Бесшумный компьютер

Вам никогда не приходила в голову мысль, что ваш домашний компьютер по шуму, количеству всасываемой пыли всеми его вентиляторами системы охлаждения и тепловыделению имеет достаточно близкое родство с пылесосом? А если вспомнить, что мощность современных блоков питания в 450-500 Вт считается нормой, а бывают по 800 Вт и более, то родство с пылесосом становится ещё более очевидным. И это при том, что почти каждый год в электронной промышленности происходит уменьшение техпроцесса^[1], как следствие - уменьшение размеров транзисторов CPU, что в свою очередь, должно уменьшать их энергопотребление и тепловыделение. Даже если у вас есть ноутбук, в котором используется мобильный процессор с пониженной теплоотдачей, вы не получите абсолютно тихий компьютер, так как из-за маленьких размеров корпусов ноутбуков (и, как следствие, плохого теплоотвода) там всё-равно будет установлена система охлаждения с вентилятором, что опять роднит его с пылесосом, хоть уже и не таким большим.

Так возможно ли собрать совершенно бесшумный компьютер? Ответ да, в данной статье мы рассмотрим что для этого нужно и какие будут нюансы и ограничения для такого компьютера.

Выбор материнской платы

В начале нужно выбрать материнскую плату, на которой мы будем строить свой компьютер. Лучшим вариантом для этих целей можно считать материнские платы форм-фактора Mini-ITX или Micro-ATX со встроенными процессорами. Из них нужно выбирать ту плату, которая имеет пассивную систему охлаждения, что сразу лишает нас шумного вентилятора на процессоре. Такие платы строятся на базе мобильных процессоров, часто так же в них используют слоты для мобильной оперативной памяти (SO-DIMM) и другие разъемы, присущие ноутбукам.

В данной статье мы возьмем в качестве основы материнскую плату ASRock J5005-ITX в которой используется 4-х ядерный мобильный процессор Intel Pentium J5005. Этот процессор является топовым в линейке мобильных платформ от Intel такого класса и имеет TDP^[2] всего в 10 Вт. Кроме данного процессора можно рассмотреть материнку с процессором более бюджетным, чем этот от Intel, или выбрать платформу на базе мобильных процессоров от AMD - на свой вкус и карман. Здесь нужно отметить, что мобильные CPU не дадут вам всей мощи десктопной версии, но топовые процессоры в линейке закроют большинство потребностей по производительности не только в офисных приложениях и просмотре видео, но и в приложениях обработки точечной и векторной графики и даже в обработке и монтаже видео, до определенных пределов. Само собой к материнской плате нужно будет приобрести недостающие элементы: в первую очередь модули оперативной памяти соответствующего типа. Для ASRock J5005-ITX это SO-DIMM DDR4 2133/2400 MHz. Кроме этого можно докупить при необходимости платы расширения - например Wi-Fi карту. На рассматриваемой материнке имеется в наличии ноутбучный разъем M.2 Socket (Key E), который как раз и используется для модулей Wi-Fi/Bluetooth. Данный модуль можно заказать на Aliexpress.

А нужна ли нам видеокарта?

Так как наша конфигурация нацелена на максимальную экономичность электроэнергии и минимальное тепловыделение, мы не будем использовать дополнительные видеокарты, воспользуемся встроенным в CPU видеоядром, что сразу избавляет нас от ещё одного вентилятора на видеокарте. Использование внешней видеокарты затруднено ещё по одной причине: даже если мы выберем для своей конфигурации видеокарту с пассивным охлаждением, у нас скорее всего будет проблема с её питанием: для примера, самая простая внешняя видеокарта на сегодня, с графическим процессором от nVidia - GeForce 210 с пассивным охлаждением, по спецификациям имеет TDP 32 Вт, а рекомендуемая мощность блока питания для неё - 350 Вт. В нашей же конфигурации мощность блока питания будет весьма ограничена, о чем пойдет ниже. Впрочем, необходимость в использовании дополнительной видеокарты возникает только если планируется использовать компьютер для 3D моделирования или в качестве игрового (с запуском требовательных к ресурсам видеоигр). Мы же планируем собрать "рабочую лошадку" для повседневных нужд.

Выбор корпуса

Второй этап сборки бесшумного компьютера - выбор корпуса. Первое условие - это его соответствие форм-фактору материнской платы, на базе которой мы будем строить компьютер. Материнка ASRock J5005-ITX имеет форм-фактор Mini-ITX (самый маленький), ей подойдут корпуса того же форм-фактора или корпуса большего размера, но с крепежами под Mini-ITX, что обычно указано в их характеристиках. Корпус можно выбирать без блока питания, поскольку если мы делаем полностью бесшумный компьютер, комплектные ATX блоки питания нам не подойдут, они все имеют активную систему охлаждения. Желательно выбирать корпус не слишком тесный, поскольку, во-первых у нас будет система с пассивным охлаждением, а значит для эффективного теплоотвода в корпусе должно быть некоторое пространство для нормальной конвекции воздуха возле радиатора охлаждения, а во-вторых возможно нам потребуется дополнительное пространство для установки внештатной платы, о чем пойдет речь далее.

Блок питания

Следующий этап - выбор блока питания. Современные блоки питания - это самый большой источник шума и пыли в компьютерах, но поскольку мы собираем бесшумный компьютер, нам понадобится бесшумный блок питания. Самый простой вариант, это купить безвентиляторный ATX блок питания типа Seasonic серии Fanless, но такие блоки питания неадекватно дорогие, имеют намного большую мощность, чем нам необходимо, и на нашем рынке практически нет выбора из других производителей. Другой вариант - это разделение питания на две части: покупаем любой блок питания на 12 В (220 в 12) мощностью 150-250 Вт (по моему опыту сборки таких компьютеров для наших целей этого будет более чем достаточно), а затем покупаем преобразователь типа DC-DC 12В в ATX приблизительно той же или меньшей мощности. Такие преобразователи бывают двух типов: "плата на разъеме" - когда на разъеме ATX, подключаемом к материнской плате, находится сам преобразователь, и вариант когда конструктивно преобразователь DC 12В в ATX выполнен в виде отдельной платы. В первом варианте с его монтажом не будет никаких проблем - просто подключаем все порты, во втором нужно будет "приколхозить" отдельные крепежи в корпусе для платы преобразователя. Вот для этого в корпусе и нужно место куда можно будет установить дополнительную плату. В качестве блока питания на 12 В можно использовать блок питания для светодиодных лент, который приобретается в любом магазине светодиодной техники (опять же ищем безвентиляторный, но тут уже выбор гораздо больше).

Такие блоки питания бывают двух типов: открытые, с перфорированным корпусом и закрытые в алюминиевом корпусе с радиатором и защитой IP67 (для наружной установки). Первые значительно дешевле и можно сразу выбирать из них, но у закрытого корпуса блока питания есть свои преимущества: конечно нам не нужна защита IP67^[3], но кроме этого в закрытый корпус не попадёт пыль и другие предметы. Если корпус, который мы выбрали, не позволяет по своим размерам вместить туда нестандартный блок питания от светодиодной ленты (а скорее всего так и будет), то нам прийдется его держать снаружи, как в ноутбуках, и в таком случае защищенный блок питания будет более практичен, но не обязателен. Кроме светодиодных блоков питания можно использовать и закрытый "ноутбучный блок питания" на 12В, например Chieftec AC-DC CDP-085ITX, но опять же, их цена выше и ограничен выбор по мощности - больше 150Вт блок такого типа вряд ли удастся найти, да и 150 Вт - редкость.

Преобразователи DC12В - ATX на нашем рынке мне найти не удалось, зато на AliExpress они представлены в ассортименте. Они имеют вывод типа "мама" для подключения 12В - для его монтажа нам нужно будет выбрать место на корпусе и просверлить в нем отверстие, в которое будет монтироваться данный разъем. К блоку питания нам понадобится купить высоковольтный кабель с вилкой для розетки (с этим проблем быть не должно), а также низковольтный кабель, и подобрать разъем типа "папа", подходящий к преобразователю DC12В - ATX по размеру. Лучше всего в любом магазине радиотоваров сразу купить готовый кабель с разъемом "папа" подходящего диаметра. Тут мы убиваем двух зайцев: во-первых нужно меньше паять (нам понадобиться лишь прикрутить кабель к выводам блока питания на 12В), во-вторых, такие кабели идут со встроенным сетевым фильтром (картинку сюда), что тоже будет не лишним. Впрочем, на кабеле с разъемом можно и сэкономить, сделав всё "по-варварски" - отрезав разъем типа "мама" с преобразователя DC12В - ATX и подключив кабелем его выводы напрямую к блоку питания 220-12В, но тогда мы не сможем, в случае необходимости, отключить компьютер от блока питания 12В, что создаст определённые неудобства при, например, его транспортировке.

Жёсткий диск или твёрдотельный накопитель?

В принципе мы уже достигли практически полной бесшумности нашего десктопа, и по этому данный вопрос не так важен. Но всё же, если мы хотим иметь на выходе абсолютно тихий компьютер, тогда нужно исключить из его конструкции все движущиеся элементы. Для этого, вместо HDD накопителя (в котором есть источник хоть и небольшого, но шума (электромотор, вращающий магнитные диски) можно использовать SSD необходимого вам объема. Но повторюсь, этот шаг уже не обязателен, поскольку современные HDD диски, особенно имеющие форм-фактор 2,5", имеют минимальный уровень шума и энергопотребления, и так же вполне подойдут для нашей концепции бесшумного компьютера.

Потребляемая мощность

Итак, собрав все элементы и установив свою любимую операционную систему, мы получили совершенно бесшумный компьютер, достигнув таким образом своей основной цели. Но какова же получается реальная потребляемая мощность такого компьютера? К сожалению у меня не было под рукой ваттметра, по-этому измерения проводились по-старинке - с помощью амперметра, подключенного в цепь, между розеткой и блоком питания 12В. Замеры показали, что в режиме простоя компьютер потребляет 0,05 А, что при 220 В соответствует 11 Ваттам. В режиме нагрузки около 80-90% на каждое ядро (просмотр 4к видео) амперметр стал показывать 0,09-0,1 А, что соответствует всего лишь 22 Ваттам потребляемой мощности.

Даже если прибавить к этому результату паспортную мощность монитора - тоже около 22 Вт (большинство современных ЖК мониторов потребляют приблизительно 18-25 Вт), то мы имеем максимальную потребляемую мощность компьютера до 50 Вт! Это в 10 раз меньше стандартного десктопа и соответствует энергопотреблению ноутбука. Причем в моей конфигурации было установлено два HDD 2.5" и один SSD накопитель, если бы в системе был лишь один SSD, думаю результат был бы ещё на 1-2 Вт меньше. Вторая цель - энергоэффективность, достигнута!

А как обстоят дела с температурой?

Достаточно немаловажный вопрос, ведь как мы помним, у нас кругом пассивное охлаждение. Итак, температуру блока питания замерять не вижу смысла, одного прикосновения руки к нему достаточно, чтобы понять, что она не намного выше температуры человеческого тела, то есть около 36-40 градусов цельсия, что и понятно, ведь фактически потребляемая мощность нашего компьютера составляет приблизительно десятую часть номинальной мощности блока питания, а значит в принципе не может его перегреть. Что касается температуры центрального процессора, при стандартной "офисной" нагрузке (браузер, офисные программы) согласно показаниям датчиков, температура колеблется около 50⁰С, HDD - 34⁰С:

Просмотром видео в разрешении Full HD удалось поднять температуру CPU до 55-57 гр., что тоже находится в пределах нормы. Ситуация несколько меняется при воспроизведении всё того же видео в разрешении 4k, которое, как мы помним из тестов на энергопотребление, дает нагрузку на CPU близкую к максимальной:

Тут результат уже не так хорош, такую температуру ещё нельзя считать критической, но она уже близка к таковой. Впрочем, нужно учитывать, что, во-первых Intel Pentium J5005 - это топовый процессор в линейке, а следовательно самый "горячий", а во-вторых, конкретно для моей конфигурации я не использовал заводской корпус, а изготовил кустарный (это отдельная история). Он получился довольно компактным и возможно в нем не достаточно пространства для нормальной циркуляции воздуха. На других подобных конфигурациях с более просторными, заводскими корпусами, мне не удалось поднять температуру CPU выше 60-62 гр даже при максимальной нагрузке. Кроме того, стоит обратить внимание на компоновку элементов на самой материнской плате ASRock J5005-ITX: в отличие от предыдущих плат, которые я использовал для сборки подобных систем (например ASRock J3710-ITX или ASRock Q2900M) у этой процессорный радиатор расположен горизонтально, а не вертикально, что так же может влиять на конвекцию в сторону ухудшения.

Итак, что же мы получили в итоге?

Кроме бесшумности, нам так же удалось достичь и энергоэффективности компьютера, что так же немаловажно. Конечно, такая конфигурация не подойдет для требовательных игр или других ресурсоёмких задач, но мы и не ставили целью собрать игровой компьютер. Для большинства же повседневных задач такой конфигурации более чем достаточно. Так же на базе подобных конфигураций с пассивным охлаждением можно собирать бесшумные энергоэффективные сервера, например NAS^[4], для которых можно использовать более дешевые материнские платы с менее производительными процессами (например Gigabyte GA-J1800N-D2H, Asus J1800I-C, ASRock J3355M, ASRock J3455-ITX и другие).