Железный эксперимент: как правильно наносить термопасту

О влиянии термопасты

Конечно же, умеете! Нанести термопасту на процессор — это очень просто. Сей тривиальный процесс легко описать одной короткой фразой: берешь и наносишь. Однако я задался вопросом: влияет ли способ нанесения термоинтерфейса на эффективность охлаждения чипа. Как всегда, проведем небольшой эксперимент.

У некоторых пользователей есть сомнения по поводу того, что между процессором (телом, выделящим тепло) и основанием системы охлаждения (телом, забирающим тепло) вообще необходима проводящая прослойка. Мы знаем, что теплопроводность меди — чаще всего основание любого кулера выполнено именно из него — составляет 401 Вт/м*К. Высокий показатель, поэтому большинство систем охлаждения и выполнены из этого цветного металла. Теплопроводность самой дешевой термопасты КПТ-8, в свою очередь, равна 1 Вт/м*К. Это что же получается? Появление такой прослойки только ухудшит эффективность охлаждения? На практике все происходит с точностью до наоборот. В мире не существует процессоров и кулеров с идеально ровными поверхностями. Микротрещины, полости и откровенный брак при производстве — все эти дефекты «сглаживает» термопаста. В противном случае туда попадет воздух, теплопроводность которого при температуре 25 градусов Цельсия равна 0,0262 Вт/м*К, а при температуре 70 градусов Цельсия — 0,0292 Вт/м*К.

Основания кулеров зачастую имеют разную форму. Иногда это баг, иногда — фича. Например, подошвы кулеров Noctua имеют специальную волнистую поверхность. Или вот водоблоки референсных «водянок» компании ASETEK получили ярко выраженную конусообразную форму. Наконец, наверняка многие знают про компанию Thermalright, а заодно про то, как в свое время преображались ее кулеры после ручной притирки и полировки основания. В общем, примеров — масса.

С некачественным нанесением термопасты по долгу службы я сталкиваюсь постоянно. Например, при изучении «внутренностей» ноутбуков то и дело встречаешь откровенно пофигистское отношение к этому несложному процессу. Понятно, что конвейерная сборка, и никто особо не будет заморачиваться над этим процессом. Однако не секрет, что лэптопы наиболее подвержены перегреву. Часто смена/обновление термоинтерфейса вкупе с бережным нанесением пасты существенно снижает температуры процессора и видеокарты. Они не троттлят, увеличивается производительность ноутбука.

Низкокачественную термопасту реально встретить даже под крышкой центрального процессора. Там, куда неопытному пользователю лучше вообще не забираться. Наиболее остро проблема проявляется в чипах Intel. С выходом поколения Ivy Bridge в 2012 году вместо припоя производитель начал использовать дешевую термопасту сомнительного качества. В итоге процессоры стали греться сильнее, но хуже разгоняться. Печальнее всего дело обстоит в чипах семейства Haswell. В них используется откровенно посредственный термоинтерфейс TIM (Thermal Interface Material). Он быстро засыхает. В итоге топовым чипам, таким как Core i7-4770K, требуется серьезное охлаждение, а для оверклока — исключительно суперкулер или СВО.

Избавиться от TIM в процессорах Intel реально лишь одним способом — при помощи скальпирования. Предупреждаю: подобное действие опасно, так как чип может выйти из строя. К тому же с устройства полностью снимается вся гарантия. И все же удаление высохшей термопасты с последующим нанесением жидкого металла кардинальным образом улучшает ситуацию. Core i7-4770K после скальпирования переродился, он стал холоднее на (!) 22 градуса Цельсия. Плюс в разгоне показал себя как настоящий оверклокерский процессор. Подробно о скальпировании процессоров Haswell и Skylake я уже писал.

Как видите, недооценивать значимость термопасты в системе нельзя. Наверное, именно поэтому в продаже находится большое количество всевозможных паст. В основном их выпускают те же фирмы, которые производят кулеры. Естественно, качество и эффективность охлаждения у той или иной продукции различается. Я уже писал, что теплопроводность КПТ-8 (кремнийорганическая паста теплопроводная) равна 1 Вт/м*К. Эффективность «Алсил-3», основанной на базе оксида алюминия, составляет примерно 1,6-1,8 Вт/м*К. Есть еще термопасты, в основе которых используется оксид серебра. Они обладают теплопроводностью на уровне 7-8 Вт/м*К. У моего любимого жидкого металла — 70-80 Вт/м*К, но его нельзя использовать при соединении двух металлических поверхностей. Вызовет реакцию с необратимыми последствиями.

Ниже приведено сравнение эффективности охлаждения дешевой КПТ-8 с дорогой Noctua NT-H1. В стенде использовался процессор Intel Core i7-5960X (обзор), функционирующий на частоте 3,5 ГГц. Более дорогой интерфейс ожидаемо оказался эффективнее более дешевого. Приблизительно на семь градусов Цельсия. С одной стороны, разница небольшая. Особенно с учетом стоимости грамма вещества. С другой стороны, иногда именно этих шести-семи градусов достаточно для обеспечения более стабильной работы компьютера. Так что на термопасте лучше не экономить.

Ниже приведена условная стоимость грамма той или иной термопасты. Как правило, тюбика на 3-4 грамма хватает на 4-5 раз. Если рационально использовать продукт, конечно же. Впрочем, именно для этого мы здесь и собрались.

Тестирование

Для эксперимента я использовал мощный центральный процессор Core i7-5960X с TDP 140 Вт. Частоту для всех восьми ядер зафиксировал на стабильной частоте 3,5 ГГц при напряжении VCore 1,05 В. Охлаждала чип необслуживаемая система водяного охлаждения Corsair H110i GT (обзор). Частота вращения вентиляторов аналогичным образом фиксировалась строго на частоте 550 об/мин. Температура помещения составляла 24,5 градуса Цельсия.

Главным героем эксперимента стал 125-граммовый тюбик народной (читай — самой дешевой) термопасты КПТ-8. После каждого нанесения интерфейса поверхности процессора и кулера обезжиривались. Затем процедура повторялась. Нагружал тестовый стенд программный пакет LinX 0.6.5. Каждый тест длился 15 минут.

Так как правильно наносить термопасту? На примере тех же сборщиков ноутбуков мы видим, что этому моменту не придается никакого значения. Может и не надо? Существует мнение, что единственно правильным методом является равномерное нанесение термопасты по всей площади теплораспределительной крышки центрального процессора. Такой способ гарантирует наличие прослойки интерфейса во всех местах между подошвой кулера и чипом. Лично я придерживаюсь именно этого метода. Назову его «классикой».

Второй распространенный метод — нанесение капли пасты по центру крышки чипа. По идее кулер сделает всю остальную работу за вас, а именно во время прижима равномерно распределит термоинтерфейс между основанием и теплораспределительной крышкой «камня».

А что насчет других способов? Процессор внешне имеет квадратную или прямоугольную форму, но непосредственно кристалл, находящийся под теплораспределительной крышкой, бывает разный. Я уже приводил в качестве примера скальпированный Core i7-4770K. У него кремниевый чип имеет ярко выраженную прямоугольную форму. На самом деле, такой «камень» очень тяжело охлаждать, что и показывает практика. Кристаллы Skylake скорее стремятся к квадратной форме. Haswell-E, используемые в этой статье, — тоже. Поэтому к «классике» и «капле» добавлено еще шесть методов нанесения. Большинство — забавы ради.

Впрочем, результаты получились вполне серьезные. Сильнее всего процессор нагрелся при способе под названием «Горизонтальная полоса». С этим же методом зафиксирован максимальный показатель нагрева одного из ядер — 79 градусов Цельсия. Меньше всего чип грелся при схеме под условным названием «Плюс». Однако разница между худшим и лучшим результатами составила всего 2,5 градуса Цельсия. Подобный итог наталкивает на единственно возможный вывод: особо заморачиваться над нанесением пасты на крышку процессора нет никакого смысла. Наиболее распространенные методы — «Классика» и «Капля» — заняли третье и четвертое места соответственно.

Более наглядно результаты тестирования отображены на графике ниже.

В заключение

И победителем становится…

Вот что «крест животворящий» делает! Он же «Плюс». Статья — шуточная, но, как известно, в каждой шутке есть доля правды. Термопаста для компьютера — это важно. Эксперимент показал, что не только качество интерфейса сказывается на эффективности охлаждения, но и метод нанесения. Однако будем честны: разницу в 2,5 градуса Цельсия между лучшим и худшим способами при всем желании не назовешь существенной. Поэтому наносите пасту так, как вам того хочется. Главное — не переборщите с количеством.

Как видите, многое в этом вопросе зависит и от качества кулера. Крепеж Corsair H110i GT обеспечивает надежный и сильный прижим основания к процессору. Подошва ровная. Поэтому при любом способе нанесения термопаста более-менее равномерно распределяется по поверхности теплораспределительной крышки процессора. И на эффективности охлаждения тот или иной способ практически не сказывается.