать толстым и тяжелым ноутбукам. Посмотрите его на YouTube здесь или нажмите кнопку воспроизведения ниже.
В завершение подробного интервью с Трэвисом Нортом из Dell в шестой части нашей серии статей рассказывается о разработке ноутбука и о том, как машинное обучение влияет на производительность современных ноутбуков. Посмотрите интервью на YouTube здесь или просто нажмите кнопку воспроизведения ниже.
Крутой как огурец. Разработка и внедрение эффективной системы охлаждения в ноутбуке требует большого количества исследований и разработок и правильного выбора каждого отдельного компонента в системе, чтобы гарантировать, что все компоненты будут работать в полную силу. В этой статье с основами мы рассмотрим, что входит в каждый этап процесса теплового проектирования, и как OEM-производители тестируют и прототипируют свои тепловые схемы для достижения максимальной эффективности. Мы возьмем пример флагманского ноутбука MSI GT76, который может беспрепятственно работать на частоте 5 ГГц на всех ядрах, чтобы лучше проиллюстрировать процесс. (спонсорская статья)
тепловой расчет должен позволять ноутбуку достигать пиковой производительности в течение более длительного времени без дросселирования. |
Введение
Итак, вы только что получили в свои руки совершенный ноутбук, тонкий, но мощный, который теоретически может дать вам все необходимое для господства в мире игр. После настройки вы запускаете игру в ликовании, надеясь остаться последним выжившим. Через тридцать минут игры вы обнаружите, что ваши кадры быстро падают, а ноутбук горяч как в доменной печи. В конце концов, похоже, что характеристики не могут полностью соответствовать реальной производительности. Только что произошло то, что вы испытали дросселирование скорости из-за неадекватного охлаждения.
Невозможно переоценить важность правильного охлаждения ноутбуков. Постоянные читатели Notebookcheck знают о множестве статей, в которых мы неоднократно подчеркивали необходимость правильной оценки систем охлаждения ноутбуков, использующих флагманские компоненты, и связанных с этим подводных камней троттлинга. Неправильное охлаждение может привести к значительной потере производительности, и в конечном итоге вы можете заплатить больше за ноутбук, который на самом деле работает меньше.
При покупке ноутбука понимание того, как OEM-производитель реализует механизм охлаждения, является одним из способов сделать вывод о потенциале хорошей производительности. Доступный запас для охлаждения в ноутбуке намного меньше, чем в настольном ПК, поэтому OEM-производители придумали инновационные способы, чтобы такие компоненты, как Intel Core i9-9980HK для настольных ПК и NVIDIA GeForce RTX 2080, работали без перебоев. большая часть икоты.
В этой статье мы рассмотрим, что входит в разработку эффективного решения для охлаждения, в том числе выбор компонентов и создание прототипов, которые входят в этот процесс, а также некоторые улучшения, которые OEM-производителям удалось сделать за последнее время.Хотите знать, что нужно для того, чтобы такой ноутбук, как MSI GT76, работал на всех 8 ядрах с частотой 5 ГГц? Читать дальше.
Разработка надежного теплового решения
Разработка хорошего теплового решения, которое может удовлетворить требования по рассеиванию тепла для ключевых компонентов, таких как ЦП, ГП и VRM, — нетривиальная задача. Чтобы понять, сколько тепла генерируют чипы и насколько хорошо они могут вписаться в конкретный форм-фактор ноутбука, необходимо учитывать множество факторов и тестов.
 Охлаждение система в MSI GP75 Leopard 9SD. |
«Чип» от старого термоблока
Посмотрите на внутреннее устройство MSI GP75 Leopard, изображенное рядом. Это очень мощный ноутбук для игр с разрешением 1080p, оснащенный процессором Intel Core i7-9750H и видеокартой NVIDIA GeForce GTX 1660 Ti. На изображении мы видим несколько медных тепловых трубок, которые идут от процессора и графического процессора к вентиляторам. Если приглядеться, то можно увидеть, что эти медные трубки на самом деле ведут от медного блока, который присутствует на обоих процессорах. Этот медный блок или термоблок, если хотите, контактирует с реальным процессором/графическим процессором через термопасту. Таким образом, передача тепла происходит по схеме CPU/GPU > Paste > Block > Heat Pipes. Идея состоит в том, чтобы как можно быстрее передать тепло от чипа к термоблоку для эффективного рассеивания. Почему это важно?
Apple MacBook Pro 2018 г. с Core i9-8950HK был печально известен своими проблемами с дросселированием из-за неадекватного охлаждения. (Источник: Дэйв Ли на YouTube) |
Не вдаваясь в подробности, каждый чип рассчитан на рассеивание определенного количества тепла при работе с номинальным TDP. Хотя среди производителей чипов нет единого мнения относительно того, как рассчитывается TDP, OEM-производители проводят собственные тесты, чтобы увидеть, насколько далеко можно увеличить этот TDP в рамках данного размера корпуса. Теперь, если тепло не отводится от чипа своевременно, повышенная тепловая оболочка вокруг чипа заставляет его работать на более низкой частоте, чтобы предотвратить повреждение, что влияет на производительность. Показательным примером является то, что Apple MacBook Pro 2018 года с процессором Core i9 изначально не мог даже достичь номинальной частоты усиления из-за плохого теплового дизайна.
Кроме того, избыточное тепло означает, что чип будет работать с меньшей эффективностью в тактовом цикле, и хотя может показаться, что он достигает требуемой частоты, общая производительность снижается. Также серьезно затруднена возможность разгона.
 Общий и полированный с ЧПУ медный блок, используемый в МСИ GT76. (Изображение предоставлено MSI) |
Поэтому важно, чтобы тепло отводилось от чипа с высокой эффективностью и в кратчайшие сроки. Медь является предпочтительным выбором для термоблоков из-за ее высокой проводимости. Медный блок в большинстве ноутбуков имеет шероховатую поверхность, что на микроскопическом уровне не позволяет обеспечить плотный контакт со смазкой. Чтобы обойти эту проблему и обеспечить еще более эффективную проводимость, более мощные игровые ноутбуки, такие как MSI GT76, используют полированный медный блок с ЧПУ для увеличения площади контакта с поверхностью, что способствует лучшему отводу тепла от процессора.
Хорошие термики по-прежнему остаются мечтой о тепловых трубках
Принцип работы тепловой трубки. (Источник: Википедия) |
Итак, теперь, когда мы эффективно отвели тепло от чипа, нам нужно отвести это тепло от узла CPU/GPU с помощью тепловых трубок. Тепловая труба состоит из секции испарителя и секции конденсатора и технически называется двухфазной системой теплопередачи.В тепловой трубе жидкость (обычно вода) поглощает тепло от термоблока и превращается в пар (испарительная часть), который движется по полости трубы в область с более низкой температурой (конденсаторная часть). Здесь пар конденсируется в жидкость, которая повторно поглощается фитилем и возвращается в исходное положение под действием капиллярных сил, в то время как тепло рассеивается наружу.
Схема теплообмена. (Источник: Calyos) |
В качестве примера рассмотрим прилагаемую диаграмму. Мы видим, что жидкость в тепловой трубе нагревается до состояния пара, проходит в зону теплообмена, отдает тепло и снова конденсируется в жидкую форму. Часть с надписью «Испарение» можно сравнить с нагревательным блоком, который мы обсуждали выше, а область «Теплопередача» похожа на ребра распределителя тепла, которые мы скоро увидим. Именно так тепло передается от термоблока и, в конечном счете, на ребра теплораспределителя, где тепло затем выбрасывается через вентиляторы.
Разрез металла спеченная тепловая трубка. (Источник: Frosty Tech) |
Тепловые трубы обычно изготавливаются из меди или алюминия, а структура фитиля внутри имеет канавки, проволочную сетку (намотанную сетку), спеченную или волокнистую. Из них спеченные трубы являются самыми дорогими в производстве, но обеспечивают отличную теплопроводность от фитиля к стене и наоборот.
Несмотря на то, что конструкция фитиля является ключевым критерием выбора правильной тепловой трубки, существует несколько других факторов, которые необходимо учитывать в равной степени для эффективной работы тепловой трубки. Первый из них — количество — чем больше количество тепловых трубок, тем лучше теплопередача от термоблока к трубе. Однако решение о количестве труб зависит от общей тепловой мощности блока и доступной площади поверхности.
Длина и диаметр трубы напрямую влияют на скорость движения пара внутри полости. Чем больше диаметр, тем больший объем пара может быть передан. Длина трубы не должна быть слишком большой. Более короткие трубы могут передавать больше тепла, чем более длинные, а более короткие трубы также имеют более высокие капиллярные пределы — скорость, с которой жидкость возвращается из конденсатора в испаритель.
Отдельное распределение тепловых трубок для ЦП и ГП в MSI GT76. |
Многие ноутбуки часто используют тепловые трубки как для процессора, так и для графического процессора. Хотя это снижает затраты, часть трубы между процессором и графическим процессором относительно холоднее, что может привести к преждевременной конденсации жидкости, снижающей эффективность теплопередачи. Поэтому в высокопроизводительных игровых ноутбуках, таких как MSI GT76, ЦП и ГП имеют собственные соответствующие тепловые трубки и вентиляторы для максимальной теплоотдачи.
Поскольку в ноутбуке недостаточно места для размещения цилиндрической тепловой трубки, трубу необходимо сплющить, прежде чем ее можно будет использовать в тепловой системе. Это добавляет еще один уровень сложности, поскольку неравномерное или чрезмерное сплющивание может препятствовать переносу жидкости внутри фитиля. Крутые изгибы также вредны. Однако было показано, что пока радиус изгиба в 3 раза больше диаметра трубы, это не влияет на производительность.
Улучшенный поток воздуха обеспечивает охлаждение ноутбука
Успешный отвод тепла от процессора — это только половина дела. Не менее сложной задачей является полное отведение тепла от шасси. Вот тут-то и появляются распределители тепла и вентиляторы. На самом базовом уровне распределитель тепла увеличивает площадь поверхности для тепла, исходящего от тепловой трубки, в то время как вентилятор отводит это тепло, втягивая холодный воздух снаружи.
Типичный блок вентиляторов ноутбука с термоблок, тепловые трубки, и распределитель тепла. (Источник: любая часть ПК с правками) |
Решение о типе вентилятора и теплоотвода выходит за рамки простого выбора лучших деталей для работы.Вентилятор, о котором идет речь, должен обеспечивать баланс между количеством лопастей и расстоянием между ними — слишком много лопастей в маленьком пространстве означает, что не может быть вытолкнуто достаточно воздуха. В то же время эффективность падает, когда лезвий меньше, а между ними много места. Так как же определить наилучшую конструкцию вентилятора для оптимального охлаждения?
Распределитель тепла MSI GT76 имеет увеличенная площадь ребер и дополнительные вентиляторы |
Войдите в программное обеспечение для моделирования. Многие OEM-производители используют стандартное программное обеспечение для моделирования, которое может дать достоверную оценку того, каким будет воздушный поток для данного шасси. Идея использования программного обеспечения для моделирования заключается в том, чтобы выяснить, какой вентилятор лучше всего подходит для заданных требований к охлаждению, а не просто установить самый быстрый (и, возможно, самый громкий) вентилятор на рынке. Программное обеспечение для моделирования учитывает многие характеристики, такие как направление воздушного потока в корпус и наружу, доступное пространство внутри корпуса, объем воздуха, создаваемого конструкцией вентилятора (CFM), площадь поверхности ребер теплоотвода и т. д. программное обеспечение может прогнозировать распределение температуры внутри шасси при различных имитациях нагрузки. Это помогает OEM-производителям лучше понять и усовершенствовать свои системы охлаждения для достижения максимальной эффективности.
В приведенном ниже видеоролике о тесте моделирования мы можем получить представление о том, как моделирование воздушного потока помогает понять вероятный результат внедрения системы охлаждения. Здесь мы видим, что эта конкретная конструкция образца привела к засасыванию горячего воздуха обратно во впускное отверстие, что привело к повышению температуры.
После внесения необходимых изменений справа мы видим, что весь горячий воздух выталкивается вентиляторами, что обеспечивает гораздо более равномерное распределение температуры. Следовательно, с помощью такого моделирования можно вносить изменения в конструкцию охлаждения уже на стадии прототипа. Это также помогает в обнаружении проблем, которые невозможно идентифицировать физически.
Теперь давайте рассмотрим, как все это работает на практическом примере, таком как MSI GT76. GT76 нацелен на долгосрочную устойчивую производительность на частоте 5 ГГц на всех ядрах Core i9-9900K. Как видно на картинке, система охлаждения GT76 включает не менее 11 тепловых трубок, два полированных с ЧПУ медных блока, усовершенствованные распределители тепла и конструкцию из четырех вентиляторов. Распределители тепла охватывают всю длину ноутбука, а наличие четырех вентиляторов помогает рассеивать тепло по всей задней стороне, а не только по одному или двум углам.
GT76 может рассеивать тепло вдоль по всей длине шасси. |
 GT76 вентиляторы могут подавать на 125 % больше воздуха по сравнению с конкурентами. |  Площадь ребер GT76 на 130% больше, чем у прошлого GT75 года выпуска. |
 |
Заключение
Как вы, возможно, уже поняли, разработка надлежащей системы охлаждения, позволяющей компонентам работать в полную силу, является одной из важнейших целей исследований и разработок ноутбуков. Различные аспекты, начиная от представления о том, как воздушный поток должен происходить внутри корпуса, и заканчивая выбором правильных материалов и моделированием, играют решающую роль в обеспечении того, чтобы вы могли работать или играть без ущерба для производительности.
Несмотря на то, что мы углубились в некоторые аппаратные аспекты охлаждения, требуется много оптимизаций программного обеспечения, чтобы система могла определять тепловую оболочку и соответствующим образом регулировать ее. Мы надеемся, что это руководство по разработке решений для охлаждения ноутбуков сыграло свою роль в расширении ваших знаний об этом важном, но часто упускаемом из виду аспекте покупки ноутбука.
Компания MSI заявляет, что ноутбуки с более совершенными решениями для охлаждения будут в центре внимания ее предстоящей программы «Возвращение в школу», поэтому ожидайте увидеть улучшенные решения для охлаждения во всем портфолио.
В этом разделе вы найдете информацию о будущих темах ноутбука 101, в том числе о том, что влияет на точность ЖК-панели, дизайн сенсорной панели, акустику и т. д.
В зависимости от толщины фюзеляжа, стоимости и других соображений конструкция каждого типа компонента радиатора различается. Некоторые небольшие накладки зарезервированы для удобства обслуживания в нижней части фюзеляжа, а некоторые требуют обшивки С-образной оболочки или даже удаления днища. То же самое относится и к внутренним компонентам рассеивания тепла: хотя компонент рассеивания тепла ноутбука состоит из двух частей, охлаждающего вентилятора и ребра рассеивания тепла, способы монтажа этих двух компонентов различаются, z. Вентилятор также можно разобрать по-разному. Разборка вентилятора ноутбука Чтобы понять метод разборки, мы должны предположить, что вентилятор фиксированного типа. В целом, его можно разделить на следующие три типа:
1. Вентилятор монтируется отдельно на материнской плате
Материал вентилятора: чистый пластик
Репрезентативные модели: Hasee Feitian UI45, HP DV4
Все вентиляторы этого типа изготовлены из пластика (вентилятор состоит из крыльчатки и колпака). Вокруг вентилятора предусмотрено два или три монтажных отверстия. Вентилятор и основная плата соединены винтами, а колпак вентилятора закреплен. Выходное отверстие для воздуха совмещено непосредственно с ребрами рассеивания тепла, а губка или лента прикреплены к стыку между вентилятором и ребрами рассеивания тепла, чтобы воздушный поток, выдуваемый вентилятором, мог полностью обдуваться ребрами для повышения эффективности рассеивания тепла.
Метод разборки: если на соединении между вентилятором и ребрами радиатора есть лента (некоторые прецизионные модели или экономичные модели не имеют такой конструкции), сначала снимите ленту и отсоедините вентилятор и питание с помощью отвертки или пинцета. . Подсоедините и удалите все винты, удерживающие вентилятор. Поднимите вентилятор с конца ребер радиатора и медленно потяните его вверх. Вентилятор легко снимается.
Haier X3: открутите три винта вокруг вентилятора, чтобы отделить вентилятор от радиатора.
Ультрабук Samsung 530U: Край вентилятора оснащен 2 крепежными винтами, которые можно снять, чтобы отделить вентилятор.
2. Вентилятор крепится к основанию радиатора
Материал вентилятора: литье из сплава + пластик
Репрезентативная модель: Lenovo Y470
Самой большой особенностью этого типа радиатора является его компактная конструкция: ультракороткая охлаждающая трубка плотно обернута вокруг вентилятора для экономии места, нижняя часть радиатора (металлические части теплорассеивающей медной трубки и микросхема материнской платы) ) и вентилятор. Воздушный колпак склеивается напрямую, а вентилятор просто подвешивается с крыльчаткой над основанием радиатора и крепится несколькими винтами.
Метод разборки: Аналогичен методу разборки модели первого типа, за исключением того, что крепежный винт вентилятора расположен в нижней части тепловой трубки, а не на раме колпака. Выверните винты и отключите вентилятор от источника питания. Линия, поднимите крыльчатку вентилятора. Lenovo Y470, двигатель вентилятора и крыльчатка установлены на блоке радиатора.
3. Материал сборки вентилятора: кусок железа + пластик
Материал сборки вентилятора: кусок железа + пластик
Репрезентативная модель: Acer 4750G
Исходя из требований внутренней конструкции, ребра радиатора некоторых моделей и крышка приварены друг к другу в верхней части колпака радиатора, а нижняя половина вентилятора и колпак монтируются как единое целое. все под накладкой Метод разборки несколько особенный.
Совет по разборке. Если вы следуете официальному процессу разборки, сначала необходимо снять радиатор, включая тепловую трубку, затем открутить три винта в верхней части колпака и снять вентилятор с колпаком и крыльчаткой. Частично.Однако, если вы хотите создать ярлыки, вы должны снять материнскую плату, затем открутить три винта в верхней части воздушной крышки и снять вентилятор с задней части материнской платы. Компонент рассеивания тепла и материнская плата должны быть соединены только во время работы, и необходимо соблюдать осторожность, чтобы не повредить материнскую плату во время работы. Из соображений безопасности мы, естественно, рекомендуем приготовить теплопроводящую пасту и демонтировать ее обычным способом. Acer 4750: верхняя крышка вентилятора радиатора и ребра тепловых трубок прочно соединены друг с другом.
Чистка вентилятора
После снятия охлаждающего вентилятора вентиляторы и охладители могут быть официально запущены. Однако прежде чем начать, вы должны подготовить некоторые необходимые инструменты, такие как щетки, резиновые пузыри, отвертки Phillips и ватные палочки. Чтобы упростить понимание отдельных этапов разборки и технического обслуживания, ноутбук Haier S60 представлен с самой распространенной конструкцией вентилятора и радиатора.
Шаг 1. Снимите вентилятор. Отсоедините радиатор от материнской платы. Сначала снимите алюминиевую фольгу, прикрепленную к стыку между вентилятором и ребрами радиатора, затем выкрутите крепежные винты вокруг кожуха вентилятора и снимите вентилятор с радиатора. В этот момент мы видим много пыли, скапливающейся на стыке ребер и вентилятора.
Шаг 2. Снимите кожух вентилятора. Удалите три маленьких винта на верхней крышке кожуха вентилятора и снимите кожух кожуха вентилятора. На этом этапе вы можете видеть внутреннюю часть крышки вентилятора и крыльчатку вентилятора.
Шаг 3. Очистите вентилятор от пыли. Используйте щетку, чтобы удалить пыль с края крыльчатки, затем войдите в крыльчатку и удалите пыль с обеих сторон лопасти. Если вы столкнулись с грязной и трудно удаляемой грязью, используйте ватный тампон, чтобы добавить немного воды, чтобы вытереть. Напоминаем, что вентилятор нельзя промывать прямо под краном, так как двигатель вентилятора не имеет функции водонепроницаемости.
Шаг 4. Очистите ребра радиатора. Используйте щетку, чтобы удалить пыль с поверхности воздуховыпускного отверстия ребра радиатора, а затем, следуя направлению воздуховыпускного отверстия ребра радиатора, очистите внутреннюю часть ребра и очистите его резиновым воздухом снаружи воздуховыпускного отверстия. Сдувайте рыхлую грязь с фюзеляжа, пока она не будет полностью удалена.
Шаг 5. Установите и приклейте алюминиевую фольгу. Соберите вентилятор в порядке, обратном разборке. После сборки не забудьте прикрепить алюминиевую фольгу к стыку между вентилятором и ребром (вместо этого можно использовать тканевую ленту). Эта алюминиевая фольга может запечатать воздушный колпак. Выдуваемый холодный воздух может проходить через лопасти повсюду, а не выходить по краям.
Эффект инструмента очистки после завершения отображения и очистки.
На этом очистка вентилятора ноутбука завершена. Каждый должен быть гибким и осторожным при демонтаже. Если модель еще находится на гарантии, мы не рекомендуем снимать все теплоизлучающие компоненты. Если вы уже приобрели термопасту или ноутбук используется более двух лет, вы, конечно, можете заменить силиконовую смазку на новую.
Крутой как огурец. Разработка и внедрение эффективной системы охлаждения в ноутбуке требует большого количества исследований и разработок и правильного выбора каждого отдельного компонента в системе, чтобы гарантировать, что все компоненты будут работать в полную силу. В этой статье с основами мы рассмотрим, что входит в каждый этап процесса теплового проектирования, и как OEM-производители тестируют и прототипируют свои тепловые схемы для достижения максимальной эффективности. Мы возьмем пример флагманского ноутбука MSI GT76, который может беспрепятственно работать на частоте 5 ГГц на всех ядрах, чтобы лучше проиллюстрировать процесс. (спонсорская статья)
тепловой расчет должен позволять ноутбуку достигать пиковой производительности в течение более длительного времени без дросселирования. |
Введение
Итак, вы только что получили в свои руки совершенный ноутбук, тонкий, но мощный, который теоретически может дать вам все необходимое для господства в мире игр. После настройки вы запускаете игру в ликовании, надеясь остаться последним выжившим. Через тридцать минут игры вы обнаружите, что ваши кадры быстро падают, а ноутбук горяч как в доменной печи. В конце концов, похоже, что характеристики не могут полностью соответствовать реальной производительности. Только что произошло то, что вы испытали дросселирование скорости из-за неадекватного охлаждения.
Невозможно переоценить важность правильного охлаждения ноутбуков. Постоянные читатели Notebookcheck знают о множестве статей, в которых мы неоднократно подчеркивали необходимость правильной оценки систем охлаждения ноутбуков, использующих флагманские компоненты, и связанных с этим подводных камней троттлинга.Неправильное охлаждение может привести к значительной потере производительности, и в конечном итоге вы можете заплатить больше за ноутбук, который на самом деле работает меньше.
При покупке ноутбука понимание того, как OEM-производитель реализует механизм охлаждения, является одним из способов сделать вывод о потенциале хорошей производительности. Доступный запас для охлаждения в ноутбуке намного меньше, чем в настольном ПК, поэтому OEM-производители придумали инновационные способы, чтобы такие компоненты, как Intel Core i9-9980HK для настольных ПК и NVIDIA GeForce RTX 2080, работали без перебоев. большая часть икоты.
В этой статье мы рассмотрим, что входит в разработку эффективного решения для охлаждения, в том числе выбор компонентов и создание прототипов, которые входят в этот процесс, а также некоторые улучшения, которые OEM-производителям удалось сделать за последнее время. Хотите знать, что нужно для того, чтобы такой ноутбук, как MSI GT76, работал на всех 8 ядрах с частотой 5 ГГц? Читать дальше.
Разработка надежного теплового решения
Разработка хорошего теплового решения, которое может удовлетворить требования по рассеиванию тепла для ключевых компонентов, таких как ЦП, ГП и VRM, — нетривиальная задача. Чтобы понять, сколько тепла генерируют чипы и насколько хорошо они могут вписаться в конкретный форм-фактор ноутбука, необходимо учитывать множество факторов и тестов.
Охлаждение система в MSI GP75 Leopard 9SD. |
«Чип» от старого термоблока
Посмотрите на внутреннее устройство MSI GP75 Leopard, изображенное рядом. Это очень мощный ноутбук для игр с разрешением 1080p, оснащенный процессором Intel Core i7-9750H и видеокартой NVIDIA GeForce GTX 1660 Ti. На изображении мы видим несколько медных тепловых трубок, которые идут от процессора и графического процессора к вентиляторам. Если приглядеться, то можно увидеть, что эти медные трубки на самом деле ведут от медного блока, который присутствует на обоих процессорах. Этот медный блок или термоблок, если хотите, контактирует с реальным процессором/графическим процессором через термопасту. Таким образом, передача тепла происходит по схеме CPU/GPU > Paste > Block > Heat Pipes. Идея состоит в том, чтобы как можно быстрее передать тепло от чипа к термоблоку для эффективного рассеивания. Почему это важно?
Apple MacBook Pro 2018 г. с Core i9-8950HK был печально известен своими проблемами с дросселированием из-за неадекватного охлаждения. (Источник: Дэйв Ли на YouTube) |
Не вдаваясь в подробности, каждый чип рассчитан на рассеивание определенного количества тепла при работе с номинальным TDP. Хотя среди производителей чипов нет единого мнения относительно того, как рассчитывается TDP, OEM-производители проводят собственные тесты, чтобы увидеть, насколько далеко можно увеличить этот TDP в рамках данного размера корпуса. Теперь, если тепло не отводится от чипа своевременно, повышенная тепловая оболочка вокруг чипа заставляет его работать на более низкой частоте, чтобы предотвратить повреждение, что влияет на производительность. Показательным примером является то, что Apple MacBook Pro 2018 года с процессором Core i9 изначально не мог даже достичь номинальной частоты усиления из-за плохого теплового дизайна.
Кроме того, избыточное тепло означает, что чип будет работать с меньшей эффективностью в тактовом цикле, и хотя может показаться, что он достигает требуемой частоты, общая производительность снижается. Также серьезно затруднена возможность разгона.
Общий и полированный с ЧПУ медный блок, используемый в МСИ GT76. (Изображение предоставлено MSI) |
Поэтому важно, чтобы тепло отводилось от чипа с высокой эффективностью и в кратчайшие сроки. Медь является предпочтительным выбором для термоблоков из-за ее высокой проводимости. Медный блок в большинстве ноутбуков имеет шероховатую поверхность, что на микроскопическом уровне не позволяет обеспечить плотный контакт со смазкой.Чтобы обойти эту проблему и обеспечить еще более эффективную проводимость, более мощные игровые ноутбуки, такие как MSI GT76, используют полированный медный блок с ЧПУ для увеличения площади контакта с поверхностью, что способствует лучшему отводу тепла от процессора.
Хорошие термики по-прежнему остаются мечтой о тепловых трубках
Принцип работы тепловой трубки. (Источник: Википедия) |
Итак, теперь, когда мы эффективно отвели тепло от чипа, нам нужно отвести это тепло от узла CPU/GPU с помощью тепловых трубок. Тепловая труба состоит из секции испарителя и секции конденсатора и технически называется двухфазной системой теплопередачи. В тепловой трубе жидкость (обычно вода) поглощает тепло от термоблока и превращается в пар (испарительная часть), который движется по полости трубы в область с более низкой температурой (конденсаторная часть). Здесь пар конденсируется в жидкость, которая повторно поглощается фитилем и возвращается в исходное положение под действием капиллярных сил, в то время как тепло рассеивается наружу.
Схема теплообмена. (Источник: Calyos) |
В качестве примера рассмотрим прилагаемую диаграмму. Мы видим, что жидкость в тепловой трубе нагревается до состояния пара, проходит в зону теплообмена, отдает тепло и снова конденсируется в жидкую форму. Часть с надписью «Испарение» можно сравнить с нагревательным блоком, который мы обсуждали выше, а область «Теплопередача» похожа на ребра распределителя тепла, которые мы скоро увидим. Именно так тепло передается от термоблока и, в конечном счете, на ребра теплораспределителя, где тепло затем выбрасывается через вентиляторы.
Разрез металла спеченная тепловая трубка. (Источник: Frosty Tech) |
Тепловые трубы обычно изготавливаются из меди или алюминия, а структура фитиля внутри имеет канавки, проволочную сетку (намотанную сетку), спеченную или волокнистую. Из них спеченные трубы являются самыми дорогими в производстве, но обеспечивают отличную теплопроводность от фитиля к стене и наоборот.
Несмотря на то, что конструкция фитиля является ключевым критерием выбора правильной тепловой трубки, существует несколько других факторов, которые необходимо учитывать в равной степени для эффективной работы тепловой трубки. Первый из них — количество — чем больше количество тепловых трубок, тем лучше теплопередача от термоблока к трубе. Однако решение о количестве труб зависит от общей тепловой мощности блока и доступной площади поверхности.
Длина и диаметр трубы напрямую влияют на скорость движения пара внутри полости. Чем больше диаметр, тем больший объем пара может быть передан. Длина трубы не должна быть слишком большой. Более короткие трубы могут передавать больше тепла, чем более длинные, а более короткие трубы также имеют более высокие капиллярные пределы — скорость, с которой жидкость возвращается из конденсатора в испаритель.
Отдельное распределение тепловых трубок для ЦП и ГП в MSI GT76. |
Многие ноутбуки часто используют тепловые трубки как для процессора, так и для графического процессора. Хотя это снижает затраты, часть трубы между процессором и графическим процессором относительно холоднее, что может привести к преждевременной конденсации жидкости, снижающей эффективность теплопередачи. Поэтому в высокопроизводительных игровых ноутбуках, таких как MSI GT76, ЦП и ГП имеют собственные соответствующие тепловые трубки и вентиляторы для максимальной теплоотдачи.
Поскольку в ноутбуке недостаточно места для размещения цилиндрической тепловой трубки, трубу необходимо сплющить, прежде чем ее можно будет использовать в тепловой системе. Это добавляет еще один уровень сложности, поскольку неравномерное или чрезмерное сплющивание может препятствовать переносу жидкости внутри фитиля. Крутые изгибы также вредны. Однако было показано, что пока радиус изгиба в 3 раза больше диаметра трубы, это не влияет на производительность.
Улучшенный поток воздуха обеспечивает охлаждение ноутбука
Успешный отвод тепла от процессора — это только половина дела. Не менее сложной задачей является полное отведение тепла от шасси. Вот тут-то и появляются распределители тепла и вентиляторы. На самом базовом уровне распределитель тепла увеличивает площадь поверхности для тепла, исходящего от тепловой трубки, в то время как вентилятор отводит это тепло, втягивая холодный воздух снаружи.
Типичный блок вентиляторов ноутбука с термоблок, тепловые трубки, и распределитель тепла. (Источник: любая часть ПК с правками) |
Решение о типе вентилятора и теплоотвода выходит за рамки простого выбора лучших деталей для работы. Вентилятор, о котором идет речь, должен обеспечивать баланс между количеством лопастей и расстоянием между ними — слишком много лопастей в маленьком пространстве означает, что не может быть вытолкнуто достаточно воздуха. В то же время эффективность падает, когда лезвий меньше, а между ними много места. Так как же определить наилучшую конструкцию вентилятора для оптимального охлаждения?
Распределитель тепла MSI GT76 имеет увеличенная площадь ребер и дополнительные вентиляторы |
Войдите в программное обеспечение для моделирования. Многие OEM-производители используют стандартное программное обеспечение для моделирования, которое может дать достоверную оценку того, каким будет воздушный поток для данного шасси. Идея использования программного обеспечения для моделирования заключается в том, чтобы выяснить, какой вентилятор лучше всего подходит для заданных требований к охлаждению, а не просто установить самый быстрый (и, возможно, самый громкий) вентилятор на рынке. Программное обеспечение для моделирования учитывает многие характеристики, такие как направление воздушного потока в корпус и наружу, доступное пространство внутри корпуса, объем воздуха, создаваемого конструкцией вентилятора (CFM), площадь поверхности ребер теплоотвода и т. д. программное обеспечение может прогнозировать распределение температуры внутри шасси при различных имитациях нагрузки. Это помогает OEM-производителям лучше понять и усовершенствовать свои системы охлаждения для достижения максимальной эффективности.
В приведенном ниже видеоролике о тесте моделирования мы можем получить представление о том, как моделирование воздушного потока помогает понять вероятный результат внедрения системы охлаждения. Здесь мы видим, что эта конкретная конструкция образца привела к засасыванию горячего воздуха обратно во впускное отверстие, что привело к повышению температуры.
После внесения необходимых изменений справа мы видим, что весь горячий воздух выталкивается вентиляторами, что обеспечивает гораздо более равномерное распределение температуры. Следовательно, с помощью такого моделирования можно вносить изменения в конструкцию охлаждения уже на стадии прототипа. Это также помогает в обнаружении проблем, которые невозможно идентифицировать физически.
Теперь давайте рассмотрим, как все это работает на практическом примере, таком как MSI GT76. GT76 нацелен на долгосрочную устойчивую производительность на частоте 5 ГГц на всех ядрах Core i9-9900K. Как видно на картинке, система охлаждения GT76 включает не менее 11 тепловых трубок, два полированных с ЧПУ медных блока, усовершенствованные распределители тепла и конструкцию из четырех вентиляторов. Распределители тепла охватывают всю длину ноутбука, а наличие четырех вентиляторов помогает рассеивать тепло по всей задней стороне, а не только по одному или двум углам.
GT76 может рассеивать тепло вдоль по всей длине шасси. |
Вентиляторы GT76 могут подавать на 125% больше воздуха по сравнению с конкурентами. |  Площадь ребер GT76 на 130% больше, чем у прошлогоднего GT75. |
 |
Заключение
Как вы, возможно, уже поняли, разработка надлежащей системы охлаждения, позволяющей компонентам работать в полную силу, является одной из важнейших целей исследований и разработок ноутбуков. Различные аспекты, начиная от представления о том, как воздушный поток должен происходить внутри корпуса, и заканчивая выбором правильных материалов и моделированием, играют решающую роль в обеспечении того, чтобы вы могли работать или играть без ущерба для производительности.
Несмотря на то, что мы углубились в некоторые аппаратные аспекты охлаждения, требуется много оптимизаций программного обеспечения, чтобы система могла определять тепловую оболочку и соответствующим образом регулировать ее. Мы надеемся, что это руководство по разработке решений для охлаждения ноутбуков сыграло свою роль в расширении ваших знаний об этом важном, но часто упускаемом из виду аспекте покупки ноутбука.
Компания MSI заявляет, что ноутбуки с более совершенными решениями для охлаждения будут в центре внимания ее предстоящей программы «Возвращение в школу», поэтому ожидайте увидеть улучшенные решения для охлаждения во всем портфолио.
В этом разделе вы найдете информацию о будущих темах ноутбука 101, в том числе о том, что влияет на точность ЖК-панели, дизайн сенсорной панели, акустику и т. д.
Читайте также: