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Waterblocks protos à mini-canaux - Page 11/13

Rédigé par David D. - 04/05/2004
Catégorie : Watercooling



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Estimation de la puissance dissipée réelle

Par calorimétrie, on va estimer la puissance réellement dissipée par le processeur overclocké ou non. La valeur obtenue sera soit légèrement sous-estimée soit légèrement surévaluée car on ne peut pas empêcher toutes les pertes thermiques dans les 2 sens, suivant si le PCB sous le socket est plus chaud ou non que le processeur avec tous les autres composants qui apportent leur lot de chaleur par conduction par exemple.

Pour minimiser les pertes par convection entre le fluide et l'air, j'ai pris de l'eau quelques degrés sous la température ambiante et je la fais chauffer quelques degrés au dessus, le peu que je gagnerais au départ sera perdu ensuite quand l'eau aura une température supérieure à l'ambiant. C'est de toute façon très faible car la différence de température entre l'eau et l'air est très petite et les matériaux employés sont considérés comme isolant. Le système est très simple puisqu'il s'agit de faire tourner un certain volume d'eau en boucle sans moyen externe de dissipation, autrement dit un radiateur. Ce que le processeur dissipera dans le bloc se retrouvera donc dans l'eau sous forme d'énergie calorifique que l'on peut déduire après coup par la connaissance des propriétés physiques de l'eau et de l'évolution de la température du système. On considérera que le système (récipient + tuyaux très courts + bloc) est isolé de l'extérieur. Le volume d'eau est dans une fine poche plastique pour éviter le contact avec le récipient en PVC, l'air tout autour étant un excellent isolant thermique.

La capacité calorifique Cp de l'eau entre 21 °C et 27 °C sera prise égale à 4180 J/kg/K. C'est à dire que pour augmenter la température de 1 kg d'eau de 1 °C il faut fournir 4180 J (à 25 °C) et on sait que 1 W = 1 J/s. Le bloc de cuivre pèse 120 g et la capacité calorifique du cuivre est de 385 J/kg/K. Le système qui monte en température est l'ensemble bloc + eau, le reste est négligeable. Les volumes d'eau sont pesés pour pouvoir tout calculer par la suite. A noter qu'ici la puissance dissipée qu'on va mesurer est la somme de ce que rejette le processeur + la puissance dissipée par la pompe immergée (MJ1000). Des mesures antérieures avaient donné une dissipation pour cette MJ1000 de 5 à 7 W dans l'eau. Ce qui nous intéresse c'est la valeur globale de toute façon donc ça n'est pas très grave.

On lance 2 sessions de BurnP6 HP pour profiter de l'HyperThreading et faire chauffer au maximum le P4. Aucun autre soft testé parmi les plus connus ne fait consommer et donc chauffer plus le P4 que celui-là, exit donc 3DMark, Superpi, Prime95 et compagnie. Il suffit de relever précisément la température dans un volume connu d'eau brassée pour avoir la puissance dissipée totale. On obtient une évolution linéaire de la température puisqu'on a très peu de pertes thermiques, on ne fait qu'accumuler de la chaleur.

De tout ça, on déduit facilement les pentes de ces 2 droites. Pour le P4 à 3.4 GHz on augmente la température de 1.76 kg d'eau de 0.6 °C/min. Cela représente une dépense énergétique de (4180*1.76+385*0.12)*0.6 = 4442 J. Le volume d'eau a reçu 4442 J en 1 min soit 4442/60 = 74 J/s soit encore 74 W. On fait de même pour le P4 overclocké et on obtient (4180*1.518+385*0.12)*1/60 = 106.5 W. Cela représente une baisse d'environ 10 à 15 % par rapport aux valeurs maximales théoriques (marge d'erreur sur le relevé de température), il faut encore retirer la puissance donnée par la pompe mais ne pas oublier non plus d'ajouter les quelques watts qui s'en vont par le socket. La valeur théorique annoncée est un maximum inatteignable car il signifie que 100 % des transistors du processeur sont utilisés en même temps, chose impossible. Au mieux on tournera vers les 80-90 % de celle-ci environ. Et encore, la puissance dissipée réelle n'atteindra jamais le niveau le plus élevé qu'on mesure ici en utilisation normale car aucun programme n'engendre une charge aussi élevée que BurnP6, qui ne sert à rien sauf à comparer divers systèmes de refroidissement par exemple.

Cela montre un peu la limite des phrases à sensations, fausses évidemment, du genre : "le processeur dissipe plus de 400 W" que l'on entends parfois lors de records au LN2 notamment avec des Vcore poussés très haut. Les relevés de puissances effectués ici sont faits à la charge maximale que le processeur est capable de fournir, chose infaisable lors des records. En Idle ou petits calculs rapides, les puissances dissipées sont nettement inférieures et on doit dissiper quelque chose comme 150-200 W et guère plus car c'est toujours en screen max à très grande instabilité. L'étage d'alimentation de la carte mère ne supporterait pas bien longtemps le passage d'un courant global de plus de 150 A ! Sur l'étage à 4 phases de l'Epox, les MOSFETs et bobines de filtrage sont très vite intouchables, à cause du fort courant qui circule dedans, surtout lorsque l'on overclocke sans y adjoindre des radiateurs pour les aider à dissiper (en utilisation normale au Vcore d'origine ca ne chauffe pas beaucoup). Pareil pour l'alimentation (Fortron 350 W) qui commence à chauffer bien fort lors de ces tests en Full Load. Imaginez un peu ce qu'elle débite en amont pour pallier à toutes les pertes électriques par effet Joule dans tout l'étage d'alimentation notamment, et imaginez ensuite l'alimentation qu'il faudrait avec un processeur qui demanderait 300 W ou plus de puissance effective... Illustration du chauffage d'un étage d'alimentation par photo infrarouge et analyse :

A noter qu'il y a plusieurs méthodes différentes de connaître la puissance dissipée réelle et qu'il serait intéressant de les comparer pour avoir accès à certaines informations difficilement quantifiables comme les pertes secondaires vers le socket, qui varient d'une carte mère à une autre et d'un bloc à un autre. Parmi celles qu'on peut mettre en oeuvre, on peut citer la mesure directe de la puissance consommée (tout est dégradé en chaleur, pas de travail mécanique, loi de conservation énergétique) en mesurant U et I directement à l'étage d'alimentation, ce qui nécessite de trafiquer légèrement les composants pour pouvoir y intégrer une pince ampéremétrique ou des résistances de shunt de très faible valeur (courant continu haute fréquence qui circule donc incidence à évaluer). Une méthode calorimétrique directe en mesurant la température avant et après le bloc (à 0.01 °C près minimum) en connaissant le débit précisément est également réalisable. Certaines de ces méthodes ont été comparées sur le forum de Procooling avec des résultats tout à fait concordants. On peut citer par exemple qu'un Tbred 2200 MHz @1.85 V à pleine charge (BurnK7) dissipe réellement dans plusieurs waterblocks environ 80 W par 2 méthodes distinctes (il faut rajouter quelques watts qui partent dans le socket suivant la température du PCB). On est loin des 113 W théoriques...

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