Элемент Пельтье в действии: обзор кулера Thermaltake SubZero 4G

Что такое элемент Пельтье — знают, полагаю, все. Если вы до сих пор не знаете, что это и зачем нужно — прочтите статью об экстремальном охлаждении процессоров, где мы о них уже писали.

Эффект Пельтье относится к разряду термоэлектрических явлений, он был впервые открыт французом Жаном-Шарлем Пельтье в 1834 году. Когда Жаном-Шарлем Пельтье пропустил постоянный ток через полоску висмута, подключенную с помощью двух медных проводников, то он заметил, что соединение, где ток идет от меди к висмуту нагревается, другое соединение — висмут-медь, через которое ток шел в обратном направлении, охлаждалось. Позже выяснилось, что этот эффект в значительной степени усиливается, если вместо металлов использовать соединения из разнородных полупроводников. На том и основаны конструкции современных элементов Пельтье. Конструктивно охладитель на основе эффекта Пельтье состоит из последовательного соединения множества чередующихся полупроводниковых элементов n и p-типов. При прохождении постоянного тока через такое соединение одна половина p-n контактов будет нагреваться, другая наоборот — охлаждаться. Полупроводниковые элементы ориентированы так, чтобы нагревающиеся контакты выходили на одну сторону, охлаждающиеся — на другую. Получается пластинка, покрытая с обеих сторон материалом из керамики. Если подать на пластинку из элементов Пельтье достаточно сильный ток, то одна ее сторона нагреется, а другая охладится, а разность температур между ними может достигать нескольких десятков градусов.

Использовать этот эффект для охлаждения процессоров люди додумались уже давно, но если раньше кулеры на основе элементов Пельтье были уделом рукастых и головастых энтузиастов, то теперь, благодаря компании Thermaltake, купить и установить в свой ПК кулер, в основе которого лежит элемент Пельтье, может каждый пользователь. Зовется этот кулер Thermaltake SubZero 4G. Существует несколько его модификаций для разных процессоров: для P4 Socket 478, для AMD K8 и для AMD Athlon aka K7. Вот эта модель и попала к нам в лабораторию.

С первого взгляда кулер не производит впечатления чего-то особенного — обычный алюминиевый радиатор, обычное медное основание, обычный вентилятор сверху… И, только присмотревшись, замечаешь между основанием и собственно радиатором тонкую прослойку термоэлектрического элемента. Ну, и еще несколько большее, чем обычно, количество проводов, отходящих от кулера, не дает забыть о том, что в руках — не обычный кулер, а нечто более высокотехнологичное.

Собственно, о радиаторе, да и вообще о конвективной части кулера говорить практически нечего — обычные алюминиевые ребра, такие же, как на других радиаторах Thermaltake. Сверху — семидесятимиллиметровый вентилятор, прикрытый защитной решеткой оригинальной формы. Максимальная скорость его вращения — 4800 об/мин, однако, как мы дальше увидим, такая скорость достигается им далеко не всегда.

Все же самое интересное начинается там, где кончается радиатор. Если заглянуть в щель между ним и основанием, то можно увидеть, что соединяет эти элементы тонкий (примерно 2 мм) мост, занимающий примерно половину площади основания. К нему подходят два провода, которые обеспечивают питание этого элемента. Еще можно заметить, что термоинтерфейс есть по обе стороны элемента.

С другой стороны основания — массивный медный сердечник, выступающий вниз еще на три миллиметра. В нем, кстати, есть куда больший смысл, чем в обычном медном основании. Как известно, элемент Пельтье представляет собой керамическую прокладку, и, если вдруг по каким-то причинам его питание прекращается, то вместо теплового моста мы получаем тепловой изолятор, причем высокого качества. Если бы процессор лежал непосредственно на основании элемента (а так часто бывало в самодельных системах), то ни одна система защиты от перегрева, кроме, пожалуй, самых современных, ориентирующихся на показания термодатчика процессора, не смогла бы его спасти. С таким сердечником, обладающим, во-первых, отличной теплопроводностью, а во-вторых, некоторой теплоемкостью, шанс есть даже у менее современных систем защиты. Кстати, собственный термодатчик есть и у кулера (к основанию подходят два провода, и можно увидеть прикрепленную к сердечнику термопару), но для защитных целей он не используется, его функция — передать данные контроллеру, о котором позже.

Качество обработки поверхности этого сердечника — выше всяких похвал. В крайнем случае в него можно смотреться как в зеркало — цветопередача, конечно, будет искажена, но вот общий смысл передается хорошо. В комплекте есть и термопаста.

Крепление с первого взгляда производит отличное впечатление: стандартная клипса крепится не на один зуб, как обычно, а на все три, и имеет удобную монтажную скобу, в которую можно вставить отвертку. Однако, как только вы попытаетесь установить этот кулер, ваше мнение о креплении изменится на прямо противоположное. Нет, сама клипса не очень жесткая, даже, я бы сказал, наоборот. Дело в другом — в процессе установки из-за нестандартной толщины проставки между радиатором и процессором (сердечник плюс элемент Пельтье) неизбежны перекосы кулера. В процессе установки я угробил один кристалл, и одеть кулер на работоспособный процессор решился только после долгой тренировки на трупике. Если же у вас объект для тренировки отсутствует, и вы не планируете его собственноручно создавать, обзаведитесь защитной пластиной (shim), которая хоть немного, но поможет вам.

Как известно, элемент Пельтье требует питания, причем неслабого питания. Подсоединить его к штатному БП — значит создать дополнительную нагрузку на и так, как правило, не слишком мощный источник питания. В Thermaltake эту проблему решили просто — в коробке вы найдете еще и приличных размеров блок, устанавливающийся в PCI-слот, и представляющий собой блок питания для элемента Пельтье, и одновременно его контроллер. Собственно, в PCI-слот эта штука устанавливается только для того, чтобы определять момент включения ПК. На ее разъеме — всего несколько контактов, и полноценным PCI-устройством она, разумеется, не является. С внешней стороны к ней подключается отдельный шнур питания 220 В, там же имеется синий светодиод, сигнализирующий о том, что система работает. С «внутрикорпусной» стороны — два светодиода с той же функцией, кнопка переключения режимов работы, разъем для подключения пучка проводов от вентилятора, а также стандартный четырехконтактный разъем питания для дополнительного вентилятора. Единственная проблема, с которой вы можете столкнуться при установке этой «карточки» — она достаточно длинная, и, если ваша материнская плата разведена так, что за разъемами PCI лежат, скажем, IDE-разъемы, то они будут заблокированы этим устройством.

Как уже говорилось, термодатчик на основании передает информацию контроллеру, и тот уже на основании этих и других (подозреваю, что термодатчик есть также и на самом элементе Пельтье, но его не видно) данных принимает решение о том, в каком режиме и с какой мощностью работать элементу Пельтье, и какое напряжение подать на вентилятор. Это могут быть как стандартные 12 В, так и два других, более низких напряжения: 6 и 8 В, при подаче которых скорость вентилятора, разумеется, сильно упадет, и шум, им издаваемый, тоже снизится. Контроллеру можно запретить снижать скорость вращения — для этого и предусмотрена кнопка переключения режимов работы, коих, собственно, всего два: Power mode (всегда 4800 об/мин, достаточно шумный режим), и Silent mode, в котором скорость вращения определяется контроллером (и шестивольтовый, и восьмивольтовый режимы — очень тихие). Кнопка висит на отдельном проводе, и может быть вынесена на переднюю панель корпуса и подведена, например, под кнопку Turbo, если она у кого-нибудь еще осталась.

Кстати, фанаты тишины могут успокоиться, и идти в магазин за системой водяного охлаждения Thermaltake  Aquarius II (http://www.ferra.ru/online/supply/25229/) — более тихим, чем обычные конвективные кулеры, термоэлектрическая система не будет никогда. Причина проста — к рассеиваемой процессором энергии добавляется энергия, потребляемая, и, соответственно, выделяемая самим элементом Пельтье. И всю эту энергию приходится отводить обычному радиатору, который для выполнения двойной работы, конечно же, должен быть более мощным, а значит, и более шумным. Кстати, по этой же причине радиатор будет иметь такие температуры, какие ему и не снились при работе непосредственно на процессоре — скажем, 90 градусов на горячей стороне элемента Пельтье, и, соответственно, внизу радиатора — это норма. Появление в корпусе источника тепла с такой неприемлемой для большинства окружающих элементов температурой и мощностью потребует пересмотра всей картины охлаждения — например, воздух из околопроцессорной зоны нужно будет выводить быстро и качественно, что потребует большего количества вентиляторов (лучше всего с воздухозаборником, направленным непосредственно на процессорный кулер — так горячий воздух будет выводиться максимально полно), и, соответственно, обеспечит дополнительный шум.

Поскольку прилагаемая карта — все же преобразователь питания, причем довольно мощный, некоторое количество энергии рассеивается непосредственно на ней. Проще говоря, «плата» греется, причем довольно сильно. И, хотя на ней нет никакого крепления, все же крайне желательно охлаждать ее хоть каким-нибудь вентилятором (снова дополнительный шум). Да и устанавливать вплотную к другим PCI-устройствам этот блок питания также не рекомендую — могут возникнуть проблемы с тепловым режимом этих устройств.

Дополнительный разъем питания служит для регулируемого подключения вентилятора. Его рабочее напряжение и, соответственно, режим работы будут совпадать с режимом работы вентилятора на процессоре. Сам 80-миллиметровый вентилятор также входит в комплект поставки. Моддеры будут рады — он подсвечивается тремя яркими синими светодиодами, и, поскольку его крылья прозрачны, эффект получается весьма интересный.

Тестирование проводилось в корпусе ElanVital P10 с одним дополнительным (на выход) вентилятором. Температура окружающей среды — 27 градусов, начальная температура воды — 20 градусов. Охлаждался процессор AMD Athlon 1400 Мгц, разогнанный изменением коэффициента умножения до частоты 1533 Мгц. Между сердечником и процессором лежала паста АлСил-3. Информация о температурах снималась со штатных датчиков системы, а также с помощью внешней термопары с помощью программы Motherboard Monitor 5.2.2.0. Нагружался процессор утилитой burnK7 из комплекта CPUBurn.

Видно, что установка дополнительного вентилятора в околопроцессорной зоне действительно увеличивает эффективность охлаждения. Температура процессора под описываемым кулером даже ниже температуры процессора под ватерблоком, однако не обольщайтесь — в то время, как температура процессорного ядра так мала, температура верхней поверхности элемента Пельтье — 85 градусов, и вентилятор трудится как сумасшедший, пытаясь все это тепло куда-нибудь отвести. Горячий воздух (он действительно горячий — около 50 градусов Цельсия) выходит из радиатора и попадает прямо на модули памяти, которым и своего тепла хватает.

Если отдать выбор скорости на откуп контроллеру, то в шестивольтовом режиме SubZero 4G работает только в самом начале, еще до того, как загрузится до конца Windows, и затем довольно долго работает в восьмивольтовом. Алгоритмы у контроллера весьма хитрые, данные — внутренние и недоступные для мониторинга, и какую-либо границу перехода из режима в режим мне вычислить не удалось. Переключения из режима в режим происходят постоянно, при этом температура ядра поддерживается постоянной, меняется лишь температура горячей стороны элемента Пельтье. Алгоритм выбора скорости вращения и режима работы элемента кратко описан тут: www.thermaltake.com/products/subzero/subzero4g.htm.

В общем, если сравнить получившиеся результаты с результатами других систем, получается, что устройство довольно эффективно, и, если бы не небольшие конструктивные недоработки, касающиеся в первую очередь крепления, было бы практически идеально для тех, кто не прочь пожертвовать тишиной и кое-какими деньгами в пользу эффективности охлаждения. Обычному компьютерному пользователю, которому и конвективного-то кулера хватает за глаза, такое устройство, разумеется, не нужно, однако все неэкстремальные оверклокеры обязательно обратят на него внимание.  Вы — оверклокер? Тогда сделайте это и вы.