Noctua совместно с Forced Physics DCT начала долгосрочный исследовательский проект, цель которого — адаптировать микроканальную технологию охлаждения JouleForce для обычных настольных компьютеров и производительных рабочих станций. Разработка потенциально позволит отводить значительные объёмы тепла при помощи воздуха, не прибегая к помпам, водоблокам и другим компонентам систем жидкостного охлаждения.

Пока технология находится на исследовательской стадии, поэтому говорить о готовых кулерах или сроках их появления рано. Главная задача партнёров заключается в том, чтобы превратить подход, изначально рассчитанный на серверное оборудование и мощную систему подачи воздуха, в компактное и достаточно тихое решение для домашнего ПК. Если инженерам удастся справиться с этой проблемой, на рынке может появиться новый класс высокопроизводительных воздушных кулеров.

Вместо привычных рёбер — микроскопические зазоры

В основе проекта находится технология JouleForce, разработанная Forced Physics DCT. Она заметно отличается от конструкции традиционных башенных кулеров.

Обычный процессорный радиатор состоит из множества относительно тонких металлических рёбер. Вентилятор прогоняет между ними воздух, который забирает тепло и выводит его за пределы радиатора.

JouleForce использует гораздо более плотную структуру из микроскопических промежутков. Хотя разработчик называет их микроканалами, применительно к воздушному охлаждению их можно представить как множество чрезвычайно узких зазоров, через которые принудительно проходит воздушный поток.

За счёт огромной площади взаимодействия металла с воздухом такая конструкция способна значительно повысить эффективность теплообмена.

Обычным радиаторам мешает пограничный слой воздуха

Одна из фундаментальных проблем традиционного воздушного охлаждения возникает непосредственно возле поверхности металлических рёбер.

При прохождении потока вдоль стенки скорость воздуха непосредственно около неё существенно уменьшается. Возникает так называемый пограничный слой.

Для системы охлаждения это нежелательный эффект. Именно через поверхность радиатора тепло должно передаваться воздуху, но малоподвижный слой возле металла ухудшает теплообмен.

Конструкторы обычных кулеров борются с этим множеством способов: изменяют форму рёбер, расстояние между ними, направление потока и характеристики вентиляторов.

Микроканальная конструкция предлагает другой подход.

Узкие каналы заставляют воздух эффективнее забирать тепло

В JouleForce размеры воздушных зазоров настолько малы, что характер движения потока существенно отличается от происходящего между крупными рёбрами традиционного радиатора.

Воздух проходит очень близко к стенкам микроканалов, благодаря чему значительная часть потока участвует в теплообмене.

В результате тепло может эффективно передаваться воздуху на протяжении канала, а не преимущественно в отдельных наиболее благоприятных областях радиатора.

Такой принцип особенно интересен применительно к современным процессорам и ускорителям, где необходимо отводить сотни ватт тепловой мощности с относительно небольшой площади.

Но у высокой плотности структуры есть серьёзная цена.

Воздух ещё нужно заставить пройти через микроканалы

Чем уже воздушные каналы, тем большее сопротивление они создают потоку.

Обычного компьютерного вентилятора в такой ситуации может оказаться недостаточно. Для эффективного прохождения воздуха через плотную микроканальную структуру требуется высокое статическое давление.

В серверной инфраструктуре это не является непреодолимой проблемой. Там можно использовать мощные центробежные вентиляторы, турбины и другие производительные системы подачи воздуха.

Forced Physics DCT занимается практическим развитием подобных решений уже несколько лет. В серверном исполнении для прокачки воздуха через микроструктуру могут применяться весьма мощные нагнетатели и даже системы на основе вакуумных насосов.

Для домашнего компьютера такой подход практически неприемлем.

Сервер под столом Noctua делать не хочет

Основная проблема заключается даже не в размерах системы, а в акустическом комфорте.

Высокое статическое давление обычно требует либо высокой скорости вращения вентилятора, либо специальной конструкции нагнетателя. И то и другое способно привести к существенному увеличению уровня шума.

Генеральный директор Noctua Роланд Мосиг довольно точно обозначил проблему: едва ли владельцы домашних компьютеров захотят получить под столом систему охлаждения, работающую как серверное оборудование.

Поэтому задача совместного проекта заключается не просто в уменьшении существующей JouleForce до размеров процессорного кулера.

Инженерам фактически предстоит переосмыслить всю систему подачи воздуха.

Noctua предстоит решить проблему давления и шума

Существует как минимум два очевидных направления дальнейшей работы.

Первое — изменение самой микроканальной структуры таким образом, чтобы снизить сопротивление воздушному потоку. Если для прохождения воздуха потребуется меньшее давление, появится возможность использовать более привычные компьютерные вентиляторы.

Второй вариант — разработка компактного нагнетателя, способного создавать высокое статическое давление при приемлемом уровне шума.

И здесь участие Noctua выглядит закономерным. Компания много лет специализируется именно на воздушном охлаждении и уделяет большое внимание аэродинамике лопастей, зазорам между крыльчаткой и рамкой, вибрациям и акустическим характеристикам вентиляторов.

Поэтому Forced Physics приносит в проект необычную конструкцию теплообменника, а Noctua — опыт создания эффективного и относительно тихого воздушного потока.

Почему такая технология становится актуальной именно сейчас

Тепловыделение производительных компьютерных компонентов продолжает оставаться серьёзной инженерной проблемой.

Современные многоядерные процессоры при максимальной нагрузке способны потреблять сотни ватт, а мощные профессиональные ускорители предъявляют ещё более серьёзные требования к охлаждению.

При этом проблема заключается не только в общем количестве выделяемого тепла. Важна также плотность теплового потока — большая мощность может выделяться на сравнительно небольшой площади кристалла или отдельных его участков.

Из-за этого простое увеличение размеров традиционного радиатора постепенно даёт всё меньший эффект. Кулер можно сделать ещё тяжелее, добавить больше тепловых трубок и увеличить площадь рёбер, однако возможности подобного масштабирования не бесконечны.

Микроканальная технология потенциально предлагает другой путь — увеличить эффективность самого процесса передачи тепла воздуху.

Жидкостное охлаждение может получить необычного конкурента

Если проект окажется успешным, JouleForce потенциально займёт нишу между традиционными башенными кулерами и жидкостными системами.

У воздушного охлаждения есть несколько важных преимуществ. В нём нет помпы, жидкости, трубок и потенциальных мест протечки. Конструкция обычно проще, а основным механическим компонентом остаётся вентилятор.

Жидкостные системы, с другой стороны, позволяют эффективнее переносить тепло от процессора к крупному радиатору, который можно разместить в другой части корпуса.

Микроканальное воздушное охлаждение интересно именно попыткой существенно увеличить возможности первого подхода, не превращая систему в СЖО.

Однако пока неизвестно, насколько хорошо технология будет работать в условиях обычного компьютерного корпуса.

Есть и ещё одна потенциальная проблема — пыль

При переходе к чрезвычайно узким воздушным каналам возникает практический вопрос, особенно важный для домашних компьютеров: загрязнение радиатора.

Обычный кулер постепенно покрывается пылью, но сравнительно большие промежутки между его рёбрами позволяют долго сохранять приемлемый воздушный поток.

Для микроканальной структуры загрязнение потенциально может оказаться значительно более чувствительным фактором. Даже небольшое количество пыли способно сильнее повлиять на узкие воздушные зазоры.

Поэтому при создании потребительского варианта инженерам, вероятно, придётся учитывать не только эффективность охлаждения и уровень шума, но и долговременную эксплуатацию, фильтрацию воздуха и возможность очистки теплообменника.

До серийных кулеров пока далеко

Важно, что Noctua и Forced Physics DCT пока не анонсировали конкретный процессорный кулер.

Компании говорят именно о долгосрочном исследовательском сотрудничестве. Нет ни названия будущего устройства, ни характеристик, ни цены, ни даты начала продаж.

Не гарантировано и то, что исследования обязательно закончатся появлением массового продукта. Сначала инженерам необходимо доказать, что преимущества микроканальной конструкции сохраняются после адаптации под требования домашних и рабочих компьютеров.

Особенно сложным будет поиск баланса между тремя параметрами: тепловой производительностью, статическим давлением и уровнем шума.

Если этот баланс удастся найти, привычная конструкция мощных воздушных кулеров действительно может заметно измениться. Вместо очередного увеличения башни и количества тепловых трубок производители получат возможность повысить эффективность непосредственно внутри теплообменника.

В таком случае сотрудничество Noctua и Forced Physics может привести не просто к очередному большому кулеру, а к новому направлению развития воздушного охлаждения для будущих высокопроизводительных процессоров и ускорителей.