Vapor Chamber, Downdraft og Blower Style Grafikkortkøling - Forklaret

I løbet af de sidste par år har vi set en eksponentiel stigning i ydeevnen for grafikkort i både spil og professionelle applikationer. Med forbedringerne i arkitekturer og interne komponenter er grafikkort nu hurtigere end nogensinde og er i stand til at håndtere selv de mest krævende opgaver, man kan kaste på dem med nutidens teknologier. Alle disse forbedringer har gjort det muligt for moderne grafikkort at håndtere ekstremt krævende opgaver som 8K og 4K-spil ved høje opdateringshastigheder.

Disse forbedringer er dog ikke kommet uden deres rimelige andel af ulemper. En af de vigtigste er den eksponentielle stigning i strømforbrug, som vi har set i de sidste par år. Effektforbruget af grafikkort til spil er langsomt men støt steget i løbet af det sidste årti, hvilket har ført til dagens grafikkort, der har TDP-klassifikationer på over 300 wattret forskellig fra annonceret TBP-klassificering). Faktisk viser det gennemsnitlige strømforbrug af grafikkort i det sidste årti et interessant mønster. Kraftudtaget af kort var højt i begyndelsen af ​​årtiet på grund af ineffektive arkitekturer, men senere blev de fleste grafikkort meget mere effektive i deres job. I dag ser vi endnu en stigning i det gennemsnitlige antal strømforbrug på grafikkort.

Indrømmet, kortene i dag er meget mere effektive, end de var for fem år siden, men de kræver stadig mere strøm i gennemsnit fra væggen end de ældre kort. Al denne kraft, der går til kernen, øger bestemt kortets ydeevne, men det øger også driftstemperaturerne på GPU'en, hvilket bestemt er noget, der skal styres. I løbet af de sidste par år har vi været nødt til at sætte stadig større og større kølere på grafikkortene for at bekæmpe dette problem.

Forbedringer i køling

Med stigende trækkraft og efterfølgende stigende varmeeffekt har grafikkortproducenterne været nødt til at improvisere med situationen for at løse dette problem. Borte er de små, fine grafikkort, der kunne have været passivt afkølet med en enkelt lille køleplade. Tidligere havde selv avancerede grafikkort en enkelt blæser over en lille køleplade, og det var nok til at sprede varmen fra det kort effektivt. I dag kan man ikke engang tænke på et mellemklasse eller rimeligt avanceret grafikkort, der skal afkøles ved hjælp af en enkeltblæserkonfiguration.

Grafikkort i dag har massive 3-slot køleplader med enorme ventilatorkapsler, der huser 3 fans det meste af tiden. Selvom dual fan-modeller også er ret udbredte på markedet, kæmper de for at holde temperaturen i skak for ethvert kort, der med rimelighed er strøm-sultent. De fleste avancerede varianter af moderne grafikkort har også syv eller otte forniklede kobbervarmerør, der tager varmen væk fra de varmegenererende komponenter og spreder det jævnt gennem kølelegemearrayet. Ventilatorteknologier er også kommet langt, idet moderne fans er udstyret med flere sensorer, der ændrer deres adfærd i henhold til GPU-temperaturen.

Det er derfor ret interessant at sammenligne de køleløsninger, der er anvendt af tidligere grafikkort, med dem, der er i brug i dag.

Forskellige metoder til afkøling

Alt i alt er der 3 hovedmetoder til køling, der anvendes af moderne grafikkort, nemlig blæser-stil køling, frilufts nedkøling og dampkammer køling. Følgende er fordele og ulemper ved hver enkelt.

Blæser Style Cooler

Blæser-stil køler er den mest basale og mest barebones stil af køling, der findes i grafikkort i dag. Dette er også den billigste køler til fremstilling og leverer derfor den værste termiske ydeevne ud af alle de forskellige metoder til afkøling af et grafikkort. Blæser-stil kølere var de kølere, der blev brugt af Nvidia og AMD til deres reference-design grafikkort i lang tid, men i den nyeste generation af grafikkort har begge producenter kastet blæser-stil kølere til fordel for de mere effektive nedkølerkøler. Blæser i stil med blæser har formodentlig nået slutningen af ​​deres levetid, selvom nogle eksempler stadig er i produktion til brug i forudbyggede og SI-systemer.

Grafikkort med blæsermotiver udvider plastikskærmen rundt om kølelegemet og efterlader ingen huller mellem printkortet og kappen på siderne såvel som på toppen og bunden af ​​kortet. Den eneste vej til luft er at blive tvunget lige over printkortet mod bagsiden af ​​grafikkortet, hvor der er strategisk placerede ventilationshuller på I / O-beslaget. En enkelt, lille blæser blæser den omgivende luft op og tvinger den ved høje hastigheder gennem kortet, der udvises lige ud af bagsiden af ​​kortet. Luften passerer over den integrerede kølelegeme og printkortkomponenterne, mens den kommer sig gennem kortet og køler derved komponenterne, som den kommer i kontakt med.

Den største fordel ved blæser-stil køling er, at det er ret billigt at fremstille og derfor findes på mange varianter af grafikkort på indgangsniveau, herunder de fleste referencedesign, som AMD og Nvidia har frigivet gennem årene. En anden fordel ved blæser-stil kølere er, at de uddriver al deres varme direkte ud af sagen i stedet for at frigive den inde i sagen og derved opvarme andre komponenter som din CPU. Dette kan være særligt nyttigt i små formfaktorsager og pc'er med forkert konfigurerede luftstrømssystemer.

Ulemperne ved blæserkølere er dog flere. Blæser-stil kølere kører højt og varmt, og de er ret ineffektive i deres drift. I gennemsnit vil en blæser-stil variant af et grafikkort producere meget højere temperaturer end sammenlignelige nedadgående varianter, hvis de testes under de samme betingelser. For at kompensere for denne mangel på kølekraft skal blæserkort køre deres fans med usædvanligt høje hastigheder. Dette resulterer i en utrolig høj støjprofil, som ivrige pc-entusiaster definerer som "en jetmotor, der gør sig klar til at starte". Det er sikkert at sige, at du ikke får et blæser-kort, hvis du vil spille på en snigende måde.

Open-Air Downdraft Cooler

Nedkøling eller "open-air" -stilstand for køling er langt den mest almindelige og den mest almindelige køleløsning, der bruges i nutidens grafikkort. Downdraft-kølere tilbyder generelt bedre termisk og akustisk ydelse end kort i blæserstil, men der er nogle ting, der skal huskes, når du bruger en friluftskøler.

Nedkøling eller friluftskølere bruger deres ventilatorer til at tage luften ind i din pc-kasse og skubbe den derefter lige ned gennem den store metal-kølelegeme for at sprede varmen fra komponenterne. Friluftskølere er såkaldte på grund af deres relativt åbne blæserhætte, der er åben fra siderne og bagsiden, så luften kan passere frit fra kortet til det indre af sagen såvel som det udvendige af sagen gennem ventilationshuller. Hovedkonceptet med nedkølerkølerne er det samme som blæserne i blæserstil: Luft suges ind af ventilatorerne og skubbes over kølelegemet, der kommer i kontakt med de varmegenererende komponenter. Effektiviteten, hvormed frilufts- eller nedadgående kølere udfører denne opgave, er ofte meget større end sammenlignelige applikationer i blæserstil.

Den største fordel ved open-air design er dens forbedrede ydeevne i forhold til kortene i blæserstil. Disse kølere skubber et stort volumen luft over deres køleplader og maksimerer derfor varmeafledningen fra de interne komponenter på kortet. Desuden er selve kølelegemet ofte meget større på grund af den 2,7 eller endda 3-slotskonfiguration, som moderne kort findes i. Midterste varianter af grafikkort har ofte to fans, mens premiumvarianter næsten altid har tre fans til at hjælpe lette varmeafledning. Nedstrømsventilatorerne er også meget mere støjsvage og mere pålidelige end ventilatorer i blæserstil.

Der er også et par ulemper, der følger med dette design. For det første er mange af downdraft-kølere i udendørs stil dyrere end basisblæservarianterne, når det kommer til en bestemt grafikkortopstilling. Et andet væsentligt problem med dette design er, at al den varme luft fra GPU'en dumpes direkte i din sag, hvilket kan føre til en temperaturstigning i andre komponenter. Derfor anbefales det at have fremragende luftstrøm inde i kabinettet med korrekt konfigurerede blæsere, hvis du vil bruge en nedkølerkøler. Det ville være bedst at undgå disse kølere i en lille formfaktor eller en relativt kompakt konstruktion. Hvis du vil have nogle anbefalinger til bedste tilfælde med høj luftstrøm i 2021, du kan få dem lige her.

Dampkammerkøler

Dampkammerkølere er langt mindre almindelige i moderne grafikkort på grund af deres relative kompleksitet, men er stadig en interessant køleløsning. Et dampkammer er en tynd, relativt flad plade, der bruges til at sprede varmen over et bredt overfladeareal. Normalt påføres en finnestak direkte på overfladen af ​​dampkammeret for at øge overfladearealet og forbedre varmeafledning. Dampkammeret i sig selv er en hul, vakuumforseglet kobberplade. Dampkammeret er direkte i kontakt med varmekilden, såsom GPU, som er kendt som fordamperen i denne konfiguration.

Når fordamperen opvarmes, fordamper væsken i vægen til en gas. Den varme gas udvides derefter til at fylde indersiden af ​​kammeret og når den køligere overflade. Ved kontakt med den køligere overflade kondenserer gassen igen, derfor kaldes den køligere overflade kondensatoren. Den kondenserede væske returneres derefter til fordamperen gennem vægen for at fortsætte cyklussen.

Mens metaller som kobber og aluminium er gode til at lede varme, er de ofte ikke den mest effektive metode til at gøre det. En faseændring er en overgang fra en form til materie til en anden, for eksempel fra væske til gas og omvendt, og den type køling, der anvender denne teknik, er kendt som faseændringskøling. Dampkamre kan overføre en stor mængde termisk energi ved at gennemgå en faseændring.

Alternativt ville det være muligt bare at bruge en solid kobberblok til at udføre en lignende opgave, men det design ville være meget tungere og dyrere at producere end et hult dampkammer. Det ville også være langsommere i drift end et dampkammer. Denne reduktion i hastigheden på varmeoverførsel vil også påvirke GPU'ens ydeevne, da den vil beholde mere varme. Heatpipes er det andet alternativ til dampkammerafkøling, og de anvendes i vid udstrækning i nedadgående luftkølere, der er nævnt før.

Hvilken skal du vælge?

Mens alle tre kølere har deres fordele og ulemper, er der bestemt et indlysende valg, når det kommer til moderne grafikkortkøleløsninger. De fleste almindelige forbrugere ville være bedre stillet med at købe en anstændig nedåbningskøler i friluftsstil, da den giver den bedste pris for pengene inden for termisk ydeevne, samtidig med at den er relativt overkommelig. Forskellige AIB-partnere frigiver adskillige forskellige modeller til en enkelt GPU, og selv Nvidia og AMD har nu droppet blæser-stilkølere til fordel for meget mere effektive friluftskølere til den nyeste generation af grafikkort.

Dampkamre er en interessant og unik applikation, men deres faktiske anvendelse i moderne grafikkortkøleløsninger er ganske usædvanlig i dag. De blev brugt i AMDs referencegrafikkort i nogen tid i forbindelse med en blæser-stil køler, men startede aldrig rigtig derfra for at blive mainstream-køleløsninger. Blæser-stil kølere nærmer sig også slutningen af ​​deres levetid, da flere og flere AIB-partnere frigiver overkommelige udendørs grafikkortvarianter med fremragende køling og akustisk ydeevne til en overkommelig pris.

Der er dog et område, hvor kølere i blæserstil stadig er fremherskende. Storskala systemintegratorer eller SI'er som Dell, HP og Lenovo bruger denne kølingstilstand til deres grafikkort, da det er en relativt billig enhed at erhverve, og den uddriver al varmen direkte uden for sagen, så indersiden af ​​sagen gør ikke gradvis opvarmes ved brug af grafikkortet. Forudbyggede købere er ofte ligeglade med temperaturerne og akustikken på deres grafikkort, så denne applikation er perfekt til det forudbyggede økosystem. Hvad angår DIY pc-bygherrer i 2021, skal de bare holde sig til friluftskølere, da de har flere fordele og bliver billigere og bedre dag for dag.