Как уходили кумиры: история системы охлаждения на базе жидкого металла от компании Sapphire

Вскоре после появления первых видеокарт Radeon X850XT на рынке в Сети и, в частности, на сайте Sapphire появилась информация о готовящейся к выходу видеокарте Radeon X850XT PE серии Blizzard. Изюминкой видеокарты должна была стать система охлаждения, назвать которую обычным кулером язык не поворачивается.

Кулер разработан компанией NanoCoolers и являет собой эдакий продукт конверсии. В нём применён тот же принцип, что и в системах первого контура охлаждения ядерных реакторов.

Принципиальное отличие системы заключается в использовании в качестве хладагента жидкого металла. В ядерной энергетике для этих нужд применяют жидкий натрий, а что использовано в системе Liquid Metal Cooling Loops – неизвестно. Однако преимущество очевидно: жидкий металл имеет намного (более чем в 65 раз) большую удельную теплоёмкость, температура кипения (то есть состояния, в котором хладагент больше не может отнимать энергию у охлаждаемого объекта) равна 2000 градусам. Таким образом, теплоёмкость больше не является сдерживающим фактором (а именно на этой теме сломаны тонны копий на специализированных форумах, где обсуждалось, что лучше: вода, тосол, компрессорное масло и т.д.). Заметим, что сдерживающим фактором в применении систем водяного охлаждения для особо «горячих» видеокарт является то, что при температурах от 100 градусов вода в водоблоках банально закипает, и система больше не справляется с охлаждением. А 100 градусов на ядре, судя по отзывам на форумах, встречается не так уж и редко. Однако вернёмся к NanoCoolers.

Система на удивление проста. Она состоит из теплообменника, радиатора для охлаждения металла, электромагнитной помпы и соединительных трубок, а также всякой периферии типа вентилятора, корпуса и т.д.

Электромагнитная помпа имеет очень простое строение, а главное – она не содержит движущихся частей и, как следствие, абсолютно бесшумна. Принцип её работы следующий. Так как жидкий металл – проводник, в действие вступает эффект Лоренца. Общий смысл эффекта таков: приложение постоянного тока к проводнику в магнитном поле вызывает смещение проводника под действием силы с вектором, направленность которого определяется по правилу правой руки. Помпа состоит из внешнего магнита, создающего поле в канале с металлом, и двух электродов, расположенных перпендикулярно линиям напряженности поля. Подавая напряжение на электроды, помпа заставляет массу металла двигаться в заданном направлении. Так как контур полностью заполнен и замкнут, движение массы осуществляется безостановочно. Изменяя силу тока на электродах, можно изменять интенсивность потока. По сути, это тот же электродвигатель, только электромагнитное поле движет не ротор, а проходящий сквозь него металл. Схема действия эффекта Лоренца такова:

Теплообменник (Cold Plate) устанавливается на источник тепла (в данном случае – графический процессор). Его задача – максимально быстро и эффективно передать энергию с охлаждаемой поверхности в хладагент (жидкий металл). Теплообменник содержит несколько внутренних каналов, чтобы увеличить площадь теплообмена между ним и жидким металлом. При этом, учитывая выдающиеся термические характеристики жидкого металла и его текучесть, нет нужды в создании замысловатой структуры теплообменника, достаточно нескольких обычных каналов (хоть та же «змейка»). Благодаря этому резко снижается сопротивление потоку, что приводит к снижению требований к мощности помпы (гидродинамическое сопротивление – один из злейших врагов водяного охлаждения).

Второй теплообменник, позволяющий охладить жидкий металл, может быть нескольких видов, в зависимости от выделяемой мощности. Это может быть обычный радиатор, который будет отдавать тепло воздуху конвекционным путём или с помощью продува вентилятором. Это может быть радиатор с установленным на нём элементом Пельтье (термоэлектрическим охлаждающим элементом). Ну и наконец, это может быть радиатор, подключённый ко второму контуру охлаждения. В таком случае получится уже каскадная система охлаждения. Кстати, именно такая система применяется на ядерных реакторах.

Преимущества такой системы охлаждения:

• очень низкое термическое сопротивление
• низкий уровень шумового давления
• высокая надёжность в связи с отсутствием движущихся частей и простоты системы
• малый размер
• высокая эффективность
• поддержка сверхплотных хладагентов
• независимость от направления потока
• возможность охлаждения сразу нескольких источников тепла
• настраиваемая эффективность путём изменения скорости потока
• простота производства (общедоступные компоненты)

Эта новость стала шоком для всех, кто связан с компьютерным «железом» – такого ещё никто не видел. На форумах начались активные обсуждения, люди выдвигали множество версий о производительности системы и её цене. Инженерный образец видеокарты даже демонстрировался на одной из крупных выставок, однако в серийное производство Sapphire Blizzard так и не пошла. Причина оказалась банальной и для нас уже привычной: система охлаждения, разработанная NanoCoolers, не была доведена до пригодности в коммерческом использовании, и руководство компании приняло решение о коммерческой нецелесообразности данной модели. А жаль, интересно было бы посмотреть на топовую видеокарту, работающую при температуре, близкой к комнатной.