Вступление
Данная небольшая заметка была создана, как это всегда происходит, случайно. На создание этой заметки натолкнула новость с компьютерной выставки «GAMESCOM 2024». На упомянутой выставке компания ASUSTeK Computer Inc., известная по торговой марке ASUS, представила инновационный блок питания для компьютеров в формате ATX.
Представленные блоки питания моделей ROG THOR III 1600W и ROG Strix 1000W интересны тем, что используют транзисторы, сделанные на основе нитрида галлия (GaN), и позволяют увеличить эффективность работы электрических компонентов блока питания. Стало известно о том, что оба упомянутых блока питания способны обеспечить рекордно высокий уровень КПД прибора, вплоть до значений в 96% (в лучших условиях). Но нас в этой новости заинтересовали не блоки питания, а нечто другое.
В данной небольшой заметке мы решили вспомнить о том, насколько действительно надёжны современные электронные компоненты, применяемые в современных бытовых компьютерах.
История видеокарт
Современная компьютерная индустрия идёт по пути увеличения мощности приборов и увеличения выделения тепла (показатель TDP) компонентов. Как известно, при увеличении тепловыделения страдает надёжность приборов и компонентов, из которых они построены. Для устранения недостатоков, вызванных повышенным нагревом, разработчики аппаратуры обычно применяют улучшенные и более эффективные системы охлаждения. Ключевое слово здесь – «обычно».
Как мы знаем, практически все современные материнские платы для компьютеров оснащены радиаторами в зоне регулятора напряжения VRM (англ.: Voltage Regutaion Module). Тепловыделение от современных компьютерных комплектующих стало значительно больше, чем оно было 10, 20, 30 и даже 40 лет назад. Замечательным примером этого факта являются современные материнские платы, обвешанные огромными радиаторами, и графические ускорители, называемые попросту видеокартами.
Дабы не быть голословными, обратимся к предкам и истории.
Старые видеокарты S3 Trio имели настолько низкое выделение тепла, что вообще не имели ни одного радиатора.
Позднее, стали появляться видеокарты, которые начали греться довольно ощутимо. На них появились алюминиевые радиаторы, выполняющие роль пассивной системы охлаждения.
Далее, видеокарты становились всё горячее и горячее. Теплопроводности алюминия стало нехватать и на видеокартах стали появляться медные радиаторы на чипе GPU и чипах памяти VRAM. Кроме того зона питания, то есть зона VRM, стала настолько горячей, что потребовала прикрывать её радиаторами так же, как и остальные горячие места платы.
На следующих поколениях видеокарт появились системы охлаждения с тепловыми трубками, позволяющими радикально увеличить площадь радиаторов. Видеокарты перестали вмещаться в стандартный слот расширения ATX, и это стало началом безумной гонки. Произошёл резкий скачок тепловыделения видеокарт, и производители компьютерных комплектующих вступили в бессмысленную борьбу со здравым смыслом.
Самое современное поколение видеокарт компании nVidia использует просто гигантскую по меркам стандарта ATX систему охлаждения, занимающую 3 слота расширения. Напомним о том, что изначально стандарт ATX предполагал, что все платы расширения должны занимать ровно один слот расширения. Компания nVidia явно пошла путём игнорирования стандарта и здравого смысла. Просто, оцените размер этого «чемодана без ручки» под названием GeForce RTX 4090.
Украшенные блестяшками и RGB светодиодами, современные видеокарты преподносятся компанией nVidia как шедевр компьютеростроения. Но по факту, мы имеем лишь безумно высокое тепловыделение, гигантские размеры и полную непригодность к ремонту в случае выхода видеокарты из строя.
Ultra Durable
Для понимания того, к чему мы ведём разговор, нужно вспомнить 2005 год. Примерно в это время в бытовых компьютерах стали появляться электрические конденсаторы, использующие полимер вместо электролита. Эти конденсаторы коротко называются твёрдотельными.
Твёрдотельные электрические конденсаторы, по сравнению с электролитными, имеют улучшенные характеристики. Самым важным из их преимуществ является увеличнное время работы и, следовательно, увеличенный срок гарантии на приборы, в которых такие конденсаторы установлены.
Компания Gigabyte была одной из лидеров среди производителей материнских плат в период 2005 — 2008 годов. Помогла ей в этом её технология Ultra Durable. Приведём сюда скриншот их сайта, содержащий историю этой технологии.
Компания Gigabyte использовала в своих материнских платах для ПК японские твёрдотельные конденсаторы с завяленным гарантированным временем работы в 50 тысяч часов. При этом важно понимать, что заявленное время работы гарантировалось лишь в нормальных условиях эксплуатации. Нормальными условиями при этом было соблюдение температуры не более 85 градусов по шкале Цельсия. Этот факт является критически важным для понимания всей современной компьютерной индустрии человечества.
На той же странице сайта компании Gigabyte есть полезная таблица, описывающая срок жизни установленных японских твёрдотельных конденсаторов в зависимости от рабочей температуры.
Как мы видим из таблицы, 50 000 часов были заявлены для рабочей температуры в 85 градусов Цельсия. При повышении температуры до 95 градусов срок жизни конденсаторов стремительно падает почти в 4 раза, до значения примерно 15 000 часов. При понижении температуры до 75 градусов срок жизни конденсаторов увеличивается до 158 000 часов, а при рабочей температуре в 65 градусов срок жизни улетает вверх в 10 раз, до значения в 500 тысяч часов.
Что всё это значит и почему мы потратили столько времени и слов на описание истории видеокарт ?
Современные графические ускорители компании nVidia придерживаются принципа, состоящего в следующем. Температура графического чипа GPU nVidia в самом горячем его месте, т. е. в месте так называем «Хот Спот» (от англ.: Hot Spot), может повышаться до температуры в 110 градусов Цельсия. Не 85, и даже не 95, а 110 градусов цельсия ! При этом, температура зоны питания, т. е. зоны VRM, не регламентируется производителем, но мы можем догадаться о том, что чип GPU нагревает своё окружение, включая текстолит и его компоненты до очень высоких температур. На некоторых современных видеокартах есть датчик температуры в зоне питания VRM. При этом, на старых видеокартах его не было.
Судя по всему, современные видеокарты стали настолько сильно греться, что производители были вынуждены устанавливать температурные датчики в зону VRM для того чтобы элементарно не сжечь видеокарту до окончания её гарантийного срока !
А теперь, внимание вопрос
Сколько часов проживут конденсаторы на современных видеокартах nVidia серии 4000 ?
Мы не будем ни на что намекать. Мы скажем прямо. Срок работы современной электроники напрямую зависит от рабочей температуры электрических конденсаторов. Является ли всё это механизмом запланированного устаревания электроники, зрители и читатели могут решить своим собственным умом.
Спасибо за внимание.