Teplovodivá pasta
(NÁVOD A TESTY)
• Autor: Michal Mikle
Pri stavbe počítača riešime rad parametrov a podľa testov či recenzií starostlivo vyberáme každý komponent. Veľakrát však zabúdame na nemenej dôležitú vec, a to na teplovodivú pastu. Boxované chladiče majú zvyčajne strojovo nanesenú vrstvu pasty, aftermarket chladiče sú potom dodávané s malou tubou zvlášť. Nie vždy je to však tá najlepšia voľba. V dnešnom teste sa zameriame na 9 teplovodivých pást, ich výkon a možnosti aplikácie. Vďaka pomôcke z plexiskla sa pozrieme, ako sa taká pasta medzi procesorom a chladičom chová, a na záver si povieme, na čo si dať pri aplikácii pasty pozor.
Teplovodivá pasta (VŠETKO, ČO POTREBUJETE VEDIEŤ) – OBSAH
- Na čo sa používa teplovodivá pasta?
- Spôsoby aplikácie alebo ako to naniesť?
- Reálne testy alebo akú teplovodivku vybrať?
- Záver
Na čo sa používa teplovodivá pasta?
V rámci výpočtovej techniky sa teplovodivá pasta využíva všade, kde je potrebné efektívne odvádzať teplo z procesora či iného zdroja tepla. Túto aplikáciu nájdeme v stolových počítačoch, notebookoch, ba dokonca aj v moderných smartfónoch a ďalších zariadeniach. Teplovodivá pasta vytvára most medzi dvoma povrchmi, vypĺňa nedokonalosti a medzery medzi nimi. Kvalita a staroba teplovodivej pasty dokážu ovplyvniť výkon aj životnosť samotného procesora. V prípade jej úplnej absencie môžeme riskovať poškodenie, či praktickú nepoužiteľnosť z dôvodu prehrievania. Výmena starej, zlej či inak nevyhovujúcej pasty môže mať tiež nemalý vplyv na hlučnosť chladenia, pri lepšom prenose tepla zvyčajne ventilátora chladiča stačia menšie otáčky na dosiahnutie pôvodnej teploty.
Teplovodivé pasty: SLOVNÍK POJMOV
TIM – thermal interface material, súhrnné označenie materiálov určených na prenos tepla z rôznych komponentov na ich chladiče. Medzi ne patrí teplovodivá pasta, teplovodivé lepidlá, tekuté kovy, thermal pady (teplovodivé vankúšiky).
Teplovodivá pasta – medium vypĺňajúci priestor medzi čipom a chladičom, má za úlohu čo najúčinnejší prevod tepla, používa sa z dôvodu nerovnosti a nedokonalosti oboch plôch.
Tekutý kov – alternatíva teplovodivej pasty založená na báze kovov, ako je indium a gálium, ktorej prínosom je násobná tepelná vodivosť, s ňou však prichádza riziko vo forme elektrickej vodivosti (pri nesprávnej aplikácii/manipulácii hrozí skrat a nenávratné poškodenie HW). Dôležité je tiež spomenúť, že NESMIE PRÍSŤ DO STYKU S HLINÍKOM. S meďou a niklom, z ktorých je okrem hliníka väčšina chladičov, však problém nemá.
IHS – integrated heat spreader, medený kryt procesora s niklovaným povrchom určený na bezpečný a rovnomerný odvod tepla. V minulosti existovali aj procesory, ktoré boli odhalené, to však prinášalo množstvo problémov. Dnes už majú všetky desktopové procesory IHS, holé čipy ale môžeme nájsť pri grafických kartách či v notebookoch a iných, zvyčajne drobnejších zariadeniach.
Sub-ambient chladenie – chladenie, pri ktorom sa snažíme dostať teplotu pod teplotu okolitého vzduchu alebo rovno hlboko pod bod mrazu.
Delid – odviečkovanie procesora, teda sňatie IHS a následná výmena TIM pod jeho povrchom. Hojne prevádzané pri procesoroch, ktoré majú pod IHS pastu, v prípade použitia spájky to zvyčajne nie je nutné.
Boxovanie chladiča – základný chladič dodávaný výrobcom spolu s procesorom.
Aftermarket chladič – chladič dokúpený zvlášť, zvyčajne prevýši základné/boxované vo výkone aj nižšej hlučnosti.
Spôsoby aplikácie alebo ako to naniesť?
Spôsoby aplikácie sa líšia podľa typu a vlastností pasty, chladiča a zdroja tepla, z ktorého potrebujeme odpadové teplo odvádzať. V počítačoch sa stretávame najčastejšie s tromi typmi aplikácií teplovodivej pasty.
Pred nanesením teplovodivej pasty je nutné oba povrchy očistiť a odmastiť. K niektorým pastám už dnes dostanete v balení niekoľko čistiacich obrúskov, inak sú na to ideálne obyčajné papierové vreckovky a technický lieh, alebo lepší isopropylakohol. Vyhnite sa agresívnym látkam, ako je benzín, riedidlo a akémukoľvek konzumnému alkoholu (obsahuje cukry). Pred inštaláciou procesora do LGA pätice nezabudnite očistiť aj kontakty na spodnej strane.
Zvyšky tekutého kovu sa najlepšie odstraňujú pomocou kyseliny chlorovodíkovej a acetónu.
Pri niektorých pastách môžete tiež nájsť plastovú lopatku pre prípad, že by ste pastu chceli rozotierať. Tú skvele supluje obyčajná platobná alebo vernostná karta, prípadne iný kus pružnejšieho plastu. V prípade použitia tekutého kovu a konkrétne pri Thermal Grizzly Conductonaut nájdete v balení vatovú tyčinku.
Aplikácia teplovodivej pasty na procesor s IHS
Aplikácia teplovodivej pasty na procesor krytý IHS je bezpečná a v zásade jednoduchá. Očistíme povrch IHS a chladiče, nanesieme na IHS dostatočné množstvo pasty a nasadíme chladič, ktorý po utiahnutí pastu rovnomerne rozprestrie a prebytočnú pastu vytlačí. Drvivá väčšina bežne predávaných pást je nevodivá, nemusíme sa teda báť skratu, ale len neporiadku okolo (v horšom prípade mimo) pätice. Pri tejto aplikácii je dobré, ale nie nevyhnutné pokryť celú plochu IHS. Pastu aplikujeme len na povrch procesora.
Kríž
5 bodov
Malý bod
Veľký bod
Rozotrenie
Aplikácia teplovodivej pasty na holý procesor
Aplikácia priamo na procesor (ako je tomu pri grafických kartách či mobilných a ďalších procesoroch) je v zásade podobná, je ale potrebné dať pozor na dve veci. Po prvé je nutné dbať na zvýšenú opatrnosť, procesor nie je krytý IHS, v jeho blízkosti sa pravdepodobne nachádzajú SMD súčiastky a pri nerovnomernom uťahovaní chladiča riskujeme mechanické poškodenie. Po druhé je nutné pokryť CELÝ POVRCH ČIPU pastou, v prípade, že celý pokrytý nebude, opäť hrozí jeho poškodenie. Ideálne je v tomto prípade rozotrenie pasty po celej ploche čipu alebo dostatočné množstvo na jeho stred. V tomto prípade pasta vytlačená okolo nevadí, pokiaľ nie je vodivá a tiež ju aplikujeme len na povrch procesora.
Aplikácia tekutého kovu
Tekutý kov je nutné naniesť na obe plochy – ako na procesor s IHS, tak na holý z dôvodu dobrého spojenia. Tekutý kov na rozdiel od pasty nestačí len vytlačiť vo forme malého zrna či kríža, ale je nutné ho na povrchu rozotrieť. K tomu v prípade TG Conductonaut slúži priložená vatová tyčinka (možno použiť aj obyčajnú hygienickú z drogérie). Po vytlačení z tuby má tendenciu tvoriť guľôčky ako ortuť a veľmi na povrchu nedrží. Pomocou vatovej tyčinky sa ho krúživým alebo striedavým pohybom z miesta na miesto snažíme votrieť do plochy. Vo chvíli, keď sú oba povrchy pokryté celistvou vrstvou kovu, môžeme chladič nasadiť, obvykle stačí pomerne malé množstvo.
V prípade aplikácie na holý procesor bez IHS je obzvlášť nutné dať pozor, aby sa kov nedostal mimo spoj. V rámci prevencie je dobré zaizolovať okolité SMD komponenty lakom či inak ošetriť proti kontaktu s kovom. Dobré skúsenosti mám tiež s obložením čipu vhodne vysokým thermal padom. V prípade, že kov unikne a dostane sa, kam nemá, hrozí skrat a nenávratné poškodenie vášho hardvéru.
Použitie tekutého kovu má aj cez excelentné teplovodivé vlastnosti jeden negatívny tradeoff. Zlúčenina cínu, gália a india sa na molekulárnej úrovni naviaže na vrchnú vrstvu IHS a laserom gravírované údaje (model, sériové číslo a batch) urobia vo väčšine prípadov nečitateľnými. To môže priniesť komplikácie pri prípadnej reklamácii, a preto odporúčame aplikáciu tekutého kovu poriadne zvážiť.
Reálne testy alebo akú teplovodivku vybrať?
Na tento test bola použitá skrinka Cooler Master HAF XB, ktorá slúžila ako otvorený testbench. Základom bola doska ASUS ROG STRIX B550-A GAMING osadená novým procesorom AMD Ryzen 7 5800x, chladeným vzduchovým chladičom Noctua NH-D14. Ďalej bola doplnená o M.2 disk SK Hynix BC501 NVME 256GB, pár generických 4GB DDR4 SDRAM pamäťových modulov a grafickú kartu MSI NVIDIA GeForce GTX 1650 4GB LP. To celé napájal plne pasívny zdroj Seasonic SS-400FL2 F3 Platinum-X400.
V nasledujúcej tabuľke si porovnáme teplovodivé pasty, ktoré sme v dnešnom teste postavili proti sebe.
| Model | Cooler Master MasterGel Maker | Cooler Master MasterGel PRO V2 | EVOLVEO Ptero TC1 | Noctua NT-H1 | Noctua NT-H2 | ARCTIC MX-2 | ARCTIC MX-4 | Thermal Grizzly Kryonaut | Thermal Grizzly Conductonaut |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Tepelná vodivosť (W/mk) | 11 | 9 | 13,4 | N/A | N/A | 5,6 | 8,5 | 12,5 | 73 |
| Elektrická vodivosť | ✕ | ✕ | ✕ | ✕ | ✕ | ✕ | ✕ | ✕ | ✓ |
| Prevádzková teplota (°C) | N/A | N/A | -30/250 | -50/110 | -50/200 | N/A | N/A | -250/350 | -10/140 |
| Hustota (g/cm3) | 2,6 | 2,6 | 2,5 | 2,49 | 2,81 | 3,96 | 2,5 | 3,7 | 6,24 |
| Viskozita (Pas) | N/A | N/A | 90 | N/A | N/A | 850 | 870 | 170 | 0,0021 |
| Cena | 11,90 EUR (4 g) | 6,90 EUR (4 g) | 7,90 EUR (2 g) | 7,49 EUR (3,5 g) | 10,09 EUR (3,5 g) | 4,69 EUR (4 g) | 5,89 EUR (4 g) | 17,90 EUR (5,55 g) | 9,40 EUR (1 g) |
*Ceny platné k 25. 12. 2020
Na testovacej zostave bola nainštalovaná posledná verzia Windows 10 Pro 64bit, počas testu bola konfigurácia zostavy nemenná rovnako ako verzia inštalovaných programov. K zaťaženiu procesora som použil program Prime95 30.3 build 6, konkrétne jeho stress test Small FFTs s vypnutými inštrukciami AVX, k zaznamenaniu teplôt slúžil program hwinfo, konkrétne teplota Tcl/Tdie.
Ventilátory chladiča boli pri všetkých testoch na maximálnych otáčkach (pripojené priamo na 12 V vetvu zdroja) a v miestnosti som udržiaval teplotu 23 °C. Pastu som nanášal tzv. krížovou metódou, viď fotky. Pri konštantnej záťaži všetkých 16 vlákien procesor odoberal rovných 130 W a držal sa na 4 500 MHz. Výsledné teploty viditeľné v grafoch sú výsledkom meraní posledných desiatich minút z celkom dvadsaťminútového stress testu (maximálna zaznamenaná teplota).
Čo nám tento test ukázal? V prvom rade je potrebné spomenúť, že pri procesoroch, ktoré sú vyrábané na tak malom výrobnom procese, teda na 7Nm, nie je najväčším problémom teplovodivá pasta čiže prevod tepla z IHS do chladiča. Achillovou pätou je samotný odvod tepla z kremíka do IHS. Staršie procesory na väčšom výrobnom procese a paradoxne Intel procesory sa chladia lepšie ako najnovší AMD Ryzen 5000.
Rozdiely medzi bežne používanými pastami sú vskutku malé, napriek tomu merateľné. Príjemne prekvapila pasta Cooler Master MasterGel Pro v2, ktorá priniesla slušný výkon za slušnú cenu a prekonala ako výrobky spoločnosti Arctic, tak Noctua. Prvé priečky obsadili celkom prekvapivé produkty od firmy Thermal Grizzly s ich Kryonautom (vhodným a často preferovaným na sub-ambientné chladenie) a tekutým kovom Conductonaut, ktoré sú ale vykúpené znateľne vyššou cenou. V prípade tekutých kovov je ešte potrebné dodať, že na ne neplatí to isté, čo na pasty. Sú elektricky vodivé, ich aplikácia je odlišná a nemožno ich použiť so všetkými typmi chladičov, rád ich však odporučím každému, kto chce zo svojho hardvéru vymáčknuť maximum a je ochotný vyskúšať niečo nové.
Záver
Čo sa aplikácie teplovodivých pást týka, držím sa osvedčeného uhlopriečneho kríža, z fotiek je zrejmé, že spolu s aplikáciou pasty v piatich bodoch zďaleka najlepšie pokryje plochu IHS. Tým sa vyhneme nepokrytia rohov pastou a zredukujeme množstvo pasty vytlačenej okolo IHS, ktorá napriek tomu, že je nevodivá, dokáže znepríjemniť deň a urobiť slušný neporiadok okolo, niekedy aj mimo pätice. V prípade tekutého kovu je jediná možnosť rozotrenie na obe plochy, pri ktorom je potrebné dbať na správne dávkovanie. V prípade použitia nadmerného množstva a jeho následného vytlačenia okolo IHS hrozí zasiahnutie pätice či SMD súčiastok okolo nej, čo môže mať fatálne následky.
Ďalej by som rád upozornil na nepríjemnosť, ktorá sa deje výlučne pri procesoroch do PGA pätíc, teda AMD (v rámci mobilných procesorov používal PGA päticu aj Intel, ale tu je reč o desktopových procesoroch). Pri skladaní chladiča z procesora je potrebné dbať na zvýšenú opatrnosť. Vzhľadom na to, ako pevne dokáže procesor vďaka paste k chladiču priľnúť, je veľmi ľahké ho vytiahnuť aj s chladičom a v prípade, že to človek nečaká, môže ohnúť alebo nenávratne poškodiť piny na spodnej strane procesora. Pri procesoroch do pätíc LGA, ktoré používa Intel, toto nehrozí.
Pasty Cooler Master, Noctua NT-H2 a Arctic MX-2 sa mi zdajú znateľne hustejšie ako zvyšok testovaných. To bolo poznať pri spomenutom priľnutí chladiča na procesor. Oproti tomu pri tekutom kove sa nič také nedeje. Chladič pri skladaní nekladie skoro žiadny odpor, to môžete využiť na kontrolu, či ste neprehnali dávkovanie.
Na záver už treba len dodať, že s výkonnejším chladením a väčším vyžiareným teplom sa rozdiely medzi pastami budú zväčšovať. V prípade taktovania či len výkonnejšieho čipu budete z kvalitnejšej pasty profitovať o to viac.
Michal Mikle
Som overclocker a nadšený Bitcoiner. Pri počítačovom hardvéri ma nevyužitý výkon nenecháva chladným a pre svoje záľuby hocikedy siahnem aj po tekutom dusíku či po iných extrémnych metódach chladenia. Založil som službu pre optimalizáciu Intel procesorov delid.cz, skladám PC na mieru a baví ma téma súkromia a bezpečnosti. Okrem digitálneho sveta sa zaujímam o permakultúru a ďalšie systémy nízkej časovej preferencie.
