Vapor Chamber, Downdraft och Blower Style Grafikkortkylning - förklaras

Under de senaste åren har vi sett en exponentiell ökning av grafikkortens prestanda i både spel- och professionella applikationer. Med förbättringar av arkitekturer och interna komponenter är grafikkort nu snabbare än någonsin och kan hantera även de mest krävande uppgifter som man kan kasta på dem med dagens teknik. Alla dessa förbättringar har gjort det möjligt för moderna grafikkort att hantera extremt krävande uppgifter som 8K och 4K-spel med hög uppdateringshastighet.

Dessa förbättringar har dock inte kommit utan deras rättvisa andel av nackdelarna. En av de viktigaste är den exponentiella ökningen av kraftuttaget som vi har sett under de senaste åren. Kraftuttaget för spelgrafikkort har sakta men stadigt ökat under det senaste decenniet, vilket har lett till dagens grafikkort som har TDP-värden på över 300 watt (ganska annorlunda än annonserade TBP-betyg). Faktum är att det genomsnittliga kraftuttaget för grafikkort under det senaste decenniet visar ett intressant mönster. Kraftuttaget på kort var högt i början av decenniet på grund av ineffektiva arkitekturer, men senare blev de flesta grafikkort mycket effektivare i sitt jobb. Numera ser vi ytterligare en ökning av det genomsnittliga antalet dragkrafter för grafikkort.

Beviljas att dagens kort är mycket effektivare än för fem år sedan, men de kräver fortfarande mer kraft från väggen än de äldre korten. All den här kraften som går till kärnan ökar verkligen kortets prestanda, men det ökar också driftstemperaturerna för GPU, vilket verkligen är något som måste kontrolleras. Under de senaste åren har vi fått sätta allt större och större kylare på grafikkorten för att bekämpa detta problem.

Förbättringar i kylning

Med ökande kraftuttag och därefter ökad värmeeffekt har grafikkorttillverkarna tvingats improvisera med situationen för att övervinna detta problem. Borta är de små, läckra grafikkorten som kunde ha kylts passivt med en enda liten kylfläns. Tidigare hade även avancerade grafikkort en enda fläkt över en liten kylfläns och det räckte för att effektivt leda bort värmen från det kortet. Nuförtiden kan man inte ens tänka på ett mellanklass eller rimligt avancerat grafikkort som ska kylas med en fläktkonfiguration.

Dagens grafikkort har massiva kylflänsar med 3 spår med stora fläktklädsel som rymmer 3 fläktar för det mesta. Även om dubbla fläktmodeller också är ganska vanliga på marknaden, kämpar de för att hålla temperaturen i kontroll för alla kort som är rimligt strömkrävande. De flesta avancerade varianter av moderna grafikkort har också sju eller åtta förnicklade kopparrör som tar bort värmen från de värmegenererande komponenterna och sprider den jämnt genom kylflänsmatrisen. Fläktteknik har också kommit långt, med moderna fläktar utrustade med flera sensorer som ändrar deras beteende beroende på GPU: s temperatur.

Det är därför ganska intressant att jämföra de kylningslösningar som används av grafikkort från tidigare med de som används idag.

Olika metoder för kylning

Allt som allt finns det tre huvudmetoder för kylning som används av moderna grafikkort, det vill säga kylning i fläktstil, nedluftkylning utomhus och ångkammarkylning. Följande är fördelar och nackdelar med var och en.

Fläktkylare

Fläktkylaren är den mest grundläggande och mest barebones stil av kylning som finns i dagens grafikkort. Detta är också den billigaste kylaren att tillverka och levererar därför den värsta termiska prestandan av alla olika metoder för kylning av ett grafikkort. Fläktkylare var kylarna som använts av Nvidia och AMD för deras referenskonstruktionsgrafikkort under lång tid, men för den senaste generationen grafikkort har båda tillverkarna släppt blåsarkylare till förmån för de mer effektiva dragkylare. Kylare i fläktstil har antagligen nått slutet av sin livstid, även om några exempel fortfarande tillverkas för användning i förbyggda och SI-system.

Grafikkort med fläktdesign förlänger plasthöljet runt kylflänsen och lämnar inga mellanrum mellan kretskortet och höljet på sidorna såväl som på kortets övre och nedre del. Den enda vägen för luft är att tvingas rakt över kretskortet mot grafikkortets baksida där det finns strategiskt placerade ventilationshål på I / O-fästet. En enda liten fläkt suger upp den omgivande luften och tvingar den i höga hastigheter genom kortet som matas ut rakt ut från kortets baksida. Luften passerar över den integrerade kylflänsen och kretskortkomponenterna medan den tar sig igenom kortet och kyler därmed komponenterna som den kommer i kontakt med.

Den största fördelen med fläktkylning är att den är ganska billig att tillverka och därför finns på många varianter av grafikkort på nybörjar, inklusive de flesta referensdesigner som AMD och Nvidia har släppt genom åren. En annan fördel med fläktkylare är att de driver ut all sin värme direkt ur höljet istället för att släppa den i höljet och därmed värma upp andra komponenter som din CPU. Detta kan vara särskilt användbart i små formfaktorfall och datorer med felaktigt konfigurerade luftflödessystem.

Nackdelarna med fläktkylare är dock flera. Kylare i fläktstil är höga och heta, och de är ganska ineffektiva i sin funktion. I genomsnitt skulle en blåsartad variant av ett grafikkort producera mycket högre temperaturer än jämförbara nedåtgående varianter om de testades under samma förhållanden. För att kompensera för denna brist på kylkraft måste fläktkort köra sina fläktar i exceptionellt höga hastigheter. Detta resulterar i en otroligt hög ljudprofil som ivrig PC-entusiaster definierar som "en jetmotor som gör sig redo att ta av". Det är säkert att säga att du inte får ett blåsarkort om du vill spela på ett smygande sätt.

Utomhus Downdraft-kylare

Nedåtriktning eller "utomhus" -stil för kylning är den absolut vanligaste och vanligaste kyllösningen som används i dagens grafikkort. Downdraft-kylare erbjuder i allmänhet bättre termisk och akustisk prestanda än fläktformade kort, men det finns några saker som måste komma ihåg när du använder en utomhuskylare.

Downdraft eller friluftskylare använder sina fläktar för att ta in luften inifrån din PC-fodral och trycka sedan den rakt ner genom den stora kylflänsen av metall för att avleda värmen från komponenterna. Friluftskylare är så kallade på grund av deras relativt öppna fläkthölje som är öppet från sidorna och baksidan, vilket gör att luften kan passera fritt från kortet till det inre av höljet samt utsidan av höljet genom ventilationshål. Huvudkonceptet för downdraft-kylarna är detsamma som fläktkylarna: Luft sugs in av fläktarna och skjuts över kylflänsen som kommer i kontakt med de värmegenererande komponenterna. Effektiviteten med vilken frilufts- eller nedåtriktade kylare utför denna uppgift är ofta mycket större än jämförbara applikationer i fläktstil.

Den största fördelen med utomhusdesignen är dess förbättrade prestanda jämfört med korten i fläktstil. Dessa kylare skjuter en stor volym luft över kylflänsarna och maximerar därför värmeavledningen från kortets interna komponenter. Dessutom är kylflänsen i sig ofta mycket större i storlek på grund av den 2,7 eller till och med 3-slotskonfigurationen som moderna kort finns i. Mellanklassvarianter av grafikkort har ofta två fläktar, medan premiumvarianter nästan alltid har tre fläktar som hjälper underlätta värmeavledning. Downdraft-fläktarna är också mycket tystare och pålitligare än fläktar.

Det finns också ett par nackdelar med denna design. För det första är många av nedåtriktade friluftskylare dyrare än basfläktvarianterna när det gäller en viss grafikkortuppställning. Ett annat viktigt problem med denna design är att all varmluft från GPU: n dumpas direkt i ditt fodral, vilket kan leda till en temperaturökning i andra komponenter. Därför rekommenderas det att ha ett utmärkt luftflöde inuti fodralet med korrekt konfigurerade fläktar om du vill använda en dragkylare. Det skulle vara bäst att undvika dessa kylare i ett litet formfaktorfall eller en relativt kompakt byggnad. Om du vill ha några rekommendationer för bästa fall med hög luftflöde 2021, du kan få dem direkt här.

Vapor Chamber Cooler

Vapor Chamber-kylare är mycket mindre vanliga i moderna grafikkort på grund av deras relativa komplexitet men är fortfarande en intressant kylningslösning. En ångkammare är en tunn, relativt platt platta som används för att sprida värme över en bred yta. Vanligtvis appliceras en fenstapel direkt på ångkammarens yta för att öka ytarean och förbättra värmeavledningen. Ångkammaren i sig är en ihålig, vakuumtät kopparplatta. Ångkammaren är direkt i kontakt med värmekällan, till exempel GPU, som är känd som förångaren i denna konfiguration.

När förångaren värms upp, förångas vätskan i veken till en gas. Den heta gasen expanderar sedan för att fylla insidan av kammaren och når den svalare ytan. Vid kontakt med den svalare ytan kondenserar gasen igen, därför kallas den svalare ytan kondensorn. Den kondenserade vätskan återförs sedan till förångaren genom veken för att fortsätta cykeln.

Medan metaller som koppar och aluminium är bra för att leda värme, är de ofta inte den mest effektiva metoden för att göra det. En fasförändring är en övergång från en form av materia till en annan, till exempel från vätska till gas och vice versa, och den typ av kylning som använder denna teknik är känd som fasförändringskylning. Ångkamrar kan överföra en stor mängd termisk energi genom att genomgå en fasförändring.

Alternativt skulle det vara möjligt att bara använda ett fast kopparblock för att utföra en liknande uppgift men den designen skulle vara mycket tyngre och dyrare att producera än en ihålig ångkammare. Det skulle också vara långsammare än en ångkammare. Denna minskning av hastigheten för värmeöverföring skulle också påverka GPU: s prestanda eftersom den skulle behålla mer värme. Heatpipes är det andra alternativet till ångkammarkylning och de används i stor utsträckning i nedåtriktade friluftskylare som nämnts tidigare.

Vilken ska du välja?

Medan alla tre kylare har sina för- och nackdelar, finns det verkligen ett självklart val när det gäller moderna grafikkortkylningslösningar. De flesta vanliga konsumenter skulle ha det bättre att köpa en anständig nedåtriktad utomhuskylare eftersom den erbjuder det bästa valet när det gäller termisk prestanda samtidigt som det är relativt överkomligt. Olika AIB-partners släpper flera olika modeller för en enda GPU och till och med Nvidia och AMD har nu släppt fläktkylarna till förmån för mycket effektivare utomhuskylare för den senaste generationen grafikkort.

Ångkamrar är en intressant och unik applikation, men deras faktiska användning i moderna grafikkortkylningslösningar är ganska ovanlig nuförtiden. De användes i AMDs referensgrafikkort under en längre tid i kombination med en fläktkylare, men startade aldrig riktigt därifrån för att bli vanliga kyllösningar. Fläktkylare närmar sig också slutet på sin livstid eftersom fler och fler AIB-partners släpper överkomliga grafikkortvarianter utomhus med utmärkt kylning och akustisk prestanda till ett överkomligt pris.

Det finns dock ett område där fläktkylare fortfarande är vanliga. Storskaliga systemintegratörer eller SI: er som Dell, HP och Lenovo använder denna typ av kylning för sina grafikkort eftersom det är en relativt billig enhet att skaffa och det driver ut all värme direkt utanför fodralet så att insidan av fodralet gör det inte gradvis värmas upp med grafikkortet. Förbyggda köpare bryr sig ofta inte mycket om temperaturen och akustiken på deras grafikkort, så den här applikationen är perfekt för det förbyggda ekosystemet. När det gäller DIY-PC-byggare 2021 bör de bara hålla sig till utomhuskylare eftersom de har flera fördelar och blir billigare och bättre dag för dag.