В предыдущих сериях мы рассматривали общие тенденции трансформации компоновки ПК для последующей оптимизации охлаждения. Сегодня мы рассмотрим конкретный пример реализации минимально возможного ПК с дискретной видеокартой с частично пассивным отводом тепла. С картинками.

Во-первых, для начала поставим спецификацию. Мы хотим иметь играбельный ПК (1080р high) в самых возможно минимальных физических размерах, с минимальным шумом. Другими словами сделать тихий игровой неттоп из стандартных комплектующих. Критерии

1. Не менее 40 fps на Shadow of Tomb Raider 1080 high встроенный benchmark
2. Все комплектующие должны быть доступными на рынке в доступном сегменте цен.
3. Шум от ПК idle не должен заметным образом отличаться от шума при интенсивной нагрузке. Короче, идеально его быть не должно.
4. Комплектация должна быть минимизирована по стоимости и размерам (идеально - игровой неттоп).

Итак, исходя из необходимости уменьшения шума, было выяснено, что максимальный шум при графической нагрузке создаёт вентилятор(ы) видеокарты. Вообще, это не новость, так оно и ожидалось. Самым тихим оказался вентилятор процессора, который работает даже тише корпусного вентилятора.

Поэтому, от корпусного вентилятора и вентилятора видеокарты было решено отказаться полностью. Это означало пассивное охлаждение как корпуса так и видео. В свою очередь, это означало ограничение видеокарты по tdp до 100 ватт. Пассивно охлаждать 100 ватт - это фактически предел того, чтобы охлаждение не стало заметно дорогим. 

Раз мы минимизируем размер, то за стандарт был принят mini-itx формат материнской платы. Были рассмотрены и более экзотические мини-форматы, там тоже возможно построение полноценного компьютера на дискретном видео, но они несколько ммм... специфичны.

Был рассмотрен опыт мировых лидеров в этой области и самой продвинутой реализацией была признана модель Minibox3 Pro

Изюминка этой модель в том, что она охлаждает по 100 Ватт на каждую из сторон, причём пассивно. После разбора принципа, как они дошли до таких впечатляющих результатов, было выявлено, что решающим при пассивном охлаждении является не отвод тепла, а его распределение по радиатору. 

И что повышая, таким образом, КПД радиатора, можно достигать приемлемых градусов на чипе. И если мы используем алюминиевый радиатор, то до того, чтобы попасть на него, тепло должно быть распределено более теплопроводящим материалом.

Из доступных - это медь. Раз мы выбрали мини-itx (170х170), то размер радиатора автоматически попал в 200 на 200. Был приобретён такой радиатор (0.58K/W, 250 x 200 x 25mm)

0.58K/W - это его тепловое сопротивление, которое означает, что объект с тепловыделением 100 Ватт он обязуется охладить на 58 градусов. Ну, будет стараться, по крайней мере.

К нему была подобрана медная пластина 100х150х2мм для распределения тепла.

Поскольку мы ограничены в питании 100 ватт мы не можем брать видеокарты старого разлива, которые слабо энергоэффективны. К тому же энергоэффективность карт АМД Радеон пока не позволяет их использовать в этом проекте. 

Использование MXM (фактически мобильных) моделей отпадало по задаче широкой доступности комплектующих.

Таким образом, осталось три возможных модели - nvidia gtx 1030, 1050(ti), 1650.

Первые две не подходили по производительности, оставалась gtx 1650. Она подходила и по тестам и по tdp (60 ватт). Дополнительным преимуществом этой карты было то, что она не требовала доп питания и упрощала конструкцию.

При рассмотрении всех доступных моделей gtx 1650 было выявлено, что для пассивного охлаждения (то есть, когда мы снимаем с карты вентилятор) рационально не снимать её радиатор, а крепить его напрямую к основному радиатору. При этом важно наличие плоской максимальной верней поверхности родного  радиатора. Таковой обладали карты с конфигурацией радиатора типа "подсолнух".

Стоимость новой gtx 1650 от 200 CAD. DELL ставит такие карточки на начальные модели Alienware, а народ их потом меняет на нужные модели видео, а 1650 сплавляет на вторичке. И вот такую карту мне удалось приобрести за 140 CAD месяц назад.

Страшненькая, но зато с подсолнухом, как мне и надо. И, что главное, очень маленькая по размерам.

По корпусу был проведён смотр китайпрома и выбрана mini-itx модель Realan'a чёрного цвета. Его преимуществом стали вес - он литой - алюминиево-магниевый сплав (ну почти как у БМП :) и в перспективе возможность двусторонней компоновки.

Скажу сразу, компоновку было принято решение оставить односторонней - размеры видеокарты позволяли.

По поводу процессора рассматривались варианты Athlon 200G, G4560, R3 2200G, i5-8400. Сразу скажу, для перестраховки, процессоры с tpd 65 (последние два) были отклонены. Задуманная компоновка оставляла процессор внутри конструкции и тащить оттуда 65 ватт тепла беззвучно не так просто. 

Тем более, что производительности первых двух для постановки задачи хватало полностью. Поэтому из двух равных был выбрал Атлон. Почему? Мне лень было переставлять Интел материнку из другой системы а АМД материнка лежала свободная.

Вот она и пошла в китайский корпус. В целом схема была выбрана следующая

И был приобретён raiser cable для видео карты.

Также на Атлон с tdp 35 ватт был поставлен wraith stealth кулер от Ryzena 65 ватт tdp, чтобы он не выходил на взлётные режимы при охлаждении процессора. 

К тому же, вентилятор был перевёрнут вверх ногами, чтобы он не вдувал горячий воздух в плату, а отводил его наверх. Схема вентиляции получилась такая.

Чтобы облегчить вывод воздуха наружу, между радиатором и корпусом были поставлены медные стоики, которые образовали щель между радиатором и корпусом и также отводили тепло на корпус. 

В результате суточного теста 100% GPU и 100% CPU были получены следующие значения: на CPU 54-55C, на GPU 75-77C, на радиаторе 65-55С в зависимости от местоположения (в центре больше, по углам меньше) 

Воздух, проходя через щели в корпусе, попадал в щели охладителя процессора, где, нагреваясь до 55С его выбрасывал на видеокарту вентилятор процессора.

Для видеокарты, работавшей при 77С, воздух при 55С был холодным воздухом, и он дополнительно снизу охлаждал видео и покидал корпус через щели. Получилась удивительно удачная и эффективная по охлаждению конструкция.

Тесты на 1080 показали 49 fps average при высоком качестве и 38 fps  при самом высоком качестве, что явилось приятным сюрпризом. Я немного грешил на процессор, потянет ли он. В тесте на самом высоком качестве, самый минимальный fps был 29. Это означает, что в принципе это играбельно, но лучше всё-таки процессор потом поставить помощнее на 65 ватт. 

Но в целом конструкция вполне интересная. Вот фотографии.

Пока застрял в Китае провод - и не очень то его хочется торопить. Работает и без него. Обойдёмся пока. 

Запитана вся эта конструкция от внешнего блока питания 12 вольт 250 ватт через нано-ПК адаптер 260 ватт. 

Ценник (CAD):
Корпус - 55 (али)
Радиатор - 60 (профильный сайт)
Медная пластина - 16 (амазон)
Видео - 140 (вторичка)
Материнка Gigabyte AORUS - 165 (newegg.ca)
БП 12 вольт 250 Ватт - 50 (али)
нано БП 260 Ватт - 26 (амазон)
Атлон 200G - 75 (newegg.ca)
TeamForce 16Gb(8x2 dual channel) - 80 (newegg.ca)
Toshiba 128Gb NVMe - 56 (newegg.ca)

Итого  723 CAD ~ 40 000 руб

Да, шума от этого парня я так и не услышал - только если специально прислушиваться и подносить ухо к корпусу. Возможно, когда я поменяю Атлон на более мощный процессор, шум, может, и появится.

Ну, как-то так. Здоровья нам и нашим близким. И всех благ.