A caccia di gradi: come avere la CPU più fredda dell'isolato

Se avete acquistato una CPU di fascia alta negli ultimi anni, saprete che le prestazioni hanno un costo: il calore. Di recente abbiamo scritto di come sia possibile ridurre i livelli di rumorosità del proprio dissipatore se si è disposti a scendere a qualche compromesso con le prestazioni.

Questo articolo è l'esatto contrario. Partiamo dal presupposto che siete ossessivi come i nostri specialisti interni e che farete tutto il possibile per ottenere l'ultimo grado e spremere l'ultimo grammo di prestazioni dai componenti per i quali avete speso i vostri sudati soldi.

Di recente abbiamo ottenuto in laboratorio alcuni 14900K e volevamo vedere esattamente quanto si potessero abbassare le temperature di questi mostri assoluti di calcolo.

In questo articolo sono riportate alcune note importanti sulla nostra piattaforma di test:

Utilizziamo la nostra serie Hydro X di raffreddamento ad acqua personalizzato per mantenere una temperatura costante del refrigerante di 30 gradi Celsius. Si tratta di un valore piuttosto basso, ma se siete un utente di fascia alta a caccia di prestazioni, è probabile che abbiate già una configurazione eccessiva. Abbiamo misurato le velocità di clock e le temperature, ma non ci addentreremo molto nei vari benchmark e nei numeri delle prestazioni perché ci interessano solo le temperature e lo spazio termico.

Per il test stesso stiamo eseguendo Cinebench R23 in loop per 30 minuti e registrando gli ultimi 15 minuti. I valori medi di questi 15 minuti sono quelli che potete vedere nei grafici qui sotto. Il 14900K in esecuzione sulla nostra scheda MSI Z790 godlike è con limiti di potenza PL1 e PL2 illimitati (con un assorbimento medio della CPU di 360W).

Non c'è bisogno di dirlo, ma mettere la vostra nuova CPU da 500 dollari in una piccola morsa e smontarla fisicamente invaliderà la vostra garanzia, quindi qualsiasi cosa descritta in questo articolo deve essere eseguita a vostro rischio e pericolo. Le CPU hanno componenti piccoli e delicati, quindi fate molta attenzione se decidete di provare questa operazione sul vostro sistema. Non ci assumiamo alcuna responsabilità se la vostra CPU muore durante il processo, ma ci sentiremo un po' in colpa per voi.

Perché abbiamo scelto una temperatura del liquido di raffreddamento di 30 gradi? Semplicemente perché abbiamo visto che a questo livello il chip era quasi in grado di mantenere i clock di boost completi con il nostro XC7 Elite. Quindi, in teoria, se vi sentite a vostro agio con le ventole alzate e avete un'ampia superficie del radiatore nel vostro sistema di raffreddamento personalizzato, siete effettivamente in grado di mantenere quasi tutti i clock di boost del 14900K - quasi.

Probabilmente la modifica più semplice che si può fare per aumentare le temperature è montare quello che viene chiamato "telaio di contatto". I chip LGA 1700 hanno una forma più lunga e rettangolare rispetto alle precedenti CPU di intel, il che ha creato un piccolo problema: si deformavano leggermente sotto la pressione dell'ILM standard (l'oggetto che si blocca sulla CPU per tenerla saldamente in posizione nel socket). Diverse aziende hanno realizzato telai di contatto modificati per ovviare a questo problema e assicurare che il contatto tra la CPU e il blocco dell'acqua/raffreddatore sia ottimizzato.

Abbiamo provato a montare uno di questi telai e abbiamo riscontrato un lieve calo della temperatura di circa 1,9 gradi Celsius. Osservando l'impronta della pasta termica, è evidente che la cornice di contatto fa una differenza significativa per ottenere un contatto migliore tra l'HIS (la parte superiore della CPU a contatto con il radiatore) e la piastra fredda del radiatore.

Nelle due immagini qui sopra è possibile vedere come si presenta l'impronta della pasta termica con e senza il telaio di contatto montato. A sinistra si può notare che la pasta termica sul bordo centrale destro e sinistro non è completamente compressa. Ciò è dovuto al fatto che l'ILM standard preme molto forte su quei punti esatti della CPU. Nell'immagine di destra si può notare come la cornice di contatto fornisca una pressione uniforme sull'intero IHS che non lo fa "piegare" al centro.

Questa modifica è piuttosto semplice, ma richiede comunque la rimozione dell'ILM standard dalla scheda madre. È inoltre necessario prestare attenzione a quanto si stringono i telai di contatto, poiché una pressione eccessiva o insufficiente può causare problemi quali la mancanza di canali DRAM e così via.

Delidding è un termine che indica quando si toglie il "coperchio" alla CPU. Il "coperchio" si riferisce all'IHS. Nelle CPU moderne questi sono saldati in posizione e possono essere piuttosto difficili da rimuovere, quindi è necessario uno strumento per il delidding.

Questi strumenti sono disponibili in varie forme: quelli che utilizziamo qui sopra sono molto facili da usare. Basta inserire la CPU nella piccola fessura e stringere una vite fino a quando l'IHS non si stacca dalla CPU. L'aspetto negativo di questa operazione è che sia questo strumento che la pasta termica di metallo liquido da utilizzare (per ottenere il massimo dal processo di delidding) costano un bel po'. Abbiamo speso circa 70 dollari per lo strumento di delidding in sé, quindi se dovete delidare solo una singola CPU, questo è un fattore che vale la pena considerare.

Dopo aver rimosso l'IHS, è necessario rimuovere la saldatura dal die della CPU e anche dall'IHS. Se avete acquistato la pasta termica liquida per metalli, potete applicarne una goccia per sciogliere le saldature: strofinatela bene, lasciatela riposare per 5 minuti e poi strofinatela. Potrebbe essere necessario ripetere questo processo alcune volte. Fate attenzione a non colpire i piccoli SMD che si trovano sulla scheda della CPU mentre pulite la saldatura. Questo potrebbe distruggere irreversibilmente la CPU.

È inoltre necessario rimuovere la sostanza nera simile alla gomma presente sul chip. Non utilizzare oggetti metallici, ma raschietti di plastica o carte. Anche in questo caso, fate attenzione a non danneggiare i piccoli componenti del circuito stampato.

A seconda del campione della CPU, potrebbe essere necessario appiattire l'IHS stesso. I nostri campioni presentavano alcuni punti alti al centro, come si può vedere anche nell'immagine qui sopra, dove la placcatura in nichel è stata eliminata, ma solo al centro.

Si può verificare se è necessario effettuare questa operazione posizionando nuovamente l'IHS (dopo aver rimosso tutta la gomma nera e la saldatura) sul PCB. Se l'IHS fa solo contatto con il PCB, è necessario rimuovere altra gomma o levigare leggermente. Dovreste essere in grado di "far ruotare" l'IHS intorno al centro, in quanto sarà solo a contatto con il die della CPU.

Confrontando tutti e tre gli scenari (stock, contact frame e contact frame + delidding con metallo liquido) vediamo che abbiamo ottenuto una riduzione delle temperature di 9,3 gradi Celsius sul pacchetto dalle temperature stock allo scenario migliore. Anche sui core ad alte prestazioni abbiamo registrato un calo delle temperature di circa 8,5 gradi.

Ora, anche se una riduzione di quasi 10 gradi delle temperature sembra piuttosto fantastica, in realtà non ha fatto nulla per noi in questo scenario. Ricordate che abbiamo scritto che abbiamo quasi raggiunto la massima velocità di sovralimentazione con il montaggio di serie?

Nel grafico qui sopra si può vedere che la velocità media sui core ad alte prestazioni del nostro supporto stock e del nostro esperimento piuttosto costoso è quasi la stessa. In effetti, al di là della cornice di contatto non si riscontra più alcun guadagno in termini di prestazioni, poiché la CPU funziona alla massima velocità possibile (senza alcun overclock manuale).

Quindi tutto questo è solo una perdita di tempo? Abbiamo speso 130 dollari per telai a contatto, strumenti per il delid e pasta termica per metallo liquido senza alcun motivo? Non proprio.

Infatti, mentre abbiamo eseguito questi test con temperature del refrigerante di 30 gradi, è improbabile che il vostro sistema sia in grado di raffreddare un loop con una CPU da 360 W fino a 30 gradi con un livello di rumore confortevole per le ventole. Ed è proprio qui che si trovano i vantaggi: lo spazio termico.

Pensate a questo aspetto: con la staffa di serie dovevamo usare acqua fredda a 30 gradi nel nostro circuito per assicurarci che la CPU potesse quasi raggiungere i livelli di boost massimo. Per semplificare la spiegazione, diciamo che la CPU è in grado di raggiungere SOLO il massimo livello di boost a 30 gradi Celsius. Non possiamo far funzionare le nostre ventole a un regime inferiore, ad esempio, a 1600 giri/min, perché è quello necessario per mantenere il refrigerante a questa temperatura.

Ora, se avessimo 10 gradi di margine termico, non dovremmo raffreddare l'acqua a 30 gradi, ma solo a 40 gradi. Ciò significa che possiamo ridurre la velocità delle ventole, poiché non stiamo cercando di raffreddare l'acqua a 10 gradi sopra la temperatura ambiente, ma a 20 gradi.

In alternativa, potremmo sfruttare la maggiore capacità termica per overcloccare ulteriormente la nostra CPU e ottenere maggiori prestazioni (a costo di un maggiore assorbimento di energia, ovviamente).

Se tutto questo valga 130 dollari per voi non possiamo rispondere: per noi è divertente giocare con l'hardware e vedere fino a che punto possiamo spingerlo, ma nel mondo reale i vantaggi sono molto ridotti, soprattutto se utilizzate il PC principalmente per i giochi.

Ma d'altra parte, molte cose non esistono perché hanno senso, ma perché ad alcuni membri della comunità dei costruttori di PC piace continuare a superare i limiti. Dopo tutto, quanto sarebbe noioso se avessimo tutti la stessa scatola beige come tutti gli altri?