Тестирование термопаст
Cooler Master ThermalFusion 400
Cooler Master Thermal Compound Kit
Методика и результаты тестирования
Даже энтузиасты, самостоятельно собирающие компьютеры, редко обращают внимание на марку термопасты и зачастую используют ту, что идет в комплекте с кулером или есть под рукой. Но все ли термопасты одинаково эффективны? Мы постараемся ответить на этот вопрос и по результатам тестирования выберем лучшую термопасту из тех, что можно купить в магазине.
Теоретические основы
Прежде чем рассматривать результаты тестирования, давайте разберемся с теорией и выясним, зачем вообще нужна термопаста.
Сначала напомним читателям общие сведения из курса теплофизики.
Согласно закону Фурье, количество теплоты, проходящее через элемент изотермической поверхности (поверхности, все точки которой имеют одинаковую температуру) dS за промежуток времени dτ, пропорционально температурному градиенту:
Множитель λ, измеряемый в [Вт/(м·К)], называется коэффициентом теплопроводности.
В данном выражении знак «минус» указывает на то, что теплота передается от более горячих тел к менее горячим, то есть градиент температуры отрицателен.
Количество теплоты, прошедшее в единицу времени через единицу изотермической поверхности, называется плотностью теплового потока:
Таким образом, плотность теплового потока прямо пропорциональна градиенту температуры.
Если речь идет о стационарном потоке тепла от одной грани параллелепипеда к другой, то количество теплоты, проходящее через изотермическую грань параллелепипеда в единицу времени (тепловой поток), равно:
где λ — длина параллелепипеда; S — площадь грани; ΔT — перепад температур между гранями.
Если рассмотреть границу перехода между двумя различными средами и предположить, что граничные поверхности обеих сред изотермические, то количество теплоты, проходящее в единицу времени через границу раздела двух сред, прямо пропорционально разнице температур граничащих поверхностей:
W = α12 · S · ΔT
где S — площади контакта поверхностей; ΔT — разность температур; α12 — коэффициент теплоотдачи, зависящий от контактирующих материалов.
А теперь попытаемся применить приведенные ранее уравнения к системе «процессор — радиатор кулера».
Прежде всего отметим, что если бы поверхность процессора и прилегающая к ней поверхность радиатора были идеально гладкими, то тепловой поток через границу «процессор — радиатор» определялся бы по формуле:
W = α12 · S · (T1 – T2)
где T1 — температура поверхности процессора, T2 — температура нижней поверхности радиатора.
Однако поверхности крышки процессора и подошва радиатора не идеально гладкие. При соприкосновении этих поверхностей между ними образуются микроскопические пустоты, заполненные воздухом. А воздух, как известно, очень плохо проводит тепло, и эффективность отвода тепла через границу раздела двух таких сред с неидеальными поверхностями оказывается не слишком высокой. Для того чтобы нивелировать шероховатость поверхностей радиатора и крышки процессора, используют термопасту, которая заполняет все микропустоты и вытесняет оттуда воздух. При применении термопасты процесс переноса тепла от процессора к радиатору выглядит следующим образом: передача тепла между поверхностью крышки процессора и нижней границей слоя термопасты, передача тепла в самом слое термопасты и передача тепла между верхней границей слоя термопасты и нижней поверхностью радиатора.
Тепловой поток через границу «крышка процессора — термопаста» можно записать в виде:
W = α12SΔT1
где ΔT1 — разность температур на границе контакта микросхемы и термопасты; α12 — коэффициент теплоотдачи между поверхностью микросхемы и термопастой.
Тепловой поток внутри слоя термопасты можно записать в виде:
W = (λSΔT2)/l
где λ — коэффициент теплопроводности термопасты; l — толщина слоя термопасты; T2 — разность температур между нижним и верхним слоями термопасты.
Тепловой поток через границу «термопаста — радиатор» записывается в виде:
W = α23SΔT3
где ΔT3 — разность температур на границе контакта микросхемы и термопасты; α23 — коэффициент теплоотдачи между термопастой и поверхностью радиатора.
С учетом того, что тепловой поток на всех участках теплообмена должен оставаться неизменным, мы имеем:
W = α12SΔT1 = (λSΔT2)/l = α23SΔT3
Принимая во внимание, что сумма разностей температур равна общей разности температур, то есть ΔT = ΔT1 + ΔT2 + ΔT3, получаем:
Если обозначить
то тепловой поток между поверхностью микросхемы и радиатором через слой термопасты будет записан в виде: W = kSΔT.
Коэффициент k называют коэффициентом теплопередачи. Чем он выше, тем эффективнее осуществляется отвод тепла от процессора. Для эффективного теплоотвода (высокий коэффициент теплопередачи) термопаста должна иметь высокий коэффициент теплоотдачи между крышкой процессора и термопастой и между термопастой и радиатором, а также большой коэффициент теплопроводности и как можно меньшую толщину слоя.
Отсюда первый вывод: не нужно наносить термопасту на поверхность процессора толстым слоем. Чем тоньше слой термопасты, тем эффективнее будет отвод тепла.
Что касается коэффициента теплопроводности термопасты, то нужно понимать, что он в десятки и даже сотни раз ниже коэффициентов теплопроводности металлов. Среди металлов самым высоким коэффициентом теплопроводности обладает серебро (407 Вт/м·K), а типичная теплопроводность термопасты составляет единицы Вт/м·K.
Для того чтобы повысить коэффициент теплопроводности термопасты, в нее добавляют разного рода металлическую пыль или пыль оксидов некоторых металлов. Кроме того, встречаются термопасты, содержащие алмазную пыль, — ведь алмаз обладает очень высокой теплопроводностью — 1001-2600 Вт/м·K. Вообще, самую высокую теплопроводность имеет графен — (4840±440) — (5300±480) Вт/м·K, однако о термопастах с добавлением графена мы пока не слышали (видимо, это связано с дороговизной его производства). Но, скорее всего, именно графен будет использоваться в качестве наполнителя для термопаст в будущем, когда его производство станет дешевым.
Итак, мы вкратце изложили теорию термопаст, а в заключение еще раз подчеркнем, что термопаста нужна исключительно для того, чтобы уменьшить негативное влияние шероховатости поверхности радиатора и процессора на отвод тепла, и чем тоньше слой термопасты, тем лучше.
Теперь самое время познакомиться с участниками тестирования.
Участники тестирования
Arctic MX-2
Термопаста Arctic MX-2 производится швейцарской компанией Arctic Cooling. Она выпускается в шприцах по 4, 8, 30 и 65 г. Согласно техническим характеристикам, плотность термопасты составляет 3,96 г/см3, а динамическая вязкость — 850 П.
Коэффициент теплопроводности пасты Arctic MX-2 равен 5,6 Вт/м·K.
Arctic MX-4
Arctic MX-4 — это еще одна термопаста от швейцарской компании Arctic Cooling. Она выпускается в шприцах по 4 и 20 г.
Согласно техническим характеристикам, плотность данной термопасты составляет 2,5 г/см3, а динамическая вязкость — 870 П.
Коэффициент теплопроводности пасты Arctic MX-4 равен 8,5 Вт/м·K.
Если сравнивать пасту Arctic MX-4 с пастой Arctic MX-2, то по техническим характеристикам она лучше в плане теплопроводности, но немного более густая. В целом же они очень похожи друг на друга. Стоимость пасты Arctic MX-4 в расфасовке по 4 г составляет 9,90 долл., а пасты Arctic MX-2 в таком же количестве — 7,90 долл.
КПТ-8
Отечественная термопаста КПТ-8, пожалуй, самая распространенная на российском рынке. Выпускает ее московское ООО «Пайка и монтаж».
Паста КПТ-8 представляет собой вязкую белую массу c кремнийорганическим наполнением. Заявленный коэффициент теплопроводности при температуре 100 °C — не менее 0,65 Вт/м·K, а при температуре 20 °C — не менее 0,7 Вт/м·K. Плотность пасты КПТ-8 составляет 2,6-3,0 г/см2. Паста КПТ-8 не горюча, не взрывоопасна, химически инертна и не обладает какимлибо раздражающим или токсическим воздействием на человека.
По характеристикам она уступает практически всем своим конкурентам, но это с лихвой компенсируется ее низкой стоимостью и доступностью.
Cooler Master ThermalFusion 400
Термопасты компании Cooler Master поставляются и как отдельный продукт, и в комплекте с кулером. В частности, это касается термопасты Cooler Master ThermalFusion 400, которая входит в комплект поставки кулера V10. Разница лишь в том, что при покупке термопасты как отдельного продукта вы получаете шприц с лопаткой для ее нанесения, а кулер комплектуется термопастой в мизерном количестве (на один раз) в полиэтиленовой упаковке.
Термопаста Cooler Master ThermalFusion 400 имеет серый цвет. Ее заявленная теплопроводность составляет 2,89 Вт/м·K, что довольно скромно по современным меркам. Термопаста вязкая, удобно наносится на поверхность процессора, не высыхает и не проводит электрический ток.
Cooler Master Thermal Compound Kit
Еще одна термопаста от компании Cooler Master, которая не продается как самостоятельный продукт. Этой термопастой, которую мы условно назвали Cooler Master Thermal Compound Kit, комплектуются многие модели кулеров Cooler Master.
Поставляется она в маленьком шприце, содержащем 1-2 г продукта. Это густая паста серого цвета. К сожалению, никаких технических характеристик данной термопасты не приводится.
Noctua NT-H1
Термопаста NT-H1 от австрийской компании Noctua поставляется и в комплекте с кулерами, и как отдельный продукт.
Термопаста фасуется в пластиковый шприц. Согласно спецификации, термопаста Noctua NT-H1 имеет плотность 2,49 г/см3, а диапазон рабочей температуры для нее составляет от –40 до +90 °C. Данных по теплопроводности производитель не указывает.
Термопаста Noctua NT-H1 имеет серый цвет, очень густая, но пластичная. Наносится она довольно легко.
Prolimatech PK-1
Термопасту Prolimatech PK-1 можно купить и отдельно, и в комплекте с кулерами компании Prolimatech.
Она поставляется в шприце по 5 или 30 г, а также в полиэтиленовом пакетике в количестве 1 г.
Согласно данным производителя, данная термопаста имеет плотность 3,2 г/см3, а ее коэффициент теплопроводности составляет 10,2 Вт/м·K. Кроме того, производитель указывает состав термопасты: 60-85% Al, 15-25% ZnO, 12-20% масла и 0,5-2% антиоксиданта.
Thermalright Chill Factor III
Термопасту Thermalright Chill Factor III можно купить и отдельно, и в комплекте с кулерами Thermalright. В поставку кулеров входит шприц с термопастой весом 2 г, а в качестве отдельного продукта термопаста Thermalright Chill Factor III продается в расфасовке по 4 г (упаковка в виде шприца).
Согласно данным производителя, коэффициент теплопроводности термопасты составляет 3,5 Вт/м·К. Цвет серый. Консистенция термопасты вязкая, но она очень пластичная и легко наносится.
GlacialStars IceTherm I
GlacialStars IceTherm I — это термопаста от тайваньской компании GlacialTech. Она поставляется в шприце на 1,5 г. В комплект также входит лопатка для нанесения термопасты.
Согласно данным производителя, коэффициент теплопроводности этой термопасты составляет 4,5 Вт/м·К, а рабочий диапазон — от –30 до +180 °С.
GlacialStars IceTherm II
GlacialStars IceTherm II — это более продвинутый и более дорогой вариант термопасты от компании GlacialTech. Эта термопаста тоже поставляется в шприце, а в комплект также входит лопатка для нанесения.
Согласно данным производителя, коэффициент теплопроводности этой термопасты составляет 8,1 Вт/м·К, а рабочий диапазон — от –40 до +100 °С.
OCZ Freeze Extreme
В настоящее время компания OCZ не занимается производством систем охлаждения, и купить термопасту OCZ Freeze Extreme вам вряд ли удастся. Тем не менее раньше эта термопаста и продавалась как отдельный продукт, и поставлялась в комплекте с кулерами OCZ, а потому мы решили включить ее в наш обзор.
Итак, термопаста OCZ Freeze Extreme поставляется в шприце с расфасовкой 3 г.
Согласно заявленным техническим характеристикам, коэффициент теплопроводности этой термопасты составляет 3,8 Вт/м·К, а ее плотность — 3,5 г/см3.
Stars Soft pack
Данная термопаста от малоизвестной компании Stars поставляется в бумажном пакете, и ее хватит только на один раз. Никаких технических характеристик производитель не указывает, так что данная термопаста — кот в мешке. Причем найти сайт производителя тоже оказалось нетривиальной задачей. А вот предложений о покупке этой термопасты через интернет-магазины довольно много. Что ж, посмотрим, имеет ли смысл приобретать этот noname.
Titan TTG-S103/S104
Термопасты Titan TTG-S103/S104 — это классический вариант так называемых серебрянок. Они имеют серебристый цвет и сильно пачкаются. Важно подчеркнуть, что серебра как такового в них нет. Термопасты Titan TTG-S103/S104 поставляются и вместе с кулерами Titan, и как отдельный продукт, но в настоящий момент уже не производятся. Именно поэтому никакой технической информации о них на сайте производителя нет.
Различие между TTG-S103 и TTG-S104 заключается лишь в том, что TTG-S103 фасуется в пакет, а TTG-S104 — в шприц.
Zalman ZM-STG1
Термопаста Zalman ZM-STG1 поставляется и как отдельный продукт, и в комплекте с кулерами. Естественно, упаковка термопасты как отдельного продукта и в комплектации к кулеру различна. Так, если термопаста поставляется вместе с кулером, то это небольшой шприц, в котором термопасты хватит только на один раз. А если это отдельный продукт, то термопаста фасуется в стеклянный флакон, в каком продается лак для ногтей.
Согласно заявленным техническим характеристикам, теплопроводность этой термопасты составляет 4 Вт/м·К, плотность — 2,42 г/см3, а рабочая температура — до 150 °С.
Zalman ZM-TG2
Термопаста Zalman ZM-TG2 предлагается и как отдельный продукт, и в комплекте с кулерами. Правда, вместе с кулерами эта термопаста поставляется в маленьком тюбике, на котором отсутствует маркировка ZM-TG2. Впрочем, этот факт не мешает распознать термопасту ZM-TG2 по техническим характеристикам, приводимым на тюбике. Итак, согласно заявленным техническим характеристикам, теплопроводность этой термопасты составляет 1,2 Вт/м·К, плотность — 2,6 г/см3, а рабочая температура — до 125 °С.
Thermaltake
Термопаста Thermaltake в маленьком шприце с черной этикеткой и красным колпачком поставляется только в комплекте с кулерами Thermaltake. К сожалению, выяснить ее полное название, равно как и технические характеристики, не представляется возможным.
На этикетке есть лишь надпись, обещающая, что Thermaltake охладит всю вашу жизнь («Thermaltake cool all your life»). На этом все сведения о продукте заканчиваются. Цвет термопасты светло-серый.
Методика и результаты тестирования
Для тестирования термопаст мы использовали тест следующей конфигурации:
- процессор — Intel Core i7-3770K;
- кулер — Intel Box;
- материнская плата — ASUS P8Z77-V PRO;
- память — 4 Гбайт DDR3-1600;
- накопитель — Intel SSD 520 Series 240 Гбайт;
- операционная система — Windows 7 Ultimate (64 bit).
В настройках BIOS материнской платы скорость вращения вентилятора кулера процессора устанавливалась максимальной.
Экстремальная загрузка (а соответственно и нагрев) процессора осуществлялся с помощью утилиты AIDA64 (тест CPU FPU). Эта же утилита применялась для контроля температуры ядер процессора.
Первоначально мы провели тестирование без термопасты вообще. В этом случае температура процессора достигала 105 °С и включался режим тепловой защиты Throttling.
Результаты тестирования термопаст представлены на диаграмме.
Результаты тестирования термопаст
Прежде всего отметим, что за счет термопасты температура процессора в тесте может различаться на 11 °С. Так, при использовании термопасты Titan TTG-S103/S104 температура процессора в нашем тесте составила 86 °С, а в случае применения термопасты Zalman ZM-STG1 — 75 °С.
Лучшей в нашем тестировании оказалась термопаста Zalman ZM-STG1, однако, учитывая неизбежную погрешность измерений, мы отнесли к категории лучших следующие термопасты: Zalman ZM-STG1, GlacialStars IceTherm II, OCZ Freeze Extreme и Thermaltake.
Одна из самых популярных термопаст КПТ-8 оказалась на предпоследнем месте, обойдя по эффективности только термопасты Titan. Что ж, как видите, популярность и эффективность — это далеко не одно и то же.
Итак, вывод можно сделать следующий. Если вы занимаетесь разгоном процессора и каждый градус для вас на вес золота, то выбирайте термопасту Zalman ZM-STG1 или GlacialStars IceTherm II (их можно купить и как отдельный продукт).
Если же вы не сторонник разгона, то и не стоит «париться». Берите первую попавшуюся термопасту, поскольку любая из них в штатном режиме работы процессора обеспечивает достаточную теплопроводность.
 |
|
