Тест на прочность: выжимаем максимум из воздушного охлаждения ПК

Привет, SE7EN!

В очередной публикации нашего цикла мы проанализируем эффективность конфигурации на воздушном охлаждении. Это позволит сформировать базовые метрики и получить конкретные точки отсчета для дальнейшего сравнения с той же системой после ее перевода на иммерсионное охлаждение.

Ранее мы рассказывали:

Почему мы решили делать иммерсионное охлаждение домашнего ПК

В какую жидкость будем погружать и почему

Целевые показатели

Основную сферу применения жидкостных систем мы видим в высокопроизводительных конфигурациях, функционирующих на пределе возможностей в непрерывном режиме (рендер-фермы, Подготовительный этап

Напомним конфигурацию тестового стенда:

• Материнская плата: ASUS Z170A

• Процессор: Intel Core i5-6600K с разгоном по множителю до 4,1 ГГц

• Видеокарта: AMD Radeon HD7990 (два графических чипа на одной плате)

• Оперативная память: 4х16 ГБ DDR4 на частоте 2400 МГц

• Накопитель: SATA SSD 256 ГБ

• Блок питания: 1 кВт, сертификат 80 Plus Gold

Системный блок был тщательно очищен от пыли, выполнен аккуратный кабель-менеджмент (избытки проводов аккуратно уложены за задней стенкой), а термопаста на процессоре заменена. Текущая схема движения воздушных потоков приведена ниже:

Графический адаптер приобретался специально под эту сборку как устройство с высоким тепловыделением. Было известно, что карта эксплуатировалась в майнинге, поэтому термопасту на ней тоже обновили. Однако стартовые тесты выявили неэффективность проведенного обслуживания: подсистемы питания (VRM) видеокарты прогрелись выше 130 градусов. Стало очевидно, что термопрокладки также требуют замены. Зрелище было удручающим!

После очистки и полной замены расходников, на всякий случай повторно обновили термоинтерфейс на самих чипах GPU и собрали устройство обратно (см. фото ниже).

Температуры VRM опустились ниже показателей самих ядер. Раз уж ситуация стабилизировалась, почему бы не опробовать умеренный разгон? Опуская подробности процесса, отметим, что в данной конфигурации нагрузочное динамическое тестирование в FurMark 3D в режиме поиска артефактов не выявило никаких дефектов изображения. Для повседневных задач можно было бы задействовать и более агрессивный разгон, однако сканер артефактов сигнализировал о появлении микроошибок. Итоговые параметры разгона (одинаковые для обоих графических процессоров) представлены на скриншоте. Использовался исключительно штатный драйвер без манипуляций с напряжением.

Применяется актуальная версия драйвера Pro Enterprise. Серия Adrenaline в некоторых тестах демонстрировала некорректное поведение и худшие показатели в бенчмарках.

Логирование

Для сбора телеметрии использовалась утилита HWiNFO64, оригинальные логи будут доступны для скачивания. Настройки мониторинга оставались неизменными во всех сериях тестов.

Условия проведения тестов

Испытания проводились при стандартном размещении системного блока под столом со всеми закрытыми панелями. Задняя стенка находилась на расстоянии не менее 20 см от стены, а боковая перфорированная панель ничем не перекрывалась. Скорости вращения вентиляторов оставлены на заводских пресетах, за исключением процессорного кулера, для которого была скорректирована кривая оборотов.

В стресс-тесте OCCT Power пиковое энергопотребление из розетки достигло 701 Вт.

Максимальный уровень шума составил 75 дБА.

Температура в помещении в ходе всех замеров удерживалась в пределах 22,8–25,1 °С.

Описание тестов

Для максимально объективной оценки мы выстроили следующую методологию:

1. Длительный стресс-тест в рендер-бенчмарке LuxMark v3.1 с одновременным запуском дополнительной нагрузки на ЦП через HWiNFO.

   a. Стабильное испытание, максимально нагружающее оба графических чипа без ухода в троттлинг, дополненное нагрузкой на процессор для комплексной оценки кулера.
   b. Цель — зафиксировать состояние ПК при достижении теплового равновесия под максимальной стационарной нагрузкой.
   c. Аналогия из реальной жизни — автомобиль долго едет по прямой трассе на круиз-контроле в оптимальном режиме двигателя, а мы фиксируем ключевые показатели.

2. Бенчмарк в LuxMark v3.1.

   a. Фиксированная по времени стабильная нагрузка, в том числе с многократным повторением прогонов.
   b. Цель — определить производительность в штатном режиме без экстремального нагрева.
   c. Аналогия — измерение расстояния, пройденного транспортным средством за строго определенное время.

3. Продолжительный тест в FurMark («бублик») на экстремальных настройках.

   a. Создание заведомо невыполнимых условий для проверки запаса прочности на пике возможностей.
   b. Цель — как можно быстрее «дожать» видеокарту до срабатывания температурной защиты (T-state) и замерить время до потери стабильности.
   c. Аналогия — зафиксировать автомобиль у стены, полностью выжать педаль газа и засечь время до поломки.

4. Бенчмарк в FurMark на экстремальных настройках.

   a. Оценка производительности в запредельных условиях.
   b. Цель — зафиксировать кратковременный пиковый потенциал железа.
   c. Аналогия — отправить старый автомобиль на Нюрнбургринг с мыслью, что после финиша он отправится на свалку.

5. Длительный тест в FurMark на сбалансированных настройках.

   a. Задача на грани возможностей графического адаптера для проверки стабильности в максимальном, но разумном режиме.
   b. Цель — определить продолжительность работы на пределе и общий тепловой порог системы.
   c. Аналогия — суточная гонка «24 часа Ле-Мана».

6. Бенчмарк в FurMark на адекватных настройках.

   a. Оценка производительности на пике возможностей, в том числе в условиях наступающего троттлинга.
   b. Анализ кратковременной и долговременной стабильности максимальной производительности.
   c. Аналогия — замер времени прохождения круга на обычной гоночной трассе.

Тесты, не вошедшие в итоговый материал

Ряд тестов проводился или планировался изначально, но побочные факторы заставили скрыть их под спойлер:

1. Power Test в OCCT. Демонстрирует нестабильную работу с видеодрайвером: то игнорирует карту вовсе, то сваливает ее в режим T-state, то функционирует адекватно (хотя на финальной конфигурации стабильность пропала совсем).
2. Реальный рендеринг в специализированном ПО. Устаревшая графическая карта не поддерживает современные стандарты. Для тестов требовалось ставить старые версии софта с поддержкой OpenCL, но поскольку никто из нас профессионально рендером не занимался, мы усомнились в корректности созданной тестовой сцены.
3. Игровая производительность. На гейминг банально не хватило времени, к тому же игровая нагрузка обладает высокой степенью стохастичности.

Результаты тестов

Для наглядности собранные метрики визуализированы в виде графиков. Значения частот указаны с делением на 100.

Стоит отметить, что из-за особенностей компоновки и системы охлаждения видеокарты первый графический чип всегда греется сильнее второго. Соответственно, лимиты производительности первыми достигаются на нем, однако из-за общего контура охлаждения второй чип никогда не выходит на критические значения.

Длительный тест в LuxMark v3.1 + максимальная нагрузка на ЦП

Нагрузка на оба GPU стабильна и держится на отметке 99%. Частоты чипов составляют 1050 МГц без каких-либо просадок. Температурные показатели обоих GPU, процессора и внутреннего датчика Т1 зафиксировались на отметках 93, 88, 69 и 51 °С соответственно.

Аналогичный 24-часовой тест завершился с идентичными результаты, однако из-за сбоя в системе логирования данные оказались повреждены и не подлежат восстановлению.

Бенчмарк в LuxMark v3.1

Было выполнено пять последовательных прогонов с минимальными интервалами. Результаты тестов распределились следующим образом: 5575, 5620, 5608, 5613 и 5615 баллов.

Поведение частот и загрузки видеоядер аналогично предыдущему сценарию, температуры также вышли на стабильные плато.

Длительный тест в FurMark на экстремальных настройках (Full HD).

Здесь и далее использовался FurMark версии 2.10.2 в полноэкранном режиме с активированным Crossfire.

Видеокарта не справляется с удержанием 100% нагрузки, показатель периодически проседает до 60%. Частоты также падают: штатные 1050 МГц не удерживаются вовсе, снижаясь примерно до 998 МГц. Спустя 2 минуты 46 секунд с момента старта температура первого графического чипа добирается до отметки 103 °С, что соответствует максимальному порогу допуска, после чего адаптер сваливается в защитный режим T-state.

Бенчмарк в FurMark на экстремальных настройках (Full HD).

Было проведено несколько испытаний:

Первое — с теми же параметрами, что и в долгосрочном тесте. Второе — в оконном режиме для оперативного отключения Crossfire, затем период на охлаждение, и третье — аналогичное первому.

Количество кадров за 60 секунд составило: 5786, 3003 и 5884 соответственно.

Проведение тестов подряд неизбежно привело бы к повторению результатов долгого теста, в чем не было смысла, поскольку карта уже продемонстрировала свои пределы.

Длительный тест в FurMark на адекватных настройках (VGA 640×480).

Переходим к самому показательному и важному испытанию в серии. Сниженное разрешение сцены позволяет видеокарте справляться с нагрузкой в течение долгого времени, но оно все еще достаточно велико для провокации общего перегрева системы. Охлаждение осуществляется за счет воздуха внутри корпуса. По мере прогрева всех компонентов температура поступающего на видеокарту воздуха растет, снижая эффективность кулера и смещая точку теплового равновесия. Искомый режим был найден именно в разрешении VGA:

Первые 7 минут 14 секунд видеокарта функционирует на пике возможностей: частота стабильно держится на 1050 МГц, загрузка составляет около 95%.
Затем температура первого чипа пересекает отметку 101 °С, после чего частота падает до безопасных 998 МГц. На пониженной частоте загрузка теряет стабильность, колеблясь в диапазоне 91–100%, и начинается затяжная фаза троттлинга.
Ее начало отлично прослеживается по графику среднего FPS (падение со ~166 до ~160), графику частоты первого GPU (линии графических процессоров расходятся) и графику загрузки GPU1 (ровная линия начинает демонстрировать колебания).

Однако этот режим не является стационарным в отличие от классического рендеринга. Температура внутри корпуса продолжает расти, а пиковая температура чипа постепенно ползет вверх.
Троттлинг продолжается 31 минуту 32 секунды (спустя 38 минут 46 секунд от старта), после чего температура первого GPU достигает заветных 103 °С, и карта проваливается в защитный режим T-state, обрушая показатели производительности.

Бенчмарк в FurMark на адекватных настройках (VGA 640×480).

А здесь автора подвело банальное упущение. Воодушевленный успешным завершением сорока минут теста и оставив систему остывать, он благополучно забыл зафиксировать результаты бенчмарка в стандартных режимах, приступив к разборке стенда ради следующей статьи, ради которой все и затевалось.

Тем не менее, зная механику работы бенчмарка FurMark, мы можем достоверно восстановить метрики на основе данных долгого теста. Баллы в бенчмарке — это не абстрактные очки, а точное количество кадров, отрисованных за 60 секунд:

Принося извинения за эту оплошность и обещая впредь действовать внимательнее, автор восстанавливает эталонные показатели по материалам предыдущего теста:

Режим	Средний FPS	Оценка бенчмарка
Пиковый	164,9	9894
Троттлинг	159,6	9576

Метрики в состоянии T-state не несут полезной информации, для восстановления работоспособности требуется полная перезагрузка системы.

Заключение

Нам удалось комплексно оценить производительность воздушной системы охлаждения по ряду параметров, включая:

1.    Тепловые режимы всех узлов при продолжительном стационарном рендеринге.

2.    Результаты синтетических испытаний в контролируемых условиях со сбором сопутствующей телеметрии.

3.    Время срабатывания защитных механизмов от перегрева.

Объем собранных данных оказался настолько велик, что поместить их все в рамки одной статьи не представлялось возможным. Мы поделились лишь главными нашими наблюдениями. Однако, учитывая техническую подкованность аудитории SE7ENа, мы не хотим ничего утаивать: сырые логи и аналитические инструменты (таблицу Excel с графиками) мы также выкладываем в открытый доступ.

Как уже упоминалось, в дальнейшем мы повторим весь комплекс тестов, но уже после монтажа системы жидкостного охлаждения. Именно тогда появится возможность предметно говорить обо всех плюсах и минусах иммерсионной среды.

В следующих материалах мы обсудим проектирование кастомного корпуса для погружения железа, компьютерное моделирование движения жидкости, инженерные трудности с размещением и фиксацией компонентов и многое другое!

 

Источник