Z vedno višjimi omejitvami moči CPE-jev in grafičnih kartic ter novicami o čipih, ki dosegajo vrtoglave temperature, ki se pojavljajo skoraj vsak teden, se zdi, da je zdaj najboljši čas, da si zastavite preprosto vprašanje – koliko vroče je prevroče za današnje PC komponente?
Spodaj je referenčna točka za najvišje temperature, ki bi jih morali videti na strojni opremi vašega osebnega računalnika, vendar pravilen odgovor na to vprašanje ni tako preprost, kot si mislite. Poglejmo torej globoko v notranjost računalnika in poglejmo, zakaj se stvari med delovanjem segrejejo, kaj se zgodi z njimi, če se pregrejejo, in kaj lahko glede tega storimo.
Zbirna tabela najvišjih temperaturnih razponov
Preden začnemo iskati, zakaj se različni deli v računalniku segrejejo, je tukaj povzetek tipičnih najvišjih temperatur, ki jih boste verjetno srečali na potrošniškem trgu.
| Komponenta | Običajno najvišje temperaturno območje (°C) |
| procesorji AMD | 90 – 105 |
| procesorji Intel | 90 – 100 |
| AMD GPE | 95 – 110 |
| Nvidia GPE | 80 – 90 |
| Sistemski RAM | 85 – 95 |
| RAM grafične kartice | 90 – 100 |
| Trdi diski (HDD) | 50 – 70 |
| Pogoni SSD (SSD) | 85 – 95 |
Za posebne industrijske situacije so lahko meje veliko višje – na primer, RAM v avtomobilskih aplikacijah je lahko ocenjen na celo 130 °C.
Zakaj se komponente računalnika segrejejo?
Vsi računalniški čipi: CPE, GPE, DRAM, NAND flash itd. so izdelani iz več različnih materialov — polprevodnikov (npr. silicija), kovin (npr. bakra), keramike in plastike. Zaradi pretoka in shranjevanja električnega naboja skozi polprevodniške in kovinske plasti čipi delujejo, kot je predvideno.
Na žalost se bodo ti materiali uprli temu toku ali uhajanju shranjenega naboja, energija, ki jo prenaša naboj, pa se razprši kot toplota. In ker današnji čipi vsebujejo milijarde komponent, ki so vse povezane z vrtoglavim številom sledi, je količina izgubljene energije zaradi toplote precej velika.
Slika: Fritzchens Fritz
Različni materiali bodo absorbirali to toploto in temperaturo dvignili – koliko je to odvisno v celoti od materiala samega. Čisti silicij potrebuje manj toplote za zvišanje temperature kot enaka količina čistega bakra.
Če pustite, da se temperatura čipa dvigne, lahko pride do številnih težav. Upornost kovin se bo na primer povečala, ko bodo bolj vroče, medtem ko se bo upornost polprevodnikov na splošno zmanjšala. Na splošno se bo električno obnašanje naprave spremenilo, vendar inženirji preizkušajo svoje zasnove pri različnih temperaturah, da ugotovijo njeno območje delovanja. Preveč ali premalo, in čip bo naletel na resne težave.
Eden od pomembnih razlogov za ohranjanje temperature pod določeno mejo v CPE in GPE je puščanje. Procesorji, ki tečejo v vašem računalniku, vsebujejo milijarde tranzistorjev FinFET (druge komponente običajno uporabljajo MOSFET-je) in zaradi svojih mikroskopskih dimenzij električni naboj konča na mestih, kamor ne bi smel iti. Ko so stikala v izklopljenem stanju, tok naj ne bi tekel, vendar zaradi uhajanja majhna količina kaplja skozi.
Neskončne vrste tranzistorjev na efekt polja (FinFET). Slika: TSMC
Če to pomnožite z nekaj tisoč milijoni in končni rezultat je, da procesor porabi veliko več energije, kot bi moral. In na žalost, višja kot je temperatura, hujša je ta težava — eksponentno.
Zato obstaja jasno določena meja najvišje temperature. Želite se dobro držati stran od temperature, ki bi povzročila znatno puščanje, poslabšala druge stalne težave (npr. elektromigracija) ali povzročila fizične težave (razširitev kontakta, poškodba paketa).
Kakšna je najvišja temperatura za CPE in GPE?
Ko gre za procesorje, morate upoštevati nekaj stvari, ko gledate najvišje temperature, na katere so omejeni …
Intel uporablja dve temperaturni omejitvi za svoje procesorje za vsak model vsaj 10 let. Prvi se imenuje Tjunction ali Tj max. To je najvišja temperatura termičnega spoja, ki jo bo procesor dovolil, preden se vključijo sistemi za toplotno krmiljenje, da ponovno nadzorujejo toploto (znano tudi kot „toplotno dušenje”). To dosežemo z znižanjem hitrosti ure in v nekaterih primerih tudi napetosti.
Ta temperatura je dejansko v sredini samega čipa, vendar bodo sodobni procesorji imeli več senzorjev, ki bodo nameščeni okoli matrice, da to zabeležijo.
Drugi, Tcase, je bolj ciljna kot trda omejitev, saj je to najvišja temperatura, ki bi jo moral paket CPE (površina kovinskega razpršilnika toplote) idealno doseči, če se uporablja z ustreznim hladilnikom. CPE ne bo spremenil ničesar, ko deluje pri tej temperaturi.
Merjenje te temperature je lahko težavno, zato proizvajalci matičnih plošč vključijo enega ali dva senzorja v vtičnico CPE, da poskusijo oceniti, kako vroče je ohišje.
Če pogledamo nekaj primerov CPE-jev, lahko vidimo jasen vzorec – kljub povečanju števila jeder, hitrosti ure in porabe energije Intel še naprej določa Tcase 72 °C in največjo Tjunction 100 °C.
AMD uporablja podoben sistem za svoje procesorje, čeprav je največja pogosto nekoliko višja, pri 105 °C.
GPE-ji
Današnji grafični procesorji imajo ponavadi samo eno najvišjo temperaturo: Tjunction. To je zato, ker ima matrica neposreden stik s hladilnim sistemom, medtem ko so procesorji in veliko starejši grafični procesorji zaprti z razpršilnikom toplote ali drugim materialom (zato je potrebna vrednost Tcase).
Tako kot centralni procesorji imajo tudi grafične kartice več senzorjev, ki so razporejeni okoli matrice, sporočena temperatura pa je običajno le povprečje zabeleženih vrednosti – posamezni senzor poroča o najvišji vrednosti, včasih 15 stopinj ali več kot ostali čip, je deklarirana kot številka „vroče točke”.
Sodobni grafični čipi so redko pokriti z razpršilnikom toplote
Odvisno od prodajalca in modela bo termično dušenje (zmanjšanje frekvenc in napetosti) običajno temeljilo na vrednostih vseh temperaturnih senzorjev in ne na eni najvišji vrednosti.
Ker imajo grafični čipi običajno moč, ki je veliko višja od večine CPE, so temperaturne omejitve posledično nižje. Nvidijin GeForce RTX 4090 s 450 W TDP ima na primer največjo temperaturo 88 °C. Drugi modeli so nekoliko nižji od tega, vendar so vsi večinoma v oknu od 80 do 90 stopinj.
AMD GPE imajo pogosto višje vrednosti Tjunction kot Nvidia; nedavno predstavljeni Radeon RX 7900 XTX in nekateri njegovi starejši modeli imajo omejitve 110 °C. Za to ni nobenega posebnega razloga, bolj gre za to, da so inženirji tako zasnovali delovanje čipov.
To postavlja preprosto vprašanje: ali obstajajo v osebnih računalnikih kakšne naprave, ki lahko prenesejo višje temperature, ali je to splošna omejitev?
Kako se segrejejo druge komponente računalnika?
Oglejmo si še nekaj običajnih delov računalnika. Moduli DRAM na modulih DIMM in grafičnih karticah imajo podobne najvišje temperature spoja kot procesorji, pri čemer imata DDR4/5 in GDDR6/6X omejitve med 85 in 100 °C.
Čipi, ki se uporabljajo za sistemski pomnilnik, porabijo veliko manj energije kot gromozanski osrednji in grafični procesorji, zato bi si mislili, da bi se lahko spopadli z veliko višjo temperaturo. Vendar pa so majhni pomnilniški čipi vedno obdani z zaščitnim materialom, zato toplote ni tako enostavno odvesti.
Na srečo je zelo malo verjetno, da se bo DRAM, ki se uporablja za sistemski pomnilnik, kdaj tako segrel, vendar se lahko specializirani moduli za VRAM grafične kartice zelo segrejejo – ni nenavadno, da ob obremenitvi dosežejo 80 °C ali več.
Toda tako kot pri CPE-jih bodo še naprej popolnoma dobro delovali pri visokih temperaturah, dokler ne boste nenehno prekoračili meje.
Trdi diski so nasprotje silicijevih čipov. Zaradi potrebe po vzdrževanju zelo natančnih fizičnih toleran so veliko manj temperaturno robustni in bodo običajno imeli najvišje delovne temperature okoli 60 °C.
Pogoni Solid State (SSD) seveda nimajo gibljivih delov, zato imajo omejitve v skladu z drugimi polprevodniškimi napravami – 85 °C je skupni maksimum.
Bolj vroča strojna oprema
Doslej so bile vse zgoraj naštete komponente pod 110 stopinjami, vendar so v vašem računalniku naprave, ki lahko delujejo pri res visokih temperaturah. Moduli regulatorja napetosti (VRM), ki so nameščeni na matičnih ploščah in grafičnih karticah, zagotavljajo veliko toka pri fiksni napetosti in so precej obremenjeni z današnjimi procesorji.
Njihova temperaturna meja je resno visoka, nekateri imajo najvišjo delovno temperaturo 175 °C, čeprav je pogostejša 150 °C. Kot pri drugih delih, ki smo jih omenili, tudi ti v vsakodnevnem računalniku ne delujejo tako vroče.
In to je skoraj tako vroče, kot karkoli lahko pride v domači računalnik – med 100 in 110 °C za velike procesorje in 60 stopinj ali manj za posebne komponente.
Seveda se bodo stroji, ki delajo v specializiranih vlogah, morda morali soočiti s slabšimi okolji in se bodo zato morali spoprijeti s še višjimi temperaturami, vendar bodo opremljeni s komponentami, izdelanimi po meri, zasnovanimi tako, da bodo kos vsemu. Torej, ali to pomeni, da je slabo imeti čip, ki ves čas deluje blizu svoje temperaturne meje?
Zakaj je v redu (in ne) poganjati čip pri visokih temperaturah
Predstavljajte si, da imamo osebni računalnik, ki ima CPE in GPE, ki sta ocenjena na najvišjo temperaturo 100 °C, preden pride do toplotnega dušenja, pri normalni uporabi pa oba delujeta pri 90 °C. V nasprotju s tem, kar bi lahko pričakovali, je to povsem v redu – morda vam ni všeč ideja, da so čipi tako vroči, vendar so zasnovani za delovanje na tej ravni.
Lahko bi trdili, da je stalno delovanje blizu meje slabo za dolgoročno stanje procesorjev, vendar to ni nujno tako. Dokler naprave delujejo v določenem območju, visoke temperature ne bodo skrajšale življenjske dobe izdelka.
Odvisno je od kaj komponenta deluje pri teh temperaturah. Recimo, da je zadevna naprava CPE v prenosnem računalniku in opazite, da med igranjem na primer doseže 95 °C.
Čipi v prenosnikih imajo pogosto visoke temperature, vendar so zasnovani tako, da delujejo
Tako AMD kot Intel vam bosta povedala, da je to povsem sprejemljivo, saj bosta čipa spremljala stvari in se zaščitila pred poškodbami. CPU ne bo deloval tako stalno in kratki izbruhi visokih temperatur niso problem.
Če pa je čip med samo brskanjem po spletu ali opravljanjem kakšnega drugega lahkega opravila deloval pri 95 °C, je to lahko razlog za skrb. Razen če računalnik uporabljate v izjemno vročem okolju, taka temperatura ob upravljanju majhne obremenitve pomeni, da je s hlajenjem nekaj narobe.
Previsoke napetosti so bolj zaskrbljujoče kot toplota…
Kot kratko stransko opombo, previsoke napetosti so bolj zaskrbljujoče kot toplota, ker so meje tolerance manjše in napetost bolj vpliva na obnašanje polprevodnikov kot temperatura. In čeprav morda obstajajo zaščitni ukrepi za preprečevanje pregrevanja čipa, je le malo zaščite, ko gre za uporabo previsoke napetosti.
Glede na to, tudi če je povsem v redu ves dan teči pri denimo 90 °C, to še ne pomeni, ima biti takšen. Toplotna meja polprevodniških naprav običajno predvideva, da obstaja določena stopnja hlajenja – od preprostega mehanizma naravnega prenosa toplote, preko konvekcije in sevanja, do okolice, do uporabe velikega hladilnika in visokotlačnega ventilator.
Hladilniki zalog niso zasnovani za vzdrževanje zelo nizkih temperatur
Sčasoma postanejo aktivni hladilni sistemi manj učinkoviti, saj se toplotni materiali izsušijo, ventilatorji/hladilniki pa se zamašijo s prahom, kar zmanjša pretok zraka. Torej, če komponente že delujejo blizu svojih temperaturnih meja, se bodo zadeve samo poslabšale, razen če nekdo redno čisti stvari, da zagotovi optimalno hlajenje ves čas.
Lahko se zgodi tudi, da so na videz zelo visoke temperature, ki jih morda doživljate, v celoti posledica prej omenjenih težav. Imeti okno približno 10 stopinj, da se omogoči nadaljnje povečanje toplote, preden se začne dušenje, ni velika marža. Za navdušence nad osebnimi računalniki pušča malo možnosti za overclocking, saj bo delovanje čipa s takti, višjimi od privzetih vrednosti, skoraj vedno povzročilo višje delovne temperature.
Torej, čeprav dejansko ni slabo ves čas teči blizu meje, obstajajo prednosti, če se temu izognete, če se lahko.
Hitri nasveti za boj proti vročini
Kaj lahko storite glede tega, če imate v notranjosti računalnika visoke temperature?
Za začetek se prepričajte, da spremljate številke vseh komponent, ne samo ene od njih. Tako boste lahko videli, ali imate težavo s toploto v celotnem sistemu ali pa je izolirana od enega samega elementa. Eden najboljših programov za to v sistemu Windows je HWiNFO64 — je brezplačen in prepozna toplotne senzorje v številnih čipih in drugih napravah.
Če se obrnemo na CPE, so standardni hladilniki CPE povsem v redu za to, kar so, vendar niso zasnovani za hiter prenos velikih količin toplote. Naložba v kakovosten hladilnik je pomembna, še posebej, če uporabljate sodobne vrhunske čipe AMD ali Intel, ki imajo precej visoko moč.
Sodobni zračni hladilniki so prav tako dobri kot večina zaprtozančnih vodnih sistemov, vendar so slednji bolj kompaktni in radiatorji olajšajo prenos toplote iz ohišja računalnika.
Grafične kartice so vnaprej opremljene s hladilnikom in zbirko ventilatorjev, in čeprav jih je mogoče zamenjati z nečim bolj učinkovitim, je bolje, da najprej poskrbite za dober pretok zraka okoli kartice.
Če to ni mogoče ali je tako dobro, kot ga že lahko dobite, potem je vredno razmisliti o znižanju ravni moči na kartici – delovanje GPE pri 75 % običajne moči ne bo toliko vplivalo na zmogljivost, vendar bo temperatura močno padla. bit.
| Omejitev moči | GPE temperatura (°C) | Vroča točka (°C) | Povprečni FPS | Max FPS |
| 100 % | 70 | 85 | 93 | 131 |
| 90% | 69 | 84 | 93 | 127 |
| 80 % | 67 | 82 | 93 | 126 |
| 70 % | 63 | 78 | 92 | 126 |
| 60 % | 59 | 73 | 91 | 121 |
| 50 % | 55 | 68 | 90 | 113 |
Z uporabo Dying Light 2 in GeForce RTX 2080 Super lahko vidimo vpliv, ki ga ima znižanje največje omejitve porabe (z uporabo MSI Afterburner) na temperaturo GPE in splošno zmogljivost. Druge igre bodo očitno dale drugačne rezultate, vendar kaže, da je precej enostavno zmanjšati raven toplote v vaši grafični kartici, če vas ne moti zmanjšanje hitrosti sličic.
Vsi grafični procesorji vam tega ne bodo dovolili, na primer tisti v prenosnikih, in v takšnih primerih je vredno razmisliti o omejitvi FPS (če ima igra to možnost), uporabi vsync ali znižanju ločljivosti/nastavitev grafike, da omogočite GPE lažji čas stvari.
Ni nujno, da so ohišja namizja ogromna, da nudijo dobro hlajenje. Slika: Robeywankenobi
Najboljši način za nadzor temperature je zagotoviti ustrezen pretok zraka čez komponente in čim lažji izhod zraka iz sistema. Za namizne računalnike to pomeni, da izberete primerno ohišje in ga opremite s kakovostnimi ventilatorji. Uporabniki prenosnih računalnikov nimajo tega razkošja, zato naj bodo čim bolj čisti in jih vedno uporabljajte na ravni površini, da zagotovite, da zračniki nikoli niso blokirani.
Če imate kakšne odlične namige ali nasvete o ohranjanju nizke temperature računalnika, obvestite druge bralce v spodnjem oddelku za komentarje.
Zasluge za impresum: Cristiano Firmani