Perseguindo graus - como ter a CPU mais fria do pedaço

Se comprou uma CPU topo de gama nos últimos anos, sabe que o desempenho tem um custo - o calor. Escrevemos recentemente sobre como pode diminuir os níveis de ruído do seu cooler se estiver disposto a comprometer ligeiramente o desempenho.

Este artigo é exatamente o oposto. Partiremos do princípio de que é tão obsessivo como os nossos especialistas internos e que fará tudo o que estiver ao seu alcance para obter o último grau e espremer o último grama de desempenho das peças em que gastou o seu dinheiro arduamente ganho.

Recentemente, obtivemos alguns 14900K no laboratório e quisemos ver exatamente até que ponto conseguíamos baixar as temperaturas nestes monstros absolutos de processamento de números.

Algumas notas importantes sobre a nossa plataforma de testes neste artigo:

Estamos a utilizar a nossa série Hydro X de refrigeração a água personalizada para manter uma temperatura de refrigeração constante de 30 graus Celsius. Isto é bastante baixo, mas se for um utilizador topo de gama que persegue o desempenho, é provável que já tenha uma configuração bastante exagerada. Medimos as velocidades de relógio e as temperaturas, mas não nos vamos debruçar muito sobre vários benchmarks e números de desempenho, uma vez que apenas nos preocupamos com as temperaturas e a margem de manobra térmica.

Para o teste em si, estamos a executar o Cinebench R23 num ciclo de 30 minutos e a registar os últimos 15 minutos. Os valores médios ao longo destes 15 minutos são o que pode ver nos gráficos abaixo. O 14900K a funcionar na nossa placa MSI Z790 godlike está com limites de energia PL1 e PL2 ilimitados (resultando num consumo de energia médio do CPU de 360W).

Não é preciso dizer que colocar a sua nova CPU de 500$ num pequeno torno e desmontá-la fisicamente anulará a sua garantia, por isso tudo o que for descrito neste artigo deve ser feito por sua conta e risco. As CPUs têm pequenos componentes delicados, portanto, tenha muito cuidado se decidir tentar fazer isso no seu próprio sistema. Não nos responsabilizamos se a sua CPU morrer durante o processo, mas vamos sentir-nos um pouco mal por si.

Porque é que optámos por temperaturas de refrigeração de 30 graus em primeiro lugar? Simplesmente porque vimos que, a este nível, o chip era quase capaz de manter os relógios de impulso total com o nosso XC7 Elite. Assim, em teoria, se se sentir confortável com as ventoinhas a funcionar em alta e tiver uma grande superfície de radiador no seu sistema de arrefecimento personalizado, conseguirá manter os relógios de reforço de todos os núcleos quase no máximo com o 14900K - quase.

Provavelmente, a modificação mais fácil que se pode fazer para aumentar as temperaturas é montar aquilo a que se chama uma "estrutura de contacto". Os chips LGA 1700 têm uma forma mais comprida e retangular do que as CPUs anteriores da Intel, o que provou ser um pequeno problema, na medida em que se deformavam ligeiramente sob a pressão do ILM padrão (a coisa que se prende sobre a CPU para a manter firmemente no lugar na tomada). Várias empresas criaram estruturas de contacto modificadas que atenuam este problema e garantem que o contacto entre o CPU e o bloco de água/refrigerador é optimizado.

Tentámos montar uma destas molduras e verificámos uma pequena descida de temperatura de cerca de 1,9 graus celsius. Quando olhamos para a impressão da pasta térmica, é fácil ver que a estrutura de contacto faz uma diferença significativa na obtenção de um melhor contacto entre a HIS (a parte superior da CPU que está em contacto com o cooler) e a placa fria do cooler.

Nas duas imagens acima, pode ver como está a impressão da pasta térmica com e sem uma estrutura de contacto montada. À esquerda, pode ver que a pasta térmica na extremidade central esquerda e direita não está completamente comprimida. Isto deve-se ao facto de o ILM padrão pressionar com muita força esses pontos exactos do CPU. Na imagem da direita, pode ver como a estrutura de contacto proporciona uma pressão uniforme em todo o IHS, o que faz com que não "dobre" no meio.

Esta modificação é bastante simples, mas ainda assim requer a remoção do ILM padrão da placa-mãe. Também é necessário ter cuidado com o aperto de algumas estruturas de contacto, uma vez que uma pressão excessiva ou insuficiente pode causar problemas como a falta de canais DRAM, etc.

Delidding é um termo para quando você tira a "tampa" da sua CPU. A "tampa" refere-se ao IHS. Nas CPUs modernas, estas estão soldadas no lugar e podem ser bastante complicadas de tirar, por isso vai precisar de uma ferramenta de remoção.

Estas ferramentas existem em muitas formas e feitios - as que usamos acima são muito fáceis de usar. Basta colocar o CPU na pequena ranhura e apertar um parafuso até que o IHS seja forçado a sair do CPU. A desvantagem de toda esta operação é que tanto esta ferramenta como a pasta térmica de metal líquido que vai querer utilizar (para tirar o máximo partido do seu processo de remoção) custam bastante dinheiro. Gastámos cerca de 70 dólares na ferramenta de remoção, por isso, se só vai remover um único CPU, então este é um fator que vale a pena considerar.

Depois de ter removido o IHS, terá de remover a solda da matriz da CPU e também do IHS. Se tiver comprado pasta térmica de metal líquido, pode colocar uma gota desta pasta para dissolver a solda - basta esfregar bem, deixar repousar durante 5 minutos e limpar. Pode ser necessário repetir este processo algumas vezes. Tenha cuidado para não atingir os pequenos SMDs que estão na placa de circuito impresso da CPU enquanto limpa a solda. Isso pode danificar irreversivelmente a CPU.

Também é necessário remover a substância preta semelhante a borracha do chip. Não utilize objectos metálicos para este efeito, mas sim raspadores de plástico ou cartões. Mais uma vez, tenha cuidado para não danificar os pequenos componentes da placa de circuito impresso.

Dependendo da sua amostra de CPU em particular, poderá também ser necessário aplanar o IHS. As nossas amostras tinham alguns pontos altos no meio, que também podem ser vistos na imagem acima, onde o revestimento de níquel foi lixado, mas apenas no centro.

Para ver se é necessário fazer isto, coloque novamente o IHS (depois de ter removido toda a borracha preta e a solda) na placa de circuito impresso. Se o IHS só fizer contacto com a placa de circuito impresso, então é necessário remover mais borracha ou lixar ligeiramente. Deverá ser possível "rodar" o IHS em torno do centro, uma vez que estará apenas em contacto com a matriz da CPU.

Comparando os três cenários (stock, estrutura de contacto e estrutura de contacto + deslizamento com metal líquido), vemos que obtivemos uma diminuição de 9,3 graus Celsius nas temperaturas do pacote, desde as temperaturas de stock até ao nosso melhor cenário. Nos núcleos de desempenho, registámos igualmente uma queda de cerca de 8,5 graus nas temperaturas.

Agora, embora uma diminuição de quase 10 graus nas temperaturas pareça muito boa, na verdade não fez nada por nós neste cenário. Lembra-se de como escrevemos que quase atingimos velocidades de impulso máximas com a montagem de reserva?

No gráfico acima, pode ver que a nossa velocidade média nos núcleos de desempenho do nosso suporte de stock e da nossa experiência bastante dispendiosa é quase a mesma. De facto, para além da moldura de contacto, já não é possível encontrar quaisquer ganhos de desempenho, uma vez que o CPU funciona tão rápido quanto possível (sem quaisquer overclocks manuais).

Então, é tudo uma perda de tempo? Gastámos 130 dólares em molduras de contacto, ferramentas de deslizamento e pasta térmica de metal líquido sem razão? Nem por isso.

Porque, embora tenhamos efectuado estes testes com temperaturas de refrigeração de 30 graus, é improvável que o seu sistema consiga arrefecer um circuito com um CPU de 360W até 30 graus com um nível de ruído confortável nas ventoinhas. E é aqui que estão os ganhos - espaço térmico.

Pense desta forma - com o nosso suporte de fábrica, tivemos de utilizar água fria a 30 graus no nosso circuito para garantir que a nossa CPU quase conseguia atingir os níveis de potência máxima. Para facilitar a explicação, digamos que a CPU é capaz de APENAS atingir os níveis de potência máxima a 30 graus Celsius. Não podemos colocar as ventoinhas a funcionar a menos de, por exemplo, 1600 RPM, porque é isso que é necessário para manter o líquido de arrefecimento a esta temperatura.

Agora, se tivéssemos 10 graus de margem térmica, não teríamos de arrefecer a nossa água a 30 graus, mas apenas a 40 graus. Isto, por sua vez, significa que podemos reduzir a velocidade das nossas ventoinhas, uma vez que não estamos a tentar arrefecer a água a 10 graus acima da temperatura ambiente, mas agora a 20 graus.

Em alternativa, poderíamos utilizar o espaço térmico extra para fazer um overclock adicional do nosso CPU e obter mais desempenho (com o custo do consumo de energia adicional, claro).

Não podemos responder se tudo isto vale 130$ - para nós é divertido brincar com o hardware e ver até onde podemos ir, mas no mundo real os benefícios são muito pequenos - especialmente se utilizar o seu PC principalmente para jogos.

Mas, por outro lado, muitas coisas não existem porque fazem sentido, mas porque alguns membros da comunidade de construção de PCs gostam de continuar a ultrapassar os limites. Afinal, seria muito aborrecido se todos tivéssemos a mesma caixa bege que todos os outros?