Vodni bloki, oktober 2002

• Igor Livakovič :: 18. okt 2002

Od zadnjega testa vodnih blokov je minilo že precej časa. Vmes -- se ve -- nisem počival, saj sem razmišljal o novih idejah, kako izboljšati obstoječe. Nekaj slednjih sem pokazal že v samem forumu, nikoli pa nisem podal prave primerjave med različnimi oblikami ter analogije, kako se bloki izkažejo v enakih pogojih. V tem času se je pojavilo tudi nekaj izdelovalcev osnovnih plošč, ki podpirajo razbiranje temperature preko interne diode v jedru procesorja Athlon XP. V prejšnem testu sem podatke dobival preko zunanjega senzorja, ki se je dotikal jedra, vendar se ta senzor ne more primerjati z odzivnostjo in natančnostjo interne diode, saj je de facto postavljen zunaj procesorja ter kot tak posledično izpostavljen zunanjim faktorjem, ki na rezultate vplivajo negativno. V procesor vgrajeni diodi se gre zato zahvaliti, da bodo rezultati tokrat dosti učinkoviteje pokazali pravo razliko med posameznimi bloki.

Testirna oprema

Osnovna plošča za namene testa je bila EpoXova 8K3A s podporo branja omenjene diode. Vir toplote je predstavljal procesor AMD Athlon XP 1600+/1700+ (zakaj dva modela, bom razložil v nadaljevanju testa), voda se je hladila preko bakrenega avtomobilskega radiatorja iz Lade ter dveh 120-milimetrskih Sunon ventilatorjev visokih hitrosti. Uporabil sem dve zaporedno vezani Maxy-Jetovi vodni črpalki 1000mp, kar dvajsetlitrski rezervoar za vodo ter skupno 1 meter silikonskih cevi notranjega premera 12 mm. Senzor za temperaturo vode je bil postavljen v cevi pred vhodom vode v blok; vse je bilo postavljeno zunaj ohišja na mizi. Ker je bil severni most na osnovni plošči pasivno hlajen, ni bilo v okolici plošče nobenega ventilatorja, ki bi lahko kakorkoli vplival na temperature. Črpalki sta bili potopljeni v rezervoar z vodo zaradi takojšne odzračitve (iztisnitve zraka iz kroga) -- za to sem se odločil predvsem zaradi možnosti hitrejše menjave blokov. Ker pa črpalki bolj ogrevata vodo kot v pretočnem načinu, je le-ta dosti bolj primeren za vgradnjo v ohišje; poleg tega odpade tudi potreba po rezervoarju. Procesor, Athlon XP, je bil navit na 1950 MHz ter je tiktakal pri napetosti 2.1 V. Termalna pasta, ki sem jo vsakič na novo nanesel na očiščen procesor, je bila silikonska z nizko viskoznostjo -- to sem uporabil zato, ker se ravno zaradi svoje strukture lepo razlije po jedru ter se ob pritisku bloka lahko iztisne na stran. Pasti, kot sta Arctic silver 2 ali 3, imata sicer res boljše termične lastnosti, a je zaradi gostote nanašanje dosti manj konstantno, kar pa bi vplivalo na rezultate. Pritisna sila, s katero sem testiral bloke, je bila konstantna, kar sem zagotovil z izdelavo posebnih matic, ki vodijo trde vzmeti (vzmetna konstanta 10 N/mm), privil sem jih pa ravno toliko, da se niso dotikale samega bloka. Tak sistem pritrditve, ki omogoča konstanten pritisk bloka na jedro procesorja, sem uporabil na vseh blokih razen na Magnumu 390, saj nima možnosti privijačitve na ploščo. To pa je zelo pomebno, saj vpliv slabega pritiska na blok odtehta še tako superioren hladilnik, tako zračni kot vodni.

Kar se tiče zagotavljanja enakih pogojev med testiranjem -- je to vse.

Način testiranja

Navitega Athlona XP 1950 na 2,1 V sem obremenjeval s programom Toast. Po izračunu ta procesor odda tipično okoli 110 W toplote. Program sem pustil teči v visoki prioriteti eno uro. V tem času se je temperatura vode stabilizirala ter bila iz moje strani tudi odčitana, po tej uri sem pa začel zajemati še podatke iz interne diode. Temu je služil Motherboard monitor, interval zajemanja je bil nastavljen na eno sekundo. Skupna dolžina zajemanja je obsegala 600 sekund, torej 10 minut. Zakaj nisem vzel samo ene temperature po eni uri obremenitve? Zato, ker je dioda tako odzivna, da zazna nihanja v napetosti jedra procesorja, ki se odražajo v nihanju temperature. Posledično sem vzel zadnjih 600 temperaturnih izpisov ter jih prenesel v Excel, kjer sem izračunal povprečja ter vrednosti normiral na temperaturo vode 20 stopinj Celzija. Test sem malo kasneje na istem bloku ponovil in nato izračunal še povprečje teh dveh testov. Ker sem imel dve črpalki, sem postopek ponovil še z dvema zaporedno vezanima črpalkama, kar je povečalo pretok čez blok. Tu, kot boste videli, ni ogromnih razlik, moram pa reči, da bo razlika v tem primeru narasla v bolj restriktivnih pogojih, na primer ko je vse hlajenje vgrajeno v ohišje. Tam je namreč več ostrih zavojev ter po možnosti še dodatnih vodnih blokov, ki dvigujejo pretočne izgube oziroma padce tlakov na posameznih odsekih. Razliko v pretokih si lahko jasneje predstavljate, če pogledate graf, kjer sta narisani karakteristiki vodnih črpalk v enojnem ter zaporednem načinu. Vsak zavoj, vsako zožanje ter dodatna dolžina cevi ustvari padec tlaka, ki nas v grafu postavlja vedno višje. Podatek, ki je važen na črpalkah, je dobavna višina (za Maxy-jet 1000mp to znaša 1.5m), kar nam predstavlja pritisk, ki ga ustvari črpalka ter zagotovilo, do katere višine lahko še spravi vodo. To je najvišja točka na grafu: tam je pretok ničen.

Kaj sem testiral?

Tako, posvetimo se samim blokom. Testiral sem jih šest: B&M spiralna bloka v bakreni in aluminijasti verziji, MWBC mk1, MWBC mk2, MWBC mk3 (tri razvojne različice mojega novega bloka) ter še Magnum 390, katerega nam je na test posodilo podjetje Mlacom.

Spiralne bloke že poznate, tako kot tudi MWBC mk1, ki sem ga predstavil na forumu že nekaj časa nazaj. Nova sta MWBC mk2 in mk3 -- pri njiju sem izvedel potek vode radialno ven iz centra. Sama taka pot je najbolj optimalna, saj od centra do izhoda pride po najkrajši poti, kar zagotavlja manjše pretočne izgube. Mk2 ter mk3 se poleg števila kanalov in velikosti teh razlikujeta tudi po tem, da ima drugi v centralnem delu oblikovan še stožec z osmimi zelo plitkimi okroglimi kanali, kar pripomore k prenosu toplote na najbolj kritičnem mestu v bloku. Razlikujeta se tudi po načinu izstopa vode: pri blokih mk1 in mk3 se več izstopov združi v srednjem delu bloka ter nato zaključi kot en izhodni priključek za cev. Sama rešitev je odlična za izboljšan potek vode ter zmanjševanje uporov po samem bloku, je pa malo bolj zahtevna za samo izdelavo. Magnum 390 je -- podobno kot B&M -- prav tako narejen s spiralo vendar brez kanalov, motijo pa majhni priključki za cevi, saj s postavitvijo tako tankih cevi po celem sistemu prav nič ne olajšate dela črpalki. Med izvajanjem testa sem imel narejene vmesne priključke, tako da je bil tanek del cevi dolg samo 5 centimetrov, naprej pa sem imel običajne polcolske silikonske cevi -- kot pri ostalih blokih.

Rezultati

Preden sem sploh zečel testirati, sem izmeril še pretoke skozi vse bloke. V tabeli je podan izmerjen pretok čez vse komponente vodnega hlajenja (črpalka, cev, radiator, cev, blok, cev).

Iz tabele se lepo vidi razlika med eno in dvema črpalkama, le-ta pa bi, kot sem že prej rekel, naraščala ob večjih pretočnih izgubah. Še končni rezultati vseh meritev:

Rezultati so normirani na temperaturo vode 20°C ter tako neposredno primerljivi, pogoji pa so bili za vse sodelujoče enaki. Prikazane temperature so povprečje dveh testov s po 600 temperaturnimi odčitki. Omejil sem se strikno na povprečno maksimalno temperaturo -- ona ob mirovanju me ni zanimala. Pri testu aluminijastega M&B bloka sem spustil frekvenco na 1900 MHz, ker pri 1950 procesor po ~30 min Toasta ni bil stabilen, napetost procesorja je ostala enaka, torej 2,1 V. Redu radim moram dodati, da ima glavni delež pri oddani toploti napetost jedra in ne frekvenca. Primer: Athlon XP pri 1900MHz na 2,1 V odda tipično 110 W, pri 1950 pa 112.9 W. Procesor na enaki frekvenci bi pri 2 V tipično oddal "samo še" 102.4 W. To dejstvo imejte v mislih pri navijanju in dvigovanju napetosti. Verjetno se sprašujete, kje so rezultati Magnuma 390 -- slednji me je zelo razočaral, ne tako z izdelavo, ki je dobra, ampak s sistemom pritrjevanja na ležišče. Na prvi pogled se mi je rešitev zdela posrečena in enostavna, vendar pa se je v praksi izkazala za zelo nekakovostno. Ko je prišel na vrsto ta blok, sem ga pogumno pritrdil na ležišče ter odvil vijake, tako da so bile vzmeti maksimalno raztegnjene in s tem tudi maksimalno pritrdile blok na jedro. Nastavitev frekvence procesorja je ostala 1950 pri 2,1 V , kar je bilo preveč. Ko sem računalnik prižgal , se preprosto ni zbudil -- sodeč po odtisu termalne paste na bloku ta namreč ni v celoti pokril jedra. Po ekspresni akciji sem imel še isti dan nov procesor 1600+, s katerim sem še enkrat ponovil vse teste na obeh blokih, ki sem jih pred katastrofo že stestiral. V drugo sem bil previdnejši, še posebej pri montaži, če sem morebiti karkoli spregledal v prvem poskusu. Računalnik sem pognal na osnovni frekvenci in napetosti: po preverjanju v BIOSu so bile temperature normalno nizke, tako da sem začel z dviganjem frekvence in napetosti, vendar računalnik enostavno ni bil dovolj stabilen da bi prilezel v Okna. Temperature so bile malce višje, vendar še vedno normalne, v Windowse mi je pa končno uspelo priti pri 1650 MHz ter napetosti, znižani na 1.85 V, vendar si Toasta nisem upal pognati. Ker so bile temperature v okviru vseh normalnih mej, je lahko edina logična razlaga ta, da blok ne leži ravno na jedru ampak se dotika samo določenega dela in to tistega, kjer leži dioda za merjenje temperature. Ker je preostali del procesorja nepokrit, se tam pregreva in postane nestabilen.

Izjemno je vidna realna razlika med bakrenim in aluminijastim blokom popolnoma enakega oblikovanja. Za najbolj ekstremne pogoje je primeren edinole baker, aluminij pa kvečjemu za zmerna navitja z nižjo napetostjo procesorja.

Tu moram nujno omeniti pomembnost sekundarnih toplotnih virov v okolici samega podnožja procesorja. Kot verjetno že veste, procesor ni edini vir toplote na sami osnovni plošči; zelo pomebni viri so tudi sam severni most ter napetostni regulatorji ter kondenzatorji, ki so v okolici ležišča, saj se slednji zelo grejejo. Ker sami po sebi nimajo dodatnih hladilnih teles, razen severnega mosta, se ta toplota prenaša na samo osnovno ploščo in jo lokalno zelo ogreva. Težava je toliko večja pri navitem sistemu s povišanimi napetostmi. Segrevanje plošče ter s tem procesorskega ležišča lahko pomeni razliko v temperaturi tudi do 5 stopinj, kar seveda ni več tako malo. Kot sem že napisal zgoraj, sem sam test izvedel brez dodatnega zračnega pretoka po osnovni plošči, sem pa zgolj iz "firbca" testiral tudi s postavljenim 92 mm ventilatorjem nad napetostnimi regulatorji. Temperatura je bila, tako kot prej, merjena v jedru, tako da ni bilo možnosti, da bi sam zračni tok vplival na senzor. Razlika je bila nekako 4 do 5 stopinj nižja temperatura v primerjavi z rezultati v tabeli in to pri vseh blokih. Posledično predlagam, da pri vodnem hlajenju usmerite en ventilator v to območje, saj blagodejno vpliva na temperature ter tudi manjša nihanja v napetostih napajanja osnovne plošče.

Zaključek

Najboljši blok je bil po pričakovanju zadnji model, ker sem upošteval vse prejšnje ugotovitve pri samem oblikovanju. Vodni curek, ki vstopi v centru, se radialno razprši skozi osem kanalov, sredinski del pa ima še dodaten stožec. Kanali se združijo v zunanjem ter nato vstopijo v srednji del bloka preko štirih izhodov, v zgornjem delu se pa ti izhodi združijo v dva kanala ter nato v en izhod -- podoben način sem uporabil že pri MWBC mk1. Slednji se je izkazal za dobrega, saj so poti v spodnjem bakrenem delu bloka zelo kratke, zaradi same oblike vseh kanalov pa blok povzroča najmanj upora za vodni tok.

To je v bistvu to. Žal mi je, da nisem mogel dobiti na test Swiftechovega bloka, ker se, tako kot vsi najboljši bloki, pritrdi preko štirih lukenj, kar je zame edini dovolj varen pritrjevalni način. Magnum 390 je to -- žal -- dokazal. Ti rezulati bodo direktno primerljivi z vsakim naslednjim blokom, ki ga bom stestiral, saj sem vse testiral na tak način, da sami rezultati pokažejo dejansko sposobnost bloka pri dani črpalki. V prihodnje bom poskusil na test dobiti tudi kak drug blok in ga ponovno primerjati s MWBC mk3 ter po vsej verjetnosti z njegovim naslednikom, saj -- kot veste -- idej za nove oblike nikoli ne zmanjka :).