W O J S K O W A A K A D E M I A T E C H N I C Z N A

S Y S T E M Y W B U D O W A N E

P R Z E G L Ą D W Y B R A N Y C H

M E T O D C H Ł O D Z E N I A

K A R T G R A F I C Z N Y C H

Grupa szkoleniowa: I7X6S1

Sprawozdanie wykonał : Michał Małek

* PRZEGLĄD WYBRANYCH METOD CHŁODZENIA KART GRAFICZNYCH+

Strona | 2

Michał Małek I7X6S1

1. Wprowadzenie

Kupując nową kartę graficzną, wiele osób zastanawia się, jak zapewnid odpowiednie chłodzenie. Niestety,

dawno już minęły czasy, gdy do odprowadzenia wydzielanego ciepła wystarczył aluminiowy radiator. Z każdą
nową generacją karty graficzne mnożą coraz więcej tranzystorów, przez co potrzebują więcej i więcej energii,
aby się nasycid. A jak wiadomo – im więcej energii pobranej – tym więcej wydzielanego ciepła, a jakoś trzeba
sobie poradzid z jego odprowadzaniem, inaczej nasze karty zamieniłyby się w popiół.

Są dwie metody chłodzenia: pasywna i aktywna. Chłodzenie pasywne oparte jest na zasadzie konwekcji

cieplnej (naturalnych właściwości rozpraszania się ciepłego powietrza). Z uwagi na brak mechanicznego
wspomagania przepływu powietrza chłodzenie odbywa się na skutek niewielkiego tylko ruchu powietrza i
dlatego stosowane w tej metodzie radiatory są większe niż radiatory chłodzące aktywnie (potrzebują większej
powierzchni odprowadzającej ciepło absorbowane ze źródła ciepła, aby uzyskad takie same wyniki chłodzenia,
jak w wypadku metody aktywnej). Jednak wraz ze zwiększeniem rozmiarów radiatora (liczby i wielkości
żeberek) zwiększa się również opór powietrza, a tym samym prawdopodobieostwo, że powietrze będzie krążyd
wokół radiatora, a nie poprzez żeberka. Jeśli nie utworzy się odpowiednich kanałów przepływu powietrza przez
radiator (odległośd między żeberkami), chłodzenie takie nie będzie efektywne. Ta metoda była powszechnie
stosowana do chłodzenia starszych typów kart graficznych, które nie wydzielały zbyt wiele ciepła. Ponieważ nie
wykorzystuje się w tym wypadku żadnych dodatkowych metod wspomagania cyrkulacji powietrza, nie powstaje
hałas. Natomiast niewątpliwym minusem jest mała wydajnośd oraz to, że radiator ma duże gabaryty.

Chłodzenie aktywne, obecnie najpopularniejsza metoda, polega na wspomaganiu chłodzenia pasywnego

poprzez sztuczne zwiększenie cyrkulacji powietrza wokół powierzchni radiatora. Uzyskuje się to, umieszczając
wentylator na samym radiatorze lub nad nim. Im efektywniej odbierane jest ciepło z karty graficznej, tym
szybciej rośnie również temperatura radiatora i otaczającego go powietrza. Bez odpowiedniego schładzania
powietrza radiator szybko osiągnąłby temperaturę karty i chłodzenie stałoby się nieefektywne. Aby
wyeliminowad ten problem, stosuje się wentylatory, które mechanicznie wspomagają wymianę ciepła.
Ponieważ w metodzie tej, powietrze przepływa przez radiator szybciej niż w metodzie chłodzenia pasywnego,
żeberka można rozmieścid znacznie gęściej, dzięki czemu dodatkowo zwiększa się powierzchnia radiatora i jego
możliwości absorpcji ciepła. Metoda ta, jest wprawdzie bardzo wydajna, ale powoduje duży hałas wytwarzany
przez wirniki wentylatorów.

Analizując efektywnośd odprowadzania ciepła z procesora, należy wziąd pod uwagę różne parametry:

Wielkośd powierzchni wymiany ciepła. Jedną z metod poprawy wydajności chłodzenia jest zwiększenie
powierzchni oddającej ciepło, np. poprzez zamontowanie do niej radiatora. Radiatory zwykle nie są płaskie i
mają powiększoną powierzchnię wymiany ciepła dzięki licznym żeberkom o różnych kształtach. Żeberka
przyczepione są do rdzenia radiatora, zapewniając bezpośredni kontakt ze źródłem ciepła.

Szybkośd i efektywnośd absorpcji ciepła przez radiator. Zapewniając bezpośrednią drogę przepływu ciepła

z jego źródła do żeberek radiatora oraz wybierając materiały o wysokiej przewodności cieplnej, zwiększa się
wydajnośd radiatora. Długośd, grubośd i przewodnośd cieplna drogi, którą to ciepło przepływa od swojego
źródła do żeberek, bezpośrednio wpływają na wydajnośd radiatora.

Warunki odprowadzania ciepła z powierzchni. Konwekcyjny przepływ ciepła z powierzchni występuje

wtedy, gdy oddziałuje na nią otaczające powietrze (gaz) o niższej temperaturze niż lokalna temperatura
powierzchni, z której jest ono odprowadzane. Jeśli konwekcja (unoszenie) zachodzi w warunkach przepływu
otaczającego powietrza, to mamy do czynienia ze złożonym procesem chłodzenia wymuszonego. Oczywiście,
im wyższa jest prędkośd przepływu powietrza nad powierzchnią i niższa jego temperatura, tym lepszy rezultat
chłodzenia. Reasumując: im bardziej wydajny wentylator chłodzący powierzchnię radiatora, tym wydajniejsze
chłodzenie. W radiatorze przepływ powietrza schładza szczególnie brzegi żeberek oraz podstawę radiatora.

Postęp technologiczny w dziedzinie procesorów graficznych spowodował, że dzisiejsze karty to dośd

łakome urządzenia jeśli chodzi o pobór mocy. Wymagają one również bardzo skutecznego chłodzenia. W
niniejszym referacie zaprezentuję najpopularniejsze metody chłodzenia kart graficznych wraz z przykładami.

* PRZEGLĄD WYBRANYCH METOD CHŁODZENIA KART GRAFICZNYCH+

Strona | 3

Michał Małek I7X6S1

2. Radiatory

Jest jednym z najważniejszych elementów popularnych zestawów chłodzących powietrzem. Jego kształt

oraz materiał, z którego został wykonany, w dużej mierze określają wydajnośd całego zestawu chłodzącego.
Istotny wpływ na efektywnośd działania radiatora ma jego konstrukcja – jeśli jest nieodpowiednia, nawet
radiator miedziany może byd mniej wydajny niż aluminiowy. Należy pamiętad, że dobry radiator musi
skutecznie i szybko absorbowad ciepło z procesora i oddawad je do otaczającego powietrza, co oznacza
podwyższenie temperatury na jego powierzchni. Dlatego im większa powierzchnia radiatora, tym szybciej jest
schładzany. Najlepszym rozwiązaniem jest konstrukcja żeberkowa, która znacznie zwiększa powierzchnię
absorbującą ciepło bez zwiększania rozmiarów samego radiatora. Konstrukcja taka stosowana jest w większości
zestawów, chociaż są wyjątki, np. radiatory Zalmana, w którym żeberka zastąpiono miedzianymi listkami.

Aby zapewnid odpowiednie chłodzenie procesora, trzeba pamiętad o zachowaniu odpowiedniej wymiany

ciepłego powietrza wewnątrz obudowy na chłodniejsze z zewnątrz.

Najpopularniejszy materiał, z którego wykonana jest większośd radiatorów, to aluminium, charakteryzujące

się dobrą przewodnością cieplną, lekkością, a co najważniejsze - niską ceną. Jednak z uwagi na większą
przewodnośd cieplną, o wiele wydajniejsze są radiatory wykonane z miedzi. Potwierdzają to również wyniki
testów, w których pierwsze miejsca zawsze zajmują zestawy chłodzące o miedzianej konstrukcji radiatora.
Niestety, z uwagi na wyższą cenę, miedź nie jest tak powszechnie stosowana jak aluminium. Niektórzy
producenci połączyli oba materiały, stosując miedź tylko w podstawie radiatora, dzięki czemu ciepło z
procesora jest efektywniej pobierane, a następnie przekazywane do aluminiowej części radiatora. Rozwiązanie
to, w porównaniu do całkowicie aluminiowych konstrukcji, znacznie zwiększa wydajnośd zestawu chłodzącego,
a dodatkowo nie jest tak drogie, jak zestawy wykonane całkowicie z miedzi. Aby powyższe rozwiązanie było
efektywne, miedziana podstawa radiatora musi idealnie przylegad do części aluminiowej, w przeciwnym razie
rezultat zastosowania tego zestawu chłodzącego może byd odwrotny od zamierzonego.

2.1. Przegląd dostępnych na rynku radiatorów

Be Quiet Polar Freezer

Radiatory posiadają dużą powierzchnię oddawania
ciepła – około 1500 cm2. Poskutkowało to
zwiększoną masą, całośd waży 480 g. Producent
określa

możliwości

zestawu

na

90

W

odprowadzonego ciepła.

Polar Freezer, z uwagi na swoje rozmiary, blokuje
nam pierwszy slot PCI. Należy też zwrócid uwagę na
chłodzenie mostka północnego. Jeśli używamy
wysokiego radiatora, który znajduje się blisko slotu
AGP/PCI Express, to mogą wystąpid problemy.
Zestaw jest kompatybilny z kartami ATI oraz NVIDIA,
które posiadają rozstaw otworów wokół procesora
wynoszący 79 lub 56 mm.

Krótka specyfikacja:
Typ chłodzenia: pasywny
Masa: 480 g
Stopieo komplikacji instalacji: średnio wysoki (40 min.)
Uwagi: blokuje pierwszy slot PCI
Orientacyjna cena: 110 zł

* PRZEGLĄD WYBRANYCH METOD CHŁODZENIA KART GRAFICZNYCH+

Strona | 4

Michał Małek I7X6S1

Thermaltake Schooner

Układ ten posiada dodatkowy radiator znajdujący się
poza obudową, jednak jego skutecznośd jest
znikoma. Blokuje on także sąsiedni slot.

Thermaltake Schooner jest kompatybilny ze
wszystkimi kartami, które posiadają otwory wokół
procesora oraz mają pojedynczego śledzia. W
przypadku podwójnego, należy go wymienid we
własnym

zakresie,

bądź

zadowolid

się

niekompletnym zestawem.

Krótka specyfikacja:
Typ chłodzenia: pasywny
Masa: 514 g
Stopieo komplikacji instalacji: średnio wysoki (40 min.)
Uwagi: kompletny zestaw blokuje jeden slot PCI oraz
wymaga karty z pojedyoczym śledziem
Orientacyjna cena: 100 zł

3. Wentylatory

Istotnym elementem zwiększającym efektywnośd pracy radiatora jest wentylator. Ma chłodzid radiator,

wymuszając zwiększony przepływ powietrza. Dobry wentylator powinien byd wydajny (duży przepływ
powietrza) oraz cicho pracowad. Obecnie spotyka się dwa rodzaje wentylatorów: z łożyskami tulejowymi i
kulkowymi. Godne polecenia są wentylatory z łożyskami kulkowymi, wydajniejsze i mniej zawodne niż
wentylatory z łożyskami tulejowymi. Zaletą łożysk tulejowych jest niska cena oraz odpornośd na czynniki
zewnętrzne. Łożyska te jednak szybko się zużywają wskutek tarcia wirnika o trzpieo. W celu zwiększenia
żywotności tego łożyska przestrzeo pomiędzy trzpieniem tulejki musi byd jak najmniejsza, co z kolei przeszkadza
w rozruchu silnika.

Łożyska kulkowe mają możliwośd pracy pod różnym kątem bez uszkadzania silniczka. Wadą jest

skomplikowana konstrukcja, mała odpornośd na wstrząsy i upadki, głośna praca oraz wysoka cena wynikająca
ze skomplikowanego procesu produkcyjnego.

* PRZEGLĄD WYBRANYCH METOD CHŁODZENIA KART GRAFICZNYCH+

Strona | 5

Michał Małek I7X6S1

3.1. Przegląd dostępnych na rynku układów chłodzenia z wentylatorem

Arctic Cooling NV Silencer 4

Wentylator Silencera to dośd ciekawa konstrukcja.
Wykonany jest z gładkiego plastiku, posiada 11 łopat
i kręci się z prędkością 2000 obr/min. Pod wpływem
obrotów łopat i nietypowej konstrukcji obudowy
wirnika powstaje silne ciśnienie zwrotne, które
powoduje odczucie, że powietrze jest wdmuchiwane
do obudowy. W rzeczywistości powietrze jest
tłoczone przez gęsto użebrowany radiator i
wypychane na zewnątrz plastikowym tunelem.
Dzięki

różnym

zabiegom

technologicznym

wentylator jest bardzo cichy (w zamkniętej
obudowie nie słychad go w ogóle), zredukowano
efekt „cykania” silnika, a ceramiczne łożyska mają
zagwarantowad dużą żywotnośd (na którą skarżyli
się niektórzy posiadacze starszych modeli Silencer).
Na plus zasługuje także fakt, że każdy wentylator
jest indywidualnie wyważany. Może niezbyt
estetycznie, ponieważ polega to na „pacnięciu”
odrobiny kitu w lżejszą częśd wirnika (od dołu
wentylatora), jednak widad, że ktoś zwraca na to
uwagę w procesie technologicznym. Wentylator jest
podłączany bezpośrednio do karty graficznej, zatem
w trybie 2D (przeglądanie internetu, filmy, praca
biurowa) będzie się kręcił wolniej niż deklarowane
2000 obr/min.

Krótka specyfikacja:
Typ chłodzenia: aktywny
Masa: 454 g (całośd)
Stopieo komplikacji instalacji: niski (10-15 min.)
Uwagi: blokuje pierwszy slot PCI
Orientacyjna cena: 60 zł

Cooler Master CoolViva VHC-L61

Instalacja

CoolVivy

to

niestety

stosunkowo

skomplikowana czynnośd.

CoolViva jest kompatybilna ze wszystkimi kartami
graficznymi, które posiadają otwory montażowe
wokół GPU oraz z płytami głównymi, gdzie radiator
mostka północnego jest oddalony o co najmniej 25
mm od krawędzi slotu AGP (lub jest na tyle niski,
żeby nie kolidowad z radiatorem na karcie).

Krótka specyfikacja:
Typ chłodzenia: aktywny
Masa: ok. 370 g
Stopieo komplikacji instalacji: wysoki (50-60 min.)
Uwagi: blokuje pierwszy slot PCI, przy wysokich
radiatorach na NB może dojśd do kolizji
Orientacyjna cena: 55 zł

* PRZEGLĄD WYBRANYCH METOD CHŁODZENIA KART GRAFICZNYCH+

Strona | 6

Michał Małek I7X6S1

Zalman VF700-AlCu oraz VF700-Cu

Technologia wykonania tych radiatorów polega na
sprasowaniu dużej ilości (w tym przypadku 62)
miedzianych lub aluminiowych blaszek, a następnie
rozchyleniu ich górnej części tak, aby utworzyły
okrągły radiator.

Zalman VF700 jest kompatybilny ze wszystkimi
kartami graficznymi, które posiadają otwory wokół
procesora, za wyjątkiem kart z serii GeForce PCX.

Krótka specyfikacja:
Typ chłodzenia: aktywny
Masa: 270 g (VF700-Cu) 180 g (VF700-AlCu)
Stopieo komplikacji instalacji: niski (10 min.)
Uwagi: kompletny zestaw blokuje jeden slot PCI
Orientacyjna cena: 110 zł (VF700-Cu), 80 zł (VF700-
AlCu)

4. Water coolnig

Spotyka się je znacznie rzadziej niż chłodzące powietrzem. Z powodu zastosowania wody pracują

oczywiście z obiegiem zamkniętym.

Przeważnie zestaw składa się z czterech elementów: bloku wodnego umieszczonego na procesorze, rur

(kanałów) prowadzących wodę, pompy wodnej i chłodnicy.

Ciepło procesora pobierane jest przez miedziany blok wodny, do którego stale doprowadzana jest chłodna

woda. Aby zwiększyd efektywnośd przewodzenia ciepła pomiędzy procesorem i blokiem wodnym, między
powierzchniami obu urządzeo stosuje się pastę termoprzewodzącą. Ponieważ woda cały czas krąży w obiegu
zamkniętym, obniżenie temperatury, wynikające z prędkości przepływu oraz powierzchni wody oddającej
ciepło do powietrza poprzez kanały, może nie wystarczad. W efekcie woda stopniowo nagrzewałaby się do
temperatury procesora. Aby temu zapobiec, woda jest dodatkowo oziębiana w chłodnicy, czyli skomplikowanej
kształtce rurowej ułożonej w taki sposób, aby uzyskad jak największą powierzchnię chłodzenia. Dodatkowo
sama chłodnica może byd oziębiana powietrzem z wentylatorów umieszczonych bezpośrednio na niej.
Wykorzystuje się do tego duże wentylatory o małej prędkości obrotowej, a tym samym cicho pracujące.

O wydajności takich zestawów decydują: wydajnośd pompy (szybkośd przepływu wody), wielkośd chłodnicy

(efektywnie oziębiana powierzchnia wody), materiał, z którego jest wykonana chłodnica, oraz dodatkowe
studzenie chłodnicy (efektywnośd odprowadzania ciepła).

WC (water cooling) jest bardzo wydajnym i bardzo cichym systemem chłodzenia (źródłem hałasu jest

jedynie pompka wodna oraz wolnoobrotowy wentylator chłodzący nagrzewnicę), niestety relatywnie trudnym
w montażu i stosowanym jedynie przez zaawansowanych użytkowników komputerów. Karty z fabrycznie
instalowanym chłodzeniem wodnym są niestety bardzo drogie.

* PRZEGLĄD WYBRANYCH METOD CHŁODZENIA KART GRAFICZNYCH+

Strona | 7

Michał Małek I7X6S1

4.1. Przegląd dostępnych na rynku układów chłodzenia wodnego

BFG GeForce GTX 295 H2O

Model GeForce GTX 285 H2O wyposażono w
zajmujący jeden slot miedziany blok wodny
ThermoIntelligence, który BFG skonstruowało
we współpracy z firmą Danger Den.

Dzięki zastosowaniu chłodzenia wodnego
podkręcona karta utrzymuje standardowe
temperatury

pracy

przy

zwiększonej

wydajności.

Krótka specyfikacja:
Typ chłodzenia: wodny
Uwagi: kompletny zestaw blokuje dwa sloty PCI
Orientacyjna cena: 1900 zł

5. Dry Ice i Liquid Nitrogen

Ciekły azot i suchy lód wykorzystywane od dośd dawna przy biciu szybkości pracy procesorów i kart

graficznych. Temperatura wrzenia azotu wynosi -196°C, pozwala więc ochłodzid procesor do niewiele wyższego
poziomu. Możliwa jest więc praca układu z niespotykanymi w typowych warunkach częstotliwościami.

Podkręcony procesor grzeje się mocno, więc trzeba go dobrze schłodzid. Istotna jest tutaj możliwośd

uzyskania ekstremalnie niskich temperatur CPU i utrzymania ich przez czas niezbędny do wykonania obliczeo
przez CPU oraz uzyskania upragnionego komunikatu koocowego, zawierającego jak najkrótszy czas zakooczenia
całej operacji. Do tego celu hobbyści używają zestalonego dwutlenku węgla CO2 lub ciekłego azotu N2, które
umożliwiają, odpowiednio, osiągnięcie (zależy to od ciśnienia atmosferycznego) temperatur około -78°C i -
195°C.

Suchy lód w warunkach temperatury pokojowej i bez dodatków sublimuje wolno. Dlatego też stosunkowo

długo można go przechowywad w styropianowym pudle o grubych ściankach. Natomiast ciekły azot, który
paruje szybko, można przechowywad (ale czas też jest ograniczony) w specjalnym termosie i bezpośrednio z
niego podczas prób uzupełniad wrzącą w pokojowej temperaturze ciecz.

* PRZEGLĄD WYBRANYCH METOD CHŁODZENIA KART GRAFICZNYCH+

Strona | 8

Michał Małek I7X6S1

6. Moduły Peltiera

Poniższa metoda jest obecnie praktycznie nie stosowana. Pojedyncze ogniwo Peltiera jest

półprzewodnikowym złączem wykonanym na bazie tellurku bizmutu, domieszkowanego selenem i antymonem.
Pomiędzy dwoma ceramicznymi płytkami, wykonanymi na bazie tlenków glinu, przylutowane są do
miedzianych ścieżek szeregowo połączone złącza p i n.

Fotografia pokazuje typowy moduł Peltiera o niewielkiej mocy. W półprzewodniku typu p brakuje

elektronów, natomiast w półprzewodniku typu n jest ich nadmiar. Zależnie od kierunku przepływu prądu częśd
elektronów musi zwiększyd swoją energię, a częśd zmniejszyd. Może się to jedynie odbyd poprzez oddanie lub
pobranie ciepła do otoczenia. Gdy jedna strona płytki się grzeje, druga się studzi. Od strony CPU mamy np. 0°C,
a od strony coolera np. 70°C.

W praktyce chłodzenie tym sposobem używane jest rzadko. Powodem jest koniecznośd odprowadzenia

dwukrotnie większej ilości ciepła niż wydziela CPU oraz zastosowanie zasilacza prądu stałego o dużej
wydajności prądowej. Tych wad nie jest w stanie zrekompensowad brak części ruchomych i niewielka cena
samego modułu. Energetyczna sprawnośd tego typu chłodzenia jest niewielka, a uzyskane temperatury nie
usprawiedliwiają konieczności stosowania niezbędnego i drogiego chłodzenia wodnego.

7. Podsumowanie

Dośd łatwo zapewnid skuteczne chłodzenie karty graficznej. Równie proste jest jej wyciszenie. Trudną

sztuką bywa natomiast spełnienie obu warunków jednocześnie, szczególnie gdy chodzi o wydajną kartę.
Zestawy całkowicie pasywne to ciekawe rozwiązanie dla osób uczulonych na hałas, jednak powinny raczej
pracowad na wolniejszych kartach. Oczywiście nic nie stoi na przeszkodzie, żeby pracowały na najnowszych i
najgorętszych kartach, jednak temperatury rzędu 80°C lub nawet więcej z pewnością nie służą układom
elektronicznym znajdującym się na karcie. Aby karta była dobrze schłodzona, potrzeba dużych radiatorów, co
pociąga za sobą duże koszty.

* PRZEGLĄD WYBRANYCH METOD CHŁODZENIA KART GRAFICZNYCH+

Strona | 9

Michał Małek I7X6S1

Najbardziej wydajne i bezpieczne zarówno dla samego układu graficznego, jak i pozostałych podzespołów

peceta (procesora, pamięci RAM, chipsetu czy zasilacza) jest chłodzenie karty poprzez zastosowanie radiatora z
wentylatorem. Można zredukowad poziom hałasu, kupując wiatraczek o dużej średnicy, który dzięki sporej
powierzchni może obracad się wolniej. Niektóre urządzenia są wyposażone w wiatraczki dopasowujące
prędkośd obrotową do temperatury chłodzonego urządzenia. Chłodzenie wodne jest najlepsze w komputerach
dla graczy, którzy potrzebują ekstremalnej wydajności. Podkręcony procesor czy karta graficzna wymagają
intensywnego chłodzenia. Takie rozwiązania są też bardzo ciche, niestety kosztowne i skomplikowane w
montażu.