Temperatura podzespołów. Jak wpływa na wydajność? Czy może być przyczyną awarii?
Wydajne serwery pracują w klimatyzowanych pomieszczeniach, ale co z domowymi, wydajnymi pecetami do gier, które w trakcie wakacji i lata pracują nawet więcej niż w trakcie roku szkolnego? Czy panujące obecnie upały mogą być powodem awarii? W jaki sposób działają mechanizmy zabezpieczające? W artykule tym dokładnie wyjaśniamy ten aspekt.
Wpływ temperatury na elektronikę (a przede wszystkim jej trwałość) znany jest nie od dziś. Co prawda wielu użytkowników laptopów bądź komputerów nie zawraca sobie głowy tematami konserwacji sprzętu oraz dbaniem o temperatury, bo w natłoku codziennych obowiązków jest o to trudno. Inną kwestią są też umiejętności manualne, które trzeba posiadać, aby zadbać o nasze podzespoły samemu. Nie każdy takowe posiada, a decyzja o pozostawieniu tematu specjaliście spychana jest często na boczny tor, bowiem wielu posiadaczy komputerów wychodzi z założenia, że skoro sprzęt działa, to problemu nie ma, a regularne czyszczenie to marnotrawstwo nie tylko czasu, ale i pieniędzy.
Foto: Yaroslau Mikheyeu / Shutterstock
Im dłużej zwlekamy, tym problem zaczyna się jednak nasilać, a sama temperatura — dawać we znaki. Kiedy nowo zakupiony komputer o dużej mocy nie działa tak, jak powinien, często przyczyn szuka się w niewłaściwym doborze podzespołów, złośliwym oprogramowaniu, procesach pożerających zasoby bądź instalacji niepoprawnych sterowników lub ich braku. Niewielu typowych użytkowników komputera zdaje sobie jednak sprawę z tego, że problemy te może wywołać właśnie zbyt wysoka temperatura i przegrzewanie się sprzętu, na co w dużej mierze sami mamy wpływ.
Temperatura — choć bez wątpienia nazywana jest największym wrogiem elektroniki, jednocześnie jest jej nieodłączną częścią. Jest bowiem produktem ubocznym pracy całego sprzętu komputerowego. Należy jednak pamiętać, że — podobnie jak w przypadku większości rzeczy — prawdziwy problem stanowi zbyt wysoka bądź niska temperatura, a nie "temperatura" sama w sobie. Dlaczego tak się dzieje?
Foto: Artem Oliinyk / Shutterstock
To proste. Sprzęt, z którego korzystamy składa się z pomniejszych elementów. Na ich optymalną pracę wpływają odpowiednie warunki (w dużej mierze właśnie temperatura). To nie tylko rezystory, tranzystory kondensatory, ale i półprzewodniki. Są one wyjątkowo czułe na zmiany temperatur. Szczególne znaczenie ma to w przypadku komputerów stacjonarnych i laptopów, które pobierają dużo większą ilość prądu od np. smartfonów, co oznacza również, że ilość ciepła, które oddają, jest w tym wypadku znacznie większa. To z kolej bezpośrednio przekłada się na wydajność. Producenci podzespołów nie chcą bowiem ryzykować dziś awarią swoich produktów w skutek przegrzania. To właśnie dlatego wyposażają laptopy i podzespoły bazowe komputerów stacjonarnych (w szczególności karty graficzne i procesory) w układy zarządzania termicznego, pozwalające pracować im nawet w skrajnych warunkach. Najpopularniejsze z nich działają na prostej zasadzie. Obniżają one częstotliwość taktowania, a co za tym idzie wydajność oraz zapotrzebowanie na prąd. Mniej pobranej energii oznacza w ich przypadku to, że efekt uboczny — ciepło — oddawane jest w znacznie mniejszej ilości, to z kolei skutkuje niższą temperaturą całej jednostki. I o ile niewielkie spadki taktowań na poziomie kilkudziesięciu MHz są akceptowalne, o tyle niektóre jednostki są w stanie ograniczyć swoją wydajność nawet o połowę, a wszystko dlatego, aby nie dopuścić do przegrzania się oraz uszkodzenia. Odbywa się to kosztem mocy, czego efektem jest również wyraźne spowolnienie systemu.
Warto wiedzieć, że każdy procesor ma określny parametr TDP (TGP w przypadku chipów graficznych). Jest on wyrażany w watach i zbliżony do mocy prądu pobieranego przez ten układ z zasilacza. Na podstawie tych parametrów dobiera się układ chłodzenia. Im wydajniejszy procesor, tym wyższy współczynnik TDP i większy układ chłodzenia.
W ekstremalnych sytuacjach, kiedy chłodzenie nie jest w stanie odprowadzić ciepła (na przykład radiator jest cały w kurzu i przepływ powietrza nie jest możliwy) częstotliwość taktowania spada tak drastycznie, że komputer praktycznie nie nadaje się do używania. To zjawisko nosi nazwę throttlingu termicznego i jest bardzo często spotykane w laptopach, gdzie ograniczona wielkość i waga nie pozwalają na zastosowanie skutecznych schładzaczy. Notebook może więc działać z maksymalną częstotliwością turbo przez krótki czas. Taki boost mocy zwykle przekłada się na komfort pracy, ponieważ zapotrzebowanie na wysoką wydajność jest zwykle w wypadku wydania polecenia (uruchomienie programu, aktywowanie funkcji, itd.). Poniżej możecie zobaczyć mechanizm działania obniżania częstotliwości taktowania wraz ze wzrostem temperatury i przekraczaniem limitów zasilania itd. To ekstremalny przypadek, mający bardzo duży i negatywny wpływ na działanie notebooka. Częstotliwość taktowania nagrzanego procesora zamiast 3500 MHz wynosi około 1700 MHz.
Nie inaczej jest w przypadku innych podzespołów. W większości przypadków, z racji tego, że każdy z nich wykorzystuje do pracy energię elektryczną, każdy też wyposażony jest w układ chłodzenia. W niektórych przypadkach nie widać go na pierwszy rzut oka. Niekiedy nie musi być on bowiem układem aktywnym (czyli posiadać np. wentylator). Dobrym tego przykładem jest np. Pamięć RAM z wbudowanymi, aluminiowymi radiatorami. Jeszcze innym może być sam zasilacz bądź płyty główne, wyposażone w radiatory bądź osłony termiczne dla nośników M.2, które mają nie dopuścić do spowolnień spowodowanych przegrzaniem. Oczywiście w komputerach istnieją też systemy, które w przypadku skrajnych temperatur są w stanie nie dopuścić do przegrzania, wyłączając tym samym urządzenie. Do takich sytuacji nie należy jednak dopuszczać. Warto więc ułatwiać podzespołom ich pracę, dbając o temperatury również samemu.
Wysoka temperatura niestety wpływa także niekorzystanie na żywotność komputerów — dotyczy to zarówno półprzewodnikowych elementów (układy scalone), jak i połączeń lutowanych, a także baterie.
Należy pamiętać, że optymalne chłodzenie podzespołów to jedno, inną kwestią, która może prowadzić do przegrzania naszych podzespołów to temperatura otoczenia. Łatwo zauważyć jej wpływ przede wszystkim w letnie, upalne dni, kiedy to skok temperatur potrafi zagrzać jednostkę nawet o kilkanaście stopni. Użytkownicy sprzętu często nie zwracają uwagę na fakt cyrkulacji powietrza. Jest on istotny z jednego konkretnego powodu. Każdy komputer (jak i laptop) wyposaża się w szereg wentylatorów, których podstawowym zadaniem jest tłoczenie zimnego powietrza oraz wyrzucanie gorącego. Oznacza to, że trzymając komputer w nieodpowiednim miejscu narażamy go na konieczność ponownego tłoczenia dopiero co wyrzuconego na zewnątrz gorącego powietrza. Często spowodowane jest to również stosowaniem niewielkich i ciasnych obudów, w których ciepło oddawane jest do niewielkiej przestrzeni (wnętrza obudowy), co również powoduje gwałtowny wzrost temperatury.
Olbrzymia serwerownia
Problem ten doskonale zdają się rozumieć nie tylko niektórzy użytkownicy domowi, ale przede wszystkim firmy na co dzień wykorzystujące do pracy profesjonalny sprzęt. Dobrym tego przykładem mogą być serwerownie. Setki maszyn przechowywane są wtedy w klimatyzowanych pomieszczeniach. Ogromne zapotrzebowanie na energię elektryczną oraz praca pod wysokim obciążeniem sprawia, że wspólnie wydzielają duże ilości ciepła. Taka temperatura z łatwością mogłaby obniżyć ich wydajność, a nawet doprowadzić do awarii. Co ciekawe, nowoczesne serwerownie stosują nie tylko konwencjonalne metody chłodzenia. Niektóre z nich wykorzystują do chłodzenia systemy chłodzenia cieczą.
Wynika to także z faktu konieczności znalezienia najbardziej optymalnego punktu pracy. Procesory zwykle pracują na skraju swoich możliwości. Balans pomiędzy maksymalną mocną obliczeniową i pobieranym prądem jest zachowany, jednak każdy wzrost wydajności prowadzi do nieproporcjonalnego wzrostu prądu. Oczywiście wydajność nie rośnie, ale wyższa temperatura zmienia warunki pracy układu przesuwając właśnie punkt pracy w ten najmniej optymalną część charakterystyki. O ile w wypadku domowego komputera nie jest to bardzo istotne, to patrząc na olbrzymi park maszyn serwerowych wzrost poboru prądu jest duży. Temperatura wpływa również negatywnie na żywotność — ale o tym już pisaliśmy.
Jak zadbać o wydajność swojego sprzętu, a co za tym idzie — temperaturę?
Z wysoką temperaturą oraz ograniczoną wydajnością swoich jednostek walczą przede wszystkim użytkownicy laptopów, choć nie tylko. Laptopy jednak, ze względu na ciasne obudowy oraz mocno upchnięte podzespoły w szczególności narażone są na przegrzanie. W ich przypadku dbanie o odpowiednie temperatury jest szczególnie istotne. Co można zrobić, aby ograniczyć ilość wydzielanego ciepła w swoim sprzęcie?
Inwestycja w podkładkę chłodzącą.
Podkładki chłodzące to jeden z najpopularniejszych sposób na osiągnięcie niższej temperatury. Chłodzą nie tylko samą bryłę (obudowę laptopa), ale często też dostarczają chłodnego powietrza bezpośrednio do jego wnętrza (pod warunkiem, że wentylatory tłoczące powietrze do laptopa znajdują się na spodzie). Często potrafią one obniżyć temperaturę urządzenia nawet o kilka stopni, zmniejszając tym samym ingerencję systemów obniżających wydajność.
Regularne przedmuchiwanie sprężonym powietrzem.
Gromadzący się wewnątrz urządzenia kurz to świetny izolator ciepła. Im więcej ciepła, tym zatem niższa wydajność oraz throttling (zmniejszanie jego wydajności w momencie, gdy ten zaczyna się przegrzewać). Dobrze jest więc wydmuchać zaległy w zakątkach obudowy kurz. Rada ta tyczy się zarówno komputerów stacjonarnych, jak i laptopów, choć w przypadku tych pierwszych będzie to znacznie łatwiejsze.
Undervolting to zaawansowana operacja, na którą mogą zdecydować się jedynie najbardziej doświadczeni. Polega ona na znalezieniu możliwie najniższego napięcia naszego podzespołu, przy którym osiąga on pełnię swojej mocy. Często procesory, jak i karty graficzne pracują na znacznie wyższym napięciu aniżeli jest to konieczne, pobierając tym samym więcej mocy. Mniej pobieranej energii = mniej wydzielanego ciepła, a co za tym idzie, bardziej stabilna praca i brak ograniczeń związanych ze spadkami wydajności. Undervolting przeprowadzić można zarówno w przypadku podzespołów w laptopach, jak i komputerach stacjonarnych.
Inwestycja w lepsze chłodzenie, obudowę, wentylatory.
Istnieje wiele elementów, które mogą poprawić przepływ powietrza, a co za tym idzie — zmniejszyć nagrzewanie się podzespołów. W przypadku komputera stacjonarnego możliwości jest znacznie więcej. Spośród nich wymienić można inwestycję nie tylko w lepsze chłodzenie podzespołów (aluminiowe radiatory na procesory, chłodzenie wodne), ale i inwestycje w większe, bardziej przewiewne obudowy oraz dołożenie dodatkowych wentylatorów wciągających i wyciągających powietrze. W przypadku laptopów dobrym pomysłem może okazać się wymiana pasty termoprzewodzącej, która ze względu na wyższe temperatury traci swoje właściwości znacznie szybciej, aniżeli w komputerach stacjonarnych.
Umieszczenie sprzętu w odpowiednim miejscu.
Korzystając z komputera warto też zadbać o otoczenie, w którym się znajduje. W przypadku laptopów unikajmy pracy ze sprzętem na kolanach oraz kocach. Powodują one dodatkowe nagrzewanie się urządzenia oraz duże problemy z odprowadzeniem gorącego powietrza. Nie inaczej jest w przypadku komputerów stacjonarnych. Nie stawiajmy ich obok grzejników bądź miejsc, gdzie cyrkulacja powietrza może zostać poważnie zaburzona. Odpowiednie umieszczenie sprzętu może obniżyć temperaturę podzespołów nawet o kilka stopni, a co za tym idzie — przełożyć się na znacznie wyższą wydajność.