В этой статье мы продолжаем тему энергопотребления видеокарт, использующихся для ускорения перебора паролей. На сей раз мы поговорим о выборе компонентов и о том, как организовать охлаждение и теплоотвод в системах, спроектированных для работы в режиме 24х7, а также поговорим о целесообразности использования профессиональных и серверных видеокарт вместо бытовых моделей.

Энергопотребление — это тепло. А тепло — это потенциальный перегрев

Сравнительную энергоэффективность видеокарт мы сравнили в предыдущей статье Изучаем энергоэффективность современных видеокарт для перебора паролей. В ней мы изучили энергопотребление современных графических ускорителей, а точнее — чипов GPU, на которых они основаны. Так, в штатном режиме модели на основе NVIDIA RTX 3070 Ti должны потреблять не более 290 Вт, но в реальности производители часто повышают и без того высокое значение теплопакета до 300-320 Вт. Позволив графическому ядру потреблять больше энергии, производители видеокарт получают небольшой прирост скорости, что позволяет их продукту обходить конкурентов в бенчмарках обозревателей.

Нужно понимать, что повышение теплопакета на 10% приводит лишь к маргинальному, в единицы процентов, росту производительности видеокарты. В то же время расширенный теплопакет с повышенным энергопотреблением и, соответственно, нагревом не может не сказаться на долговременном ресурсе видеокарты, а избыточное тепло необходимо отводить как от чипа GPU, так и из корпуса компьютера, для чего видеокарты оснащаются мощными системами охлаждения в виде радиаторов и набора вентиляторов. И если с первым (отводом тепла от микросхемы GPU) в той или иной степени справляются все системы охлаждения видеокарт, то вывод избыточного тепла из корпуса компьютера часто перекладывается на систему охлаждения корпуса, которая может оказаться не в состоянии обеспечить достаточно быстрый отвод тепла.

В ряде моделей видеокарт предусмотрен полный или частичный выброс горячего воздуха за пределы корпуса компьютера, в то время как в других моделях горячий воздух выводится во внутреннее пространство компьютера. Казалось бы, преимущество систем охлаждения первого типа очевидно, но есть нюансы.

Фактор первый: тип корпуса

Перед тем, как приступить к выбору видеоускорителей, стоит определиться с тем, в каком именно корпусе будет собираться рабочая станция для восстановления паролей. Чаще всего используется одна из следующих конфигураций, каждая из которых обладает своим набором достоинств и недостатков.

Серверная стойка — открытая сборка

Такого типа сборки чаще всего используются для майнинга криптовалют. Их несомненные достоинства — низкая цена, простота установки и обслуживания, нетребовательность к типу систем охлаждения видеокарт и (в силу отсутствия корпуса как такового) отсутствие корпусной вентиляции.

Недостатки также на виду: неопрятный вид, сомнительные безопасность и отказоустойчивость. Компоненты в подобные системы чаще всего собираются по принципу минимальной цены; вопрос их долговременной надёжности не рассматривается за пределами срока самоокупаемости видеокарт. Если необходимо быстро собрать рабочую станцию для перебора паролей — такая система может выступить в роли временного решения.

Многочисленные примеры подобных сборок можно найти поиском по ключевым словам «mining farm» или «mining rig». Можно ознакомиться и с готовыми сборками, использующимися майнерами криптовалют — например, здесь.

Серверная стойка и корпуса 4U

Сборка в корпусе для серверных стоек — оптимальный вариант как с точки зрения охлаждения, так и долговременной надёжности. В то же время подобрать компоненты для такой стойки — не самая простая задача: в типичный корпус поместится далеко не каждая видеокарта, а система охлаждения видеокарт должна быть спроектирована таким образом, чтобы горячий воздух захватывался вентилятором видеокарты и выводился наружу, не нагревая внутреннее пространство корпуса.

Достоинства такой сборки — правильная огранизация, безопасность, высокая долговременная надёжность, опрятный внешний вид. Недостатки — высокая цена компонентов и невозможность использования многих бытовых моделей видеокарт (требуется использование профессиональных или серверных карт).

Обратите внимание на плотность расположения видеокарт в корпусе: необходимо использовать серверные или профессиональные модели.

Рабочая станция в стандартном корпусе ATX

Одну или две видеокарты можно установить и в обычный компьютерный корпус в формате ATX. При этом также важно обращать внимание на модель охлаждения видеокарт и на то, куда попадает горячий воздух и каким образом он выводится за пределы корпуса.

Достоинства такого решения — широчайший выбор компонентной базы, позволяющий использовать недорогие бытовые видеокарты, системные платы, процессоры и блоки питания, что приводит к существенной экономии. Недостатки — необходимость продуманного решения по отводу большого количества тепла, а также все особенности использования бытовых видеокарт под постоянной нагрузкой: вероятный перегрев, возможные отказы вентиляторов и возможная потеря гарантии (работа в режиме 24х7 гарантируется NVIDIA только для дорогих серверных моделей видеокарт).

Фактор второй: система охлаждения видеокарт

Отвод тепла от видеокарт осуществляется системой охлаждения, состоящей из радиатора и одного или нескольких вентиляторов. Так, для игровых моделей видеокарт часто используются системы с массивными, крупными радиаторами и двумя-тремя вентиляторами. Вот типичный пример:

Что не так с изображённой выше видеокартой? Система охлаждения этой модели оптимизирована на максимально тихую работу: массивный радиатор и три вентилятора позволяют снизить обороты и, как следствие, уровень шума. Обратная сторона такой системы охлаждения — габариты: такую видеокарту можно установить далеко не в каждый корпус, а соседний с ней слот PCIe (в некоторых моделях — и два слота) использовать не удастся. Есть и менее очевидный момент. Оребрение радиатора изображённой выше модели — поперечное; рёбра радиатора расположены так, что горячий воздух будет выдуваться вентиляторами в сторону системной платы и в корпус компьютера, что в условиях непрерывной работы может привести к перегреву микросхем памяти и набора системной логики компьютера. Установка двух таких видеокарт в закрытом корпусе — довольно сомнительное мероприятие. Пожалуй, единственное достоинство такой системы охлаждения — в расположении тепловых трубок, которое позволяет снизить высоту видеокарты.

Производителям эта проблема хорошо известна; один из вариантов её решения — видеокарты с продольным оребрением радиаторов. Такие системы охлаждения отводят часть горячего воздуха из корпуса наружу через заглушку слота PCIe. В то же время часть нагретого воздуха оказывается внутри корпуса. Недостаток параллельного оребрения в том, что тепловые трубки приходится изгибать под большим углом, из-за чего падает их эффективность и растёт высота видеокарты. Пример радиатора продольного оребрения (источник: TechPowerup):

Гибридное решение предлагается в видеокартах NVIDIA Founders Edition. В поколении RTX 3000 NVIDIA разработала систему охлаждения, устраняющую недостатки обеих вышеперечисленных.

Сделано это следующим образом:

Часть воздуха через продольное оребрение отводится из корпуса наружу через заглушку слота PCIe. Другая часть горячего воздуха проходит через поперечное оребрение, минуя системную плату и отводится к месту, где у большинства компьютеров расположена система охлаждения процессора. Далее горячий воздух захватывается процессорным вентилятором и выбрасывается наружу.

Особняком стоят профессиональные и серверные модели NVIDIA, оснащённые турбинной системной охлаждения. В их число входят Quadro, а также линейка А — к примеру, NVIDIA RTX А4000. В актуальном поколении видеокарт партнёры NVIDIA не получили права устанавливать турбинные системы охлаждения на потребительские модели видеокарт. Уже разработанные и анонсированные модели с турбинными вентиляторами были отозваны, а информация о них удалена с сайтов производителей. Вероятно, ограничение носит маркетинговый характер: NVIDIA устанавливает турбинные системы охлаждения на более дорогие профессиональные и серверные карты. Достоинство такой системы охлаждения в том, что весь горячий воздух выводится из корпуса наружу через заглушку слота PCIe; температура воздуха в корпусе практически не растёт. Кроме того, такие карты достаточно компактны; их можно устанавливать в серверные стойки, Ещё плюсы — компактный дизайн (для сервера важно) и долговечный вентилятор (тем более). Минус — невозможность полупассивного охлаждения и шум (для наших целей — вообще неважно).

(Источник: igor’sLAB)

В статье First look at the «internals» of a single-slot Nvidia RTX A4000 graphics card можно подробно рассмотреть устройство этой системы охлаждения:

Именно подобного рода модели рекомендуется устанавливать в шасси для серверных стоек.

Если вас заинтересовала тема охлаждения видеокарт, рекомендуем к прочтению статью Are Founders Edition GPUs Any Good? (cgdirector.com), в которой подробно разбираются особенности различных систем охлаждения, а также принципы, по которым NVIDIA разрабатывает профессиональные видеокарты. Вот лишь несколько слайдов из этой статьи:

Подробнее — в оригинальной статье.

Заключение

Современные видеокарты обладают высоким энергопотреблением, что заставляет серьёзно отнестись к задачам по охлаждению как самих видеокарт, так и отводу тепла из компьютера. Следующее поколение видеокарт от NVIDIA, скорее всего, будет обладать ещё более высоким энергопотреблением, а значит — и задача по отводу тепла дополнительно усложнится. Для стабильной работы всей системы под нагрузкой в течение длительного времени необходимо грамотно и заранее планировать отвод тепла в зависимости от того, какого типа решение (открытого или корпусного типа) планируется. Для шасси, устанавливаемых в стандартные серверные стойки, потребуется приобрести соответствующего уровня видеокарты с системой охлаждения, которая выбрасывает горячий воздух за пределы корпуса. По возможности рекомендуем пользоваться серверными или профессиональными видеокартами, если их приобретение укладывается в бюджетные рамки. В то же время использование бытовых видеокарт NVIDIA Founders Edition или карт от сторонних производителей, оснащённых системами охлаждения с продольным оребрением, вполне допустимо в корпусах в форм-факторе ATX. Видеокарты, радиаторы которых выполнены с поперечным оребрением, имеет смысл использовать либо в хорошо продуваемом корпусе, либо в открытых сборках.