UUSIMMAT

3DMark06-ennätyksen metsästys, osa 2

29.01.2007 13:45 |

Muropaketin 3DMark06-ennätyksen metsästys -artikkelin ensimmäisessä osassa saatiin ajettua testit ilmajäähdytyksellä sekä prosessori Vapochill-kompressorilla jäähdytettynä. Vakiona kokoonpano antoi 3DMark06-tulokseksi 13293 pistettä, joka saatiin ylikellotusten ansiosta ilmajäähdytyksellä nostettua 17621 pisteeseen ja Vapochillillä 20019 pisteeseen. Artikkelisarjan toisessa osassa paneudutaan jäähdytyskulhojen valmistamiseen prosessorille ja näytönohjaimille Ilkka Hyvösen toimesta sekä kuivajäätesteihin (CO2 -79 °C). Kuivajäätestejä ajettiin kahteen otteeseen, ensimmäisellä kerralla otettiin lähinnä tuntumaa kokoonpanon käyttäytymiseen kuivajäällä ja toisella kerralla GeForce 8800 GTX -näytönohjaimille juotettiin jännitemodifikaatiot.

 

Jäähdytyskulhojen valmistaminen

Teksti ja kuvat: Ilkka Hyvönen

Moniydinprosessoreiden ja näytönohjainten lämmöntuoton kasvaessa on jäähdytyselementin toimivuus lukuisten muiden tekijöiden ohella olennainen osa 3DMark-ennätystä jahdatessa. Toteutin Muropaketin testejä varten uudet jäähdytyskulhot prosessorille ja näytönohjaimille, josta seuraavassa hieman tarinaa.

Suunnittelu

Kulhojen suunnittelemisen ensimmäinen vaihe on mahdollisten työstömenetelmien ja materiaalien hahmottaminen. Valssattu hopeatanko tai peräti timanttinen aihio olisivat lämmönjohtavuudeltaan erinomaisia vaihtoehtoja, mutta kustannussyistä on tyydyttävä kupariin tai alumiiniin. Kulhojen valmistuksessa kipinätyöstöllä tai painevalulla saataisiin toteutettua monimutkaisia rakenteita, mutta hinta muodostuu jälleen ongelmaksi. Itse joudun tyytymään omaan sorviin ja penkkiporakoneeseen, joiden kanssa työskentely rajoittuu käytettävissä oleviin teriin.

Alusta alkaen oli selvää, että kulhot tulevat olemaan rakenteeltaan solid-tyyppisiä, eli yhdestä kappaleesta työstettyjä. Tämän rakenteen avulla vältetään lämmönjohtumiselle haitalliset juotossaumat. Haittapuolena solid-kulhossa on kuitenkin sisärakenteen rajoittuminen hyvin yksinkertaisiin sorvilla toteutettaviin muotoihin. Olen aiempien kuivajäätestien kautta todennut, että kulhon sisärakenteella todellakin on vaikutusta lämpötiloihin, joten en halunnut toteuttaa kupariin pelkkää tyhjää sylinteriä. Hommasin sisuksien muotoilua varten pitkän 16,5 mm poranterän, jonka avulla pystyin toteuttamaan kulhon pohjalle suunnittelemani rakenteen. Tämä lisää hieman ytimen tuntumaan pinta-alaa ja parantaa lämmönjohtumista kulhon putkiosaan. Kulhot on mietitty ensisijaisesti nestemäisen typen käyttöä ajatellen ja tehokkuus kuivajään kanssa oli itsellenikin pienoinen kysymysmerkki. Rakenteen suunnittelussa käytän Autocad-ohjelmaa, jonka avulla haluttu lopputulos hahmottuu paremmin.

 

Valmistaminen

Aikani sopivaa aihiota etsittyäni prosessorikulholle löytyi sopivaa kuparitankoa, joka oli halkaisijaltaan 80 mm ja puhtaudeltaan 99,99 %. Näytönohjainkulhoja varten tarvittaisiin kuparista 50 x 50 mm:n neliöprofiilitankoa, jota ei kuitenkaan pikaisella metsästyksellä löytynyt. Sopivat aihiot olisi saanut tilattua Tanskasta pitkällä toimitusajalla, mutta hintakin oli sen mukainen. Päätinkin aluksi valmistaa alumiinista prototyyppikulhot, joiden avulla voi testata kiinnitystä näytönohjaimiin sekä ajaa alustavia testejä.

Prosessorikulhon valmistaminen alkoi piirtämällä Autocadilla sapluuna, jonka avulla aihioon soviteltiin tarvittavien reikien paikat. Aloitusreikien poraamisen jälkeen kiinnitin aihion sorvin nelipakkaan 18 cm syvien reikien poraamista varten. Tällaista melko huteraa kiinnitystä käytettäessä tulee pitää sorvissa matalia kierroksia ja työskenneltävä siten, ettei kukaan ole kappaleen lentoradalla, jos se sattuu irtoamaan.

Reikien poraamisen jälkeen vuorossa oli kulhon sisäosan avartaminen. Käyttämäni terä oli kuparin sorvaukseen hieman väärän tyyppinen, josta seurasi karhea pinnanlaatu, mutta typen höyrystymisen kannalta siitä on ainoastaan etua.

Ensimmäisen sorvauskerran jälkeen kulho oli jo käyttökelpoinen, mutta painoi yli neljä kiloa. Kevensin hieman kuppia ottamalla materiaalia pois ulkokehältä, jonka jälkeen lopulliseksi painoksi tuli 2720 grammaa. Kulho on edelleen painava, mutta kohtuuden rajoissa, jos emolevy on tuettu alapuolelta asiallisesti.

Näytönohjainkulhojen valmistaminen tapahtui samaan tapaan, joskin sillä erotuksella, että myytävät alumiiniseokset ovat nopeampaa työstettävää, kuin puhdas kupari. Näytönohjainkulhon suunnittelusta mainittakoon sen verran, että omien kokemusten kautta pyrin välttämään viimeiseen asti pienten kierteiden käyttämistä pehmeiden materiaalien kanssa. Tämän takia päädyin hieman normaalista poikkeavaan kiinnitykseen, joka perustuu kupin läpi meneviin reikiin.

 

Testaaminen

Kun kulhot olivat valmiit, mittasin hieman niiden jäähdytystehoa kuivajään kanssa primitiivisessä testipenkissä, jota olen käyttänyt aiemmin vastaavien kuppien, vesiblokkien ja peltier-jäähdytyksen testaamiseen. Testipenkki koostuu tehovastuksesta, kupariytimestä ja sen sisällä olevasta lämpöanturista. Testerin pyöreän ytimen pinta-ala on noin 3,14 neliösenttimetriä ja vastuksen tuottama lämpökuorma 160 wattia. Lienee järkevintä jättää vastuksen arvo ja käytettävä jännite kertomatta, ettei joku yli-innokas säätäjä lähde toteuttamaan vastaavaa kytkentää ja hanki itselleen kammiovärinää.

Kaikesta yksinkertaisuudestaan huolimatta laite on yllättävän toimiva ja antaa johdonmukaisia tuloksia. Lämpötilat jäävät junnaamaan noin asteen sisälle tietylle tasolle, kun järjestelmä on tasapainossa. Tämä riittää jäähdytyselementin toimivuuden karkeaan arvioimiseen.

Aikaisempia tuloksia

Seuraavassa on hieman vertailukohdaksi parilla aiemmalla kulhorakenteella mitattuja lämpötiloja. Alla olevissa kuvissa näkyy kulhojen mitat, rakenne ja testerin kupariytimestä mitattu lämpötila 160 watin kuormalla.

Positiiviseksi yllätykseksi uusi prosessorikulho antoi testerissä lukemaksi –38 astetta, joka on toistaiseksi selvästi paras tulos.

Näytönohjainkulho ei suoriutunut tehtävästään aivan yhtä mallikkaasti ja tulokseksi tuli vaatimattomat –13 astetta. Asia ei kuitenkaan tullut varsinaisena yllätyksenä, sillä kulhoissa käytetty alumiini on 6082-seosta, jonka lämmönjohtavuus on vain 180 W/m*K (puhdas alumiini 237 W/m*K, kupari 400 W/m*K). Alumiinin lämmönjohtavuus paranee lämpötilan laskiessa, joten nestemäistä typpeä käytettäessä kulhojen suorituskyky pitäisi olla kohtalaisen hyvä. Tehokkuus kuivajään osalta tulee kyllä korjautumaan, kun vastaaviin kulhoihin löytyy kupariset aihiot. Testasin näytönohjainkulhoa kahdesta kiinnityskohdasta saadakseni selvää, onko hieman ahtaasta sisärakenteesta kuivajään kanssa enemmän haittaa kuin hyötyä.

Kiinnitettäessä kulho keskiosasta testeri antoi lämpötilaksi kuitenkin vain -6 astetta, josta voi vetää johtopäätöksen, että oikein toteutettuna sisuskalut tuovat selvän edun pelkkään sylinterirakenteeseen verrattuna.

Sisältö

  1. 3DMark06-ennätyksen metsästys, osa 2
  2. Kuivajäätestit