Зависимость температуры охлаждающей жидкости от температуры процессора для управления вентилятором

Болельщики гоняются за шипами.

Когда управление вентилятором процессора напрямую связано с температурой корпуса, современный процессор может практически мгновенно переходить от низкой нагрузки к гораздо более высокой температуре, заставляя вентиляторы радиатора ускоряться, даже несмотря на то, что охлаждающая жидкость, радиатор и окружающий воздух едва успевают поглотить сколько-нибудь значительное количество тепла.

Почему мы позволяем быстродействующему кремниевому датчику определять акустические характеристики системы охлаждения, тепловая инерция которой реагирует гораздо медленнее?

В этом и заключается главная проблема.

Для воздушного кулера температура процессора является логичным источником контроля, поскольку радиатор расположен непосредственно в зоне теплоотвода процессора. Для системы жидкостного охлажения ситуация меняется. Процессор нагревает охлаждающую пластину. Охлаждающая пластина нагревает охлаждающую жидкость. Охлаждающая жидкость передает эту энергию радиатору. Затем радиатор передает ее в воздух.

Эти события происходят с разной скоростью.

Именно из-за этой разницы разница между температурой охлаждающей жидкости и температурой процессора заслуживает большего внимания, чем очередной спор о том, какой радиатор больше — 240-мм или 360-мм.

Моё предпочтительное правило простое: если есть надёжный датчик температуры охлаждающей жидкости, я обычно хочу, чтобы скорость вращения вентилятора радиатора в первую очередь зависела от температуры охлаждающей жидкости, а температура процессора оставалась сигналом безопасности и диагностики.

Такое различие позволяет добиться более спокойной работы системы, не игнорируя при этом фактическое тепловыделение процессора.

Температура процессора и температура охлаждающей жидкости — это показатели разных проблем.

Температура процессора показывает, что происходит в источнике тепла.

Температура охлаждающей жидкости показывает, что происходит внутри системы теплопередачи.

Звучат похоже. Но это не так.

Современные процессоры содержат множество датчиков температуры, расположенных очень близко к активному кремнию. В документации Intel к цифровому термодатчику (DTS) поясняется, что показания отдельных датчиков могут представлять собой мгновенную температуру процессора. Intel также приводит значение, сообщаемое по протоколу PECI, основанное на среднем значении самой высокой температуры DTS за 256 мс , особо отмечая, что усредненная температура может быть полезна для управления температурой платформы, например, для регулирования скорости вращения вентилятора.

Это говорит нам о многом важном.

Даже производители процессоров признают, что мгновенная температура и полезная температура для управления вентилятором — это не обязательно одно и то же.

Процессор может очень быстро менять состояние энергопотребления. Откройте приложение, скомпилируйте код, запустите обработку шейдеров, распакуйте большой архив или запустите игру, и отдельные ядра ЦП могут резко увеличить свою производительность, прежде чем вернуться к более лёгкой нагрузке.

Охлаждающая жидкость не может мгновенно отреагировать на это изменение.

Охлаждающая жидкость на водной основе обладает тепловой инерцией. То же самое относится к радиатору. То же самое относится к металлу в охлаждающей пластине. Весь контур действует как тепловой буфер.

Эта задержка полезна.

Представьте температуру процессора как сигнал тревоги, а температуру охлаждающей жидкости — как уровень жидкости в резервуаре.

Температура процессорного блока в 80°C не означает автоматически, что радиатору необходим максимальный воздушный поток.

Если температура процессора достигает 80°C в течение трех секунд, в то время как температура охлаждающей жидкости остается на уровне 30°C, значит, сам контур охлаждения все еще относительно холодный.

Теперь представьте, что тот же процессор находится при температуре около 75°C в течение двадцати минут, в то время как температура охлаждающей жидкости постепенно повышается с 30°C до 39°C.

Это другое дело.

Во втором случае тепло накапливается в контуре быстрее, чем текущий поток воздуха через радиатор его отводит. В этом случае вентиляторам радиатора приходится выполнять свою основную работу.

Именно поэтому я не оцениваю систему жидкостного охлажения по одному скриншоту температуры процессора. Анализ ACEGEEK, объясняющий, почему одни только характеристики кулера не позволяют предсказать реальные температурные показатели, приходит к тому же более широкому выводу: размер радиатора, поведение вентилятора, воздушный поток, нагрузка и конфигурация системы взаимодействуют друг с другом.

Зависимость температуры охлаждающей жидкости от температуры процессора для управления вентилятором

Вот какое различие я использую при оценке управления вентиляторами в системах жидкостного охлажения .

Фактор Температура ЦП Температура охлаждающей жидкости Что измеряет Тепловое состояние процессора Тепловое состояние жидкостного контура Скорость отклика Чрезвычайно быстрая Относительно медленная Реакция на скачки повышения мощности Высокая Низкая Наилучшее применение Защита и мониторинг ЦП Управление вентилятором радиатора Стабильность скорости вращения вентилятора Может быстро колебаться Обычно плавная Шумовая активность Более склонна к многократному нарастанию Более постепенная Отражает нагрузку на радиатор Косвенно Более непосредственно Доступность датчика Практически универсальный Только на поддерживаемых системах жидкостного охлаждения/контроллерах Подходит для экстренного реагирования Да Менее подходит для автономного использования Подходит для управления при длительной нагрузке Да, со сглаживанием Отлично, если доступно

Это та часть, которую многие утилиты для управления вентиляторами материнских плат скрывают.

Они показывают температуру.

Они показывают обороты вентилятора в минуту.

Они позволяют перетаскивать точки по графику.

Но они редко заставляют пользователя задать более важный вопрос: какой физический компонент этот вентилятор на самом деле пытается охладить?

В случае с вентилятором радиатора, причина кроется в циркуляции охлаждающей жидкости через радиатор.

Именно поэтому температура жидкости является таким логичным параметром управления.

В системе жидкостного охлаждения AIO управление вентилятором уже использует температуру охлаждающей жидкости.

Это не какая-то экзотическая теория настройки.

В опубликованной компанией Corsair стандартной кривой управления вентиляторами Hydro X в качестве управляющей переменной используется непосредственно температура охлаждающей жидкости . Согласно этой кривой, скорость вращения вентиляторов радиатора составляет 0% при температуре ниже 34°C, 10% при 35°C, 25% при 36°C, 42% при 38°C, 54% при 39°C, 66% при 40°C и 100% при 43°C.

Перечитайте эти цифры ещё раз.

Вентиляторы не включаются на 100%, потому что температура процессора кратковременно достигает 80°C.

Максимальная нагрузка достигается при температуре охлаждающей жидкости 43°C.

Это совершенно иная философия управления.

Документация Corsair по iCUE также позволяет привязывать пользовательские кривые скорости вращения вентиляторов к датчикам температуры, имеющимся в системе, что подтверждает идею о том, что источник данных от датчика имеет такое же значение, как и сами значения оборотов в минуту.

И Corsair — не единственное тому доказательство.

В документации ядра Linux для монитора оборудования материнской платы ASUS ROG RYUJIN II 360 отображается температура охлаждающей жидкости, а также скорость вращения помпы и управление внешним вентилятором. В документации ядра для материнских плат Gigabyte AORUS WATERFORCE X240, X280 и X360 аналогичным образом отображаются обороты вентилятора, обороты помпы и температура охлаждающей жидкости.

Это не декоративные датчики.

Они существуют, потому что информация о температуре в контуре является полезной.

Пример с температурой 43°C имеет большее значение, чем кажется на первый взгляд.

Предположим, температура в помещении составляет 24°C.

Температура охлаждающей жидкости 30°C означает, что она примерно на 6°C выше температуры окружающей среды.

При температуре 40°C разница температур между охлаждающей жидкостью и температурой в помещении составляет примерно 16°C.

Второе условие обеспечивает радиатору гораздо большую разницу температур, но также говорит о том, что в контуре накопилось значительно больше тепловой энергии.

Именно в этот момент дополнительный приток воздуха становится полезным.

Именно поэтому кривая зависимости температуры жидкости от скорости вращения вентилятора часто ведет себя более интеллектуально, чем кривая, привязанная к процессору, при нагрузках с резкими изменениями энергопотребления.

Почему управление вентиляторами жидкостного охлажения на уровне процессора может стать раздражающе шумным

Современные методы работы процессора усугубляют эту проблему.

Компания Intel отмечает, что температура процессора может приближаться к своим температурным пределам во время ресурсоемких операций, и что многие модели используют механизмы терморегулирования для снижения частоты и энергопотребления при необходимости. Intel заявляет, что максимальные значения Tjunction обычно составляют от 100°C до 110°C в зависимости от конкретного процессора.

Это не значит, что 90°C должны стать вашей обычной целевой температурой.

Это означает, что температура процессора динамически изменяется.

Режим работы турбонаддува усложняет кривые скорости вращения вентилятора, поскольку температура может повыситься до того, как радиатор существенно нагреется.

Рассмотрим упрощенный вариант рабочей нагрузки:

ВремяТемператураЦПанильТемператураОхлаждающей жидкостиЧто может делать вентилятор, управляемый ЦПЧто может делать вентилятор, управляемый охлаждающей жидкостьюПростой38°C28°CНизкие оборотыНизкие оборотыЗапуск приложения72°C28°CРезкое увеличениеОставаться низким10 секунд спустя48°C28,5°CСнова замедлениеОставаться низкимНачинается устойчивая отрисовка82°C30°CВысокие оборотыУмеренные обороты10 минут спустя78°C36°CВысокие оборотыПостепенное увеличение25 минут спустя77°C40°CВысокие оборотыВысокие обороты

Система, управляемая центральным процессором, реагирует незамедлительно.

Система управления подачей охлаждающей жидкости реагирует, когда радиатор действительно накапливает тепло, которое необходимо отвести.

Я предпочитаю второй вариант работы вентиляторов радиатора.

Не потому, что температура процессора не имеет значения.

Потому что поток воздуха в радиаторе должен соответствовать его потребностям.

Наилучший источник температуры для управления вентилятором зависит от типа вентилятора.

Именно здесь многие советы становятся слишком упрощенными.

Правило "все измеряйте при комнатной температуре охлаждающей жидкости" не очень полезно.

Также не подходит принцип «используйте температуру процессора для всего».

У разных болельщиков разные обязанности.

Вентиляторы радиатора

Если в вашей системе жидкостного охлажения есть надежный датчик температуры охлаждающей жидкости, я бы обычно использовал температуру охлаждающей жидкости.

Кривая зависимости скорости вращения вентилятора от температуры может оставаться относительно пологой при низких температурах жидкости и постепенно становиться более агрессивной по мере нагревания охлаждающей жидкости.

Практическая отправная точка может выглядеть следующим образом:

Температура охлаждающей жидкости / Нагрузка вентилятора радиатора ≤28°C 25% 30°C 30% 33°C 40% 36°C 50% 39°C 70% 42°C 90% 44°C +100%

Это не универсальная настройка.

Температура окружающей среды имеет огромное значение. Пользователь, находящийся в комнате с температурой 30°C, очевидно, не может предъявлять те же требования, что и тот, кто проводит тестирование в комнате с температурой 18°C.

Производитель охладителя также имеет решающее слово в вопросе допустимых температур охлаждающей жидкости и предельных рабочих параметров.

Скорость насоса

Мне, как правило, не нравятся кривые работы насоса, которые постоянно отслеживают малейшие изменения температуры процессора.

Насос работает за счет циркуляции охлаждающей жидкости, и постоянные резкие колебания часто приносят мало пользы по сравнению с поддержанием стабильного рабочего диапазона.

Используйте поддерживаемые производителем кулера предустановленные настройки или стабильную настройку насоса, если нет особых причин для изменения параметров.

Вентиляторы корпуса

В этом случае влияние температуры процессора становится еще более существенным.

Представьте, что вы играете в игру, сильно нагружающую видеокарту, при умеренной нагрузке на центральный процессор.

Температура вашего процессора может достигать 55°C, в то время как видеокарта мощностью 360 Вт или 575 Вт выделяет очень большое количество тепла в корпус.

Если вентиляторы корпуса отслеживают только температуру процессора, они могут работать на излишне низкой скорости.

В руководстве ACEGEEK по балансировке охлаждения процессора и воздушного потока видеокарты в одной системе объясняется, почему тепловыделение процессора и видеокарты следует рассматривать как отдельные тепловые нагрузки, а не как одну общую «температуру ПК».

Для любителей корпусной электроники стратегия управления максимальной загрузкой ЦП и ГП — или раздельная логика впуска и выпуска воздуха — часто оказывается более рациональной, если это поддерживается аппаратным и программным обеспечением.

В трёх ситуациях температура процессора по-прежнему имеет большее значение, чем температура охлаждающей жидкости.

Контроль уровня охлаждающей жидкости не всегда является гарантированно лучшим.

В некоторых ситуациях температура процессора остается корректным сигналом.

1. В вашем жидкостном охладителе отсутствует датчик уровня охлаждающей жидкости.

Это самый очевидный вариант.

Многие системы жидкостного охлаждения «все в одном» отображают скорость работы помпы и вентилятора, но не передают информацию о температуре жидкости на материнскую плату или в управляющее программное обеспечение.

Невозможно построить кривую изменения температуры жидкости с помощью вентилятора, используя данные с несуществующего датчика.

В этом случае температура корпуса процессора остается вполне пригодным источником контроля.

Но добавляйте гистерезис, задержку или сглаживание там, где это позволяет BIOS или программное обеспечение.

Это может предотвратить превращение трехсекундного скачка температуры в трехсекундный визг вентилятора.

2. Вы управляете воздухоохладителем.

Расширительный бачок системы охлаждения отсутствует.

Температура процессора напрямую отражает тепловую нагрузку, с которой пытается справиться вентилятор радиатора.

Используйте температуру процессора.

3. Вам необходима быстрая тепловая защита.

Температура охлаждающей жидкости намеренно изменяется медленно.

Именно поэтому он хорошо подходит в качестве сигнала для вентилятора радиатора — и именно поэтому я бы не стал использовать его в качестве единственного сигнала безопасности.

В документации Intel по тепловым характеристикам это различие наглядно показано. Датчики компании способны обнаруживать быстрые изменения температуры процессора, а системы терморегулирования могут снижать напряжение, мощность или частоту при приближении к предельным значениям температуры.

Таким образом, температура процессора остается более надежным сигналом для предупреждения о внезапных проблемах с перегревом процессора.

Более эффективная стратегия управления вентиляторами системы жидкостного охлажения обычно является гибридной.

Наилучшая конфигурация не требует выбора одного датчика и игнорирования всех остальных температурных режимов.

Используйте каждый датчик для выполнения той задачи, для которой он предназначен.

Для типичного игрового ПК с моноблочной системой охлаждения я бы построил логику примерно следующим образом:

Вентиляторы радиатора: температура охлаждающей жидкости (если имеется).

Насос: стабильный профиль, одобренный производителем, а не быстрая осцилляция, управляемая процессором.

Нижний или боковой впускной патрубок видеокарты: температура видеокарты или сигнал максимальной нагрузки на процессор/видеокарту.

Выхлопная система (задняя и верхняя части картера): поведение системы в совокупности зависит от расположения радиатора.

Температура процессора: мониторинг, сигналы тревоги и решения по обеспечению термобезопасности.

Такое разделение имеет гораздо больше физического смысла, чем подключение шести разных вентиляторов к источнику температуры процессора и заключение сделки.

Расположение радиатора еще больше усложняет ситуацию.

Радиатор, установленный сверху, может взаимодействовать с выхлопными газами графического процессора иначе, чем радиатор, установленный сбоку, поэтому стратегию управления вентилятором следует оценивать вместе с путями воздушного потока. В анализе ACEGEEK, посвященном сравнению радиаторов AIO, установленных сверху и сбоку, рассматривается именно эта взаимосвязь между расположением радиатора, температурой процессора, температурой графического процессора, температурой охлаждающей жидкости и воздушным потоком в корпусе.

Если вы все еще выбираете размер радиатора, а не логику работы вентиляторов, сравните доступные модели процессорных кулеров ACEGEEK, прежде чем предполагать, что больший радиатор автоматически исправит плохую настройку вентиляторов. В настоящее время ACEGEEK предлагает модели от 120-мм и 240-мм СВО до нескольких 360-мм кулеров.

Следует ли вентиляторам системы жидкостного охлажения использовать температуру процессора или охлаждающей жидкости?

Для вентиляторов радиатора температура охлаждающей жидкости обычно является лучшим источником контроля, если система жидкостного охлажения оснащена точным датчиком уровня жидкости .

Это позволяет контроллеру получать более медленное и информативное представление о тепловой нагрузке, накопленной в жидкостном контуре.

Температура процессора по-прежнему имеет решающее значение.

Но это отвечает на другой вопрос.

Температура процессора показывает, «насколько сильно сейчас нагрет процессор?»

Температура охлаждающей жидкости показывает, «сколько тепла накопилось в системе охлаждения?»

Для вентилятора радиатора в основном нужен второй ответ.

Именно это различие, на мой взгляд, следовало бы более четко разъяснять в программном обеспечении типа «все в одном».

Часто задаваемые вопросы

Температура охлаждающей жидкости лучше, чем температура процессора, для управления вентилятором системы жидкостного охлажения?

Температура охлаждающей жидкости, как правило, является лучшим источником информации для управления вентилятором радиатора, если система жидкостного охлаждения «все в одном» оснащена надежным датчиком, поскольку она отслеживает накопление тепла внутри контура охлаждения, изменяется более плавно, чем температура корпуса процессора, и позволяет скорости вращения вентилятора радиатора реагировать на постоянную тепловую нагрузку, а не многократно реагировать на кратковременные скачки повышения частоты процессора.

Температуру процессора по-прежнему следует контролировать для обеспечения тепловой защиты. Эти два измерения служат разным целям, а не конкурируют за одну универсальную функцию.

Почему температура процессора меняется быстрее, чем температура охлаждающей жидкости?

Температура процессора изменяется быстрее, потому что мощность процессора может повышаться за чрезвычайно короткие промежутки времени, в то время как холодная пластина, объем охлаждающей жидкости, трубки и радиатор обладают тепловой инерцией, которая должна поглотить энергию, прежде чем их температура значительно повысится, создавая преднамеренную задержку между выделением тепла на кристалле и измеримым нагревом всего контура жидкостного охлаждения.

Именно из-за этой задержки температура процессора может подскочить на десятки градусов, в то время как температура охлаждающей жидкости практически не изменится за короткий промежуток времени.

Какую температуру охлаждающей жидкости следует использовать для кривой работы вентилятора?

Обычно полезная кривая зависимости скорости вращения вентилятора от температуры охлаждающей жидкости обеспечивает относительно тихую работу вентиляторов радиатора, пока температура жидкости близка к температуре окружающей среды, а затем постепенно увеличивает поток воздуха по мере роста разницы температур охлаждающей жидкости и окружающей среды, хотя точные пороговые значения должны быть скорректированы с учетом комнатной температуры, мощности радиатора, конструкции кулера и указанных производителем безопасных пределов температуры охлаждающей жидкости.

Например, система охлаждения Corsair Hydro X достигает 100% загрузки вентилятора при температуре охлаждающей жидкости 43°C, но это не следует автоматически внедрять во все системы жидкостного охлаждения.

Следует ли использовать температуру процессора для вентиляторов системы жидкостного охлажения?

Вентиляторы системы жидкостного охлаждения могут использовать температуру процессорного блока, если температура охлаждающей жидкости недоступна, но контроллер вентилятора в идеале должен включать задержку отклика, усреднение или гистерезис, поскольку температура блока может изменяться чрезвычайно быстро, вызывая ненужные колебания скорости вращения вентилятора, даже если радиатор и охлаждающая жидкость не накопили достаточно дополнительного тепла, чтобы потребовалось значительно больше воздушного потока.

Это нормальное ограничение управления на уровне процессора, а не свидетельство неисправности системы охлаждения.

Должна ли помпа системы жидкостного охлажения следовать за температурой процессора?

Насос системы жидкостного охлажения обычно не должен реагировать на каждое колебание температуры процессора, поскольку его задача — поддерживать циркуляцию охлаждающей жидкости через холодную пластину и радиатор. Поэтому стабильный профиль работы насоса, поддерживаемый производителем, обычно обеспечивает более предсказуемое поведение, чем многократное ускорение и замедление работы насоса в ответ на кратковременные скачки температуры процессора.

Всегда соблюдайте ограничения скорости насоса и режимы работы, указанные производителем охладителя.

Может ли температура охлаждающей жидкости быть низкой, в то время как температура процессора высока?

Температура охлаждающей жидкости может оставаться относительно низкой, в то время как температура процессора высока, поскольку теплопередача от кристалла процессора через встроенный теплоотвод, термоинтерфейсный материал, холодную пластину и циркулирующую охлаждающую жидкость создает тепловое сопротивление, в то время как современные мощные процессоры могут создавать локальные скачки температуры гораздо быстрее, чем весь жидкостный контур успевает нагреться.

Это особенно заметно при кратковременных нагрузках и агрессивной работе турбо-режима.

Какой источник температуры лучше всего подходит для управления вентилятором процессора?

Наилучший источник данных о температуре для управления вентиляторами процессора зависит от используемого оборудования системы охлаждения: температура процессора обычно подходит для вентиляторов воздушных кулеров и систем термозащиты, в то время как температура охлаждающей жидкости, как правило, предпочтительнее для вентиляторов систем жидкостного охлажения, поскольку она отражает фактическое тепловое состояние, которое радиатор пытается поддерживать, а не только мгновенную температуру кремния процессора.

При выборе корпусных вентиляторов, возможно, потребуется учитывать температуру процессора и видеокарты одновременно.

Постройте кривую зависимости скорости вращения вентилятора от температуры, а не от скачков.

Прекратите настраивать вентиляторы радиатора, отслеживая один показательный параметр температуры процессора.

Регистрируйте температуру процессора, температуру охлаждающей жидкости, температуру видеокарты, обороты вентилятора и температуру окружающей среды во время выполнения фактически используемых задач. Игры, рендеринг, компиляция и простое использование рабочего стола создают совершенно разные температурные режимы.

Затем настройте систему с учетом длительного воздействия высоких температур.

Если ваша текущая система жидкостного охлажения не отображает температуру охлаждающей жидкости, используйте температуру процессора с разумным сглаживанием. Если же она отображает температуру жидкости, протестируйте кривую работы радиатора с учетом охлаждающей жидкости и сравните не только пиковую температуру процессора, но и обороты вентилятора, уровень шума и стабильность в течение длительного времени.

И прежде чем менять оборудование, проверьте рекомендации ACEGEEK по охлаждению процессора и воздушному потоку, чтобы убедиться, что расположение радиатора, циркуляция воздуха в корпусе и мощность кулера не являются реальными ограничивающими факторами.

Более качественный источник сигнала от датчика ничего не стоит.

Иногда это лучшее улучшение системы охлаждения во всей сборке.