История оптимизации системы в безымянном ATX корпусе

Приветствую всех странников, вставших на тернистый путь модернизации своего железного друга. Являясь постоянным посетителем "Термоскопа", я все же дорос до того, чтобы применить свои инженерные способности на данном поприще.

А начинается большинство мытарств народа с того самого момента, когда, поскупившись тратить деньги на хороший корпус, мы покупаем его на рынке или же в магазине, но за "смешные деньги" , где-то в пределах 38-52 USD.

Как это бывает в бульварных детективах, и я попался как лох на туже удочку. Не могу сказать, что я бедный человек и не могу потратить деньги на хороший корпус, но если честно, то жаба просто задавила выкладывать 100 USD за то произведение искусства, что я увидел в Формозе под названием Dream. Это точно, что полеты во сне и на яву. Удалось мне опробовать этот корпус, когда собирал компьютер своим знакомым. Люди они богатые, а у богатых свои причуды. Но что стоит отметить, так это отменную эргономику корпуса, его малую шумность, только каркас выполнен из металла – все остальное из пластика с хорошим коэффициентом звукового поглощения, на котором хитрым образом закреплены тонкие металлические листы для сохранения ваших волос и потенции от злостного излучения :-), отсутствие винтовых соединений – только мамка крепиться на винтах и платы расширения, все остальное на защелках, хитрых рейках и т.п. Кстати теплоотвод там тоже на уровне - Celeron 300A @ 450 работал там без видимых напряжений и мамка не нагревалась выше 33С(комнатная температура 23), если судить по МВМ3.7 монитору.

Но это я явно увлекся, поэтому вернемся к нашим баранам.
Что имелось у нас на руках: Asus Р2В, 128 MB, Celeron 300A (склепанный в Малайзии), Riva TNT от Creative, Canopus Pure 3D II (это уже моя глупая прихоть), ТВ Malibu, USR Courier и плата от сканера. Все это было упаковано в корпус тайваньского производителя неизвестного происхождения (см. Фото), конечно, если под напрячься, то можно его обнаружить, но я думаю лучше это узреть самим на фото, мордашка до боли знакома и сильно распространена.

Все это в одном флаконе очень сильно травмировало мое душеньку высокими температурами, по МВМ3.81 мамка, при интенсивной работе, нагревалась вплоть до 46 °С (комнатная температура 24), флопы и CD изъятые из устройств, также внушали беспокойство за их здоровье, температура была солидна, как у больных в горячке – 42-43 °С.
Также это отрицательно сказывалось на нервах моей жены: она грозилась выбросить меня вместе с "этой железякой" с пятого этажа, так как я мешаю ей спать, а работаю и играю я в основном по ночам – днем нет просто времени: работа, второе высшее, семья – все это отнимает время. А выло это хозяйство дай тебе боже, не хуже чем владелец Banshee над новым FAQом и траблгайдером по этому акселератору. Вот в принципе и все мотивы, и исходные данные для начала проведения операции.

Вспомнив, что я физик-экспериментатор, а это не хухры мухры тебе, я решил заняться постановкой задачи:
1) Необходимо снизить издаваемый агрегатом шум,
2) Увеличить теплоотвод из корпуса (возможно, сделать что-то противоестественное с природой ATX, заставив его выдыхать, а не вдыхать),
3) Ввести температурный контроль процессора,
4) И в созданных тепличных условиях повысить скорость разгона Celeron 300А с 83 до 100МГц по шине.

Когда я уяснил все эти задачи, то первым делом решил почитать, что про это говорят умные люди, и кинулся в сеть с головой для поиска нужной информации. Связав воедино все собранные факты из статей товарищей, которых я привел ниже в "списке литературы", я решил немного пойти своим путем, хотя каждый и так идет уже своим.
Без проведения предварительных экспериментов, конечно, не обошлось, но опыт этого дела есть и руки растут из того места, что нужно.

Так как крышка корпуса моего компа снимается сразу вся, как это было заведено на моделях АТ, то провести операцию "оклеивание" оказалось не так легко.
Для начала я решил подобрать подходящий для шумоизоляции материал. Под рукой у меня были: упаковочная пленка "вся в пузырях", рекомендованный поролон толщиной в 8 мм, полипропилен из походной "пенки" рассеченный надвое и толщиной в 4 мм. Из тестового оборудования имелось: динамик 5Вт, коробка картонная, жестянка, по толщине близкая к стенке корпуса, электретный стерео микрофон Sony, кассета с записью звука с частотами 3, 3.5, 4 кГц, что приблизительно соответствует частотам, издаваемым вентиляторами источника питания и процессора при работе, программа WaveLab от Steinberg для анализа спектра и мощности полученного звука (там это осуществлено не только в виде банальной полоски, но и показывается конкретное значение уровня сигнала).

В картонную коробку помещался динамик, который издавал ужасающие звуки, на расстоянии полуметра стоял микрофон, который их принимал. Уровень звука выставлялся таким образом, чтобы на показателе уровня записи Wave Lab был -10dB. При установке железяки вместо крышки коробки значение уровня записи составило –13.5dB. Недурственно, но этого, как вы понимаете мало. При установке железки с наклеенной пленкой звук просел, но несущественно, всего на –15dB, с поролоном значение составило уже значительную разницу в –21dB, и вот хит сезона – полипропилен, значение уровня мощности звучания составило всего –28dB. К моему сожалению, сии цифири привязаны к конкретному анализирующему оборудованию и не могут служить основой для научных изысканий, но для относительного анализа они вполне сгодятся. Хорошие шумопоглощающие свойства полипропилена можно объяснить высокой степенью затухания вибрации железных частей, на которые он был наклеен, что вызвало значительное снижение гармоник 2 и 3 порядка, которые в снятой в этом случае спектрограмме не наблюдались в виде выраженных пиков, а больше напоминали белый шум, что для уха менее критично, чем четкие гармоники, возникающие в замкнутой коробке корпуса.

Когда материал был выбран, настало время для раскройки. Были вырезаны прямоугольники, которые точно ложились между решеток рамы корпуса и позволяли надевать крышку без деформации оной. Также я оклеил нижнюю, переднюю и заднюю часть корпуса изнутри тем же самым полипропиленом. Единственно доступные отверстия во внутрь стали пазы CD и флоппи диска, корзиной съемного диска можно пренебречь, так как на время отсутствие "тела" внутри я закладываю его поролоном, а также вырезанное отверстие под вентилятор шасси внизу спереди корпуса. Надо отдать должное, но через слоты флоппи и CD воздух, после переделки корпуса, все же засасывался и дополнительно охлаждал флоппики и CD диски.

Дальше я занялся воплощением в жизнь идеи увеличения теплосъема от внутренностей железного друга. По совету прошедших этим путем, и основываясь на остаточных знаниях термодинамики, в частности на законе Бернулли, у меня возникло желание превратить корпус в аэродинамическую трубу, сделав ее как можно шире, длиннее и выше :-). Как известно при неразрывном потоке скорость его больше там, где сечение меньше, а чем больше скорость, тем больше шума, поэтому пришлось заняться перетасовкой плат расширения и поднятием жестких дисков, а у меня их два, из их тесной коробки выше, в незанятые 5.5 дюймовые слоты. Диски являются одними из самых больших производителей тепла в корпусе, так как жрут энергию за двоих, даже при наличии power save mode с остановкой после 5 минут не работы и 128 МБ оперативки. Подняв их выше, я сократил путь горячего воздуха до выхода из системы, нечего тягать тепло от них через весь корпус. Таким образом, установленный внизу корпуса маломощный вентилятор шасси от АТ источника питания с характеристиками в 12В, 0.14А, нагнетает воздух из комнаты во внутрь, создавая некое избыточное внутреннее давление. Произведя, тысячу раз описанную различными авторами, инверсию АТХ источника питания, я все-таки не удержался от проведения следственного эксперимента. После инвертирования родного вентилятора источника питания я обнаружил, что эффективность системы увеличилась не на много, так как после вентилятора у меня еще оставался объем источника питания, который имел по крайне мере два выхода: один наружу и один обратно в корпус. Шум, конечно, значительно снизился, так как теперь вентилятор был надежно укрыт внутри модернизированного корпуса, но ведь глобально задача состояла не только в этом. Шелеста потока выдуваемого воздуха через заднюю решетку не наблюдалось, но что парадоксально – поток был не очень сильным и определялся в основном напором, создаваемым вентилятором нагнетания, установленного снизу шасси. При его отключении эффективность охлаждения резко снижалась, на целых 3-4 градуса. В свете этого меня очень удивил тот факт, что господин Deamon добился таких значительных результатов при инверсии источника питания только разворотом вентилятора. Опустить его ближе к процессору для оттяжки воздуха просто не удалось — материнская плата стоит так высоко, что процессор этого не позволяет сделать, упираясь в лопасти вентилятора.

Поэтому я пошел другим путем и воспользовался опытом г-на Экономова. Экспериментировал я в основном двумя параметрами: типом лопастей вентилятора и скоростью его вращения. С первым было достаточно просто: дома у меня болталось с пяток различных моделей с семью, девятью лопастями, простой и сложной формы. Выиграл по минимальной шумности и достаточно сильному воздушному напору (по ощущению давления потока на ладонь, другого измерительного прибора я ваять не захотел :-), как это не странно вентилятор из источника питания 386 IBM, лохматого года выпуска. Лопастей у него семь и они прямые, без всяких изысков. Ваять схему с терморегулированием скорости вращения меня откровенно опустило, поэтому я просто поставил резистор переменного сопротивления и методом проб и ошибок добился скорости вращения, при которой весь вдуваемый нижним вентилятором поток вытягивался наружу, но шум был минимальный. Хотя если честно, для этого пришлось просто начисто вырезать заднюю решетку источника питания. По поводу эстетики я глубоко не переживал, так как задняя часть компьютера практически никем не наблюдаема, кроме меня, да и то по большим праздникам и с большим трудом, за то теперь не слышно шелеста и нет никакого свиста "у прынцыпе". Поток вытягиваемого из корпуса воздуха должен превышать поток нагнетаемый, так как это следует из курса термодинамики 9-го класса: теплый воздух при одинаковом давлении всегда большего объеме при том же количестве молекул. При простейших расчетах получается, что напор, создаваемый вытягивающим вентилятором, должен быть минимум на 6% больше, чем нагнетающим. При закупорке всех лишних АТХ-сных отверстий в корпусе мы имеем идеальную ситуацию с распределением потока внутри корпуса: нет потерь потока, нет шума. Что и требовалось доказать.

В дальнейшем я буду указывать только разницу между комнатной температурой и той, что внутри корпуса, так как для показателя эффективности охлаждения важен именно этот параметр.
Надо также учесть, что по самым простым расчетам устройства внутри корпуса моего компьютера во время пиковых нагрузок рассеивают до 80% процентов мощности источника питания в виде тепла, а это порядка 185 Ватт. Поэтому полученное значение эффективности в 4 °С во время минимальной и 8 °С во время пиковой нагрузке я считаю хорошим результатом.

Далее я занялся воплощением в жизнь процедуры контроля температуры процессора. После посещения ближайшего радио рынка я смог разжиться только 4 штуками СТ1-17 по 2.4кОм. По статейке, что я прочитал ранее на "Термоскопе", следует, что необходимо значение сопротивления лежит в пределах 12кОм. Но так как разброс в истинности показаний термистора составляет порядка 10% я решил компенсировать его добавлением просто одного дополнительного резистора. Сделав квадратную рамочку из термисторов, точно по углам камня процессора, я провел калибровку данного изделия на батарее центрального отопления при ее температуре в 58 °С, воспользовавшись стандартным электронным градусником. Компенсация составила 1.2кОм, что в сумме - 10.8кОм, и данное значение лежит в пределах погрешности измерений термисторов. Поместив сделанную рамочку под радиатор процессора в термопасту, там есть достаточный зазор между краем камня, площадкой с контактами и основанием картриджа, я стал наблюдать за температурой процессора. Кстати, данное расположение датчиков я считаю наиболее оптимальным, так как они практически не охлаждаются потоком воздуха, а лежат на краю бутерброда процессор-кулер, поэтому показания, снятые данным датчиком, будут наиболее точными.

При минимальной нагрузке процессора разностные температурные показатели были следующими:
Мат. плата – 4 °С
Процессор – 8 °С
При максимальной нагрузке эти показатели составили:
Мат. плата – 8 °С
Процессор – 37 °С

Комнатная температура во время измерения была 24 °С. Стоит отметить, что данные эти сняты на уже разогнанном до 375Мгц процессоре с шиной в 83Мгц. При работе в стандартном режиме я предполагаю, что данные температурные показатели должны быть ниже.

Как видно из приведенных показателей, температура процессора резко повышается при его полной загрузке. Под полной загрузкой я называю запуск Unreal на ускорителе с разрешением 1024х768. Если честно, то не тормозит никоим образом.

Следующим шагом была попытка разгона процессора на системную шину в 100МГц. Все предыдущие попытки заканчивались неудачно, после 15-20 минут работы в таком разогнанном состоянии, машина просто висла без предупреждения и после очередной перезагрузки работала до 5 минут с очередным фатальным исходом.

Теперь я был вооружен улучшенным, в смысле охлаждения, корпусом и знанием относительно "ножек" Celeron, взятого с сайта Intel. Для справки файл это лежит на их ftp сайте в зазипованом виде под названием 24365804, в формате pdf, необходимая информация находится на страницах 16 и 48. А знание сие помогло мне выставить нестандартное напряжение на ядре, так как Р2В не позволяет этого делать никоим образом. Я не являюсь счастливым обладателем лучшей гоночной платы от Abit BH6, где напряжение на ядре можно выставить из меню. Я доверяю больше проверенному другу – Asus, так как практически все мои предыдущие машины, начиная с 486, были собраны на платах этого производителя. После экспериментов по устойчивости идеальным вариантом для ядра стало напряжение в 2.2В. Выставлять его пришлось при помощи лака для ногтей, замазав полоски с номерами а119, а121, b119. Компьютер стал работать устойчиво, но один раз, когда комнатная температура была 29 °С, компьютер отрубался, но температура процессора был в этот момент 72 °С. Хотя, по заявлениям Intel неустойчивая работа должна происходить при температурах не менее чем 78-80 °С. Но я думаю, что это только особенность данного чипа, хотя наводит на определенные размышления – ведь летом температура в комнате бывает больше чем 29 °С (порой до 32 °С). Так что пришлось мне вернуться обратно на 375 с 450. Надежность превыше всего! ;-).

Вот и вся история преобразования моего "друга". Если кому-то данная информация поможет в его нелегком труде исправления ошибок производителей корпусов, то я буду рад, значит, мой труд не пропал даром.

Пишите, Barsuk

Список литературы:
1.Комплексный подход к охлаждению и снижению общего шума работающего компьютера. Deamon
2.О модификации системы охлаждения в корпусах АТХ. Экономов Андрей
3.Некоторые аспекты температурного мониторинга на платах ASUS серии Р2В. Vitalik Krinitsin
4.Подробнее о термисторах. Vitalik Krinitsin