История создания мини-ПК: скальпирование, кастомный корпус, оптимизация, итог12.12.2018 12:07

Оглавление

Вступление

В завершающем материале цикла, посвященного компактному компьютеру форм-фактора mini-ITX с центральным процессором AMD Ryzen 5 2400G, я постараюсь коснуться ранее незатронутых тем. В прошлый раз речь шла о начале истории — постановке задачи, подборе компонентов, разгоне DDR4 и встроенного iGPU, а также их влиянии на производительность.

В финале мы поговорим об интересной возможности материнских плат компании MSI, скальпировании и кастомном корпусе, создатель которого наш форумчанин под ником КВАЙКЕР — энтузиаст с большой буквы!

Материнские платы MSI B350I Pro AC и MSI B450I Gaming Plus AC

После выхода материнских плат на системной логике AMD B450 и X470 актуальность сборок на слегка устаревшем чипсете потеряла смысл: новинки в первую очередь отличались поддержкой процессоров 2000-серии «из коробки», лучшей совместимостью с оперативной памятью и разгоном, благодаря которому и раскрывается весь потенциал CPU на архитектуре Zen и Zen+.

Из новинок стоит выделить модели Gigabyte B450 I Aorus Pro WiFi и MSI B450I Gaming Plus AC со своими изюминками и достоинствами. В мое распоряжение попала последняя из списка, являющаяся по внешним признакам копией предыдущей версии, что я использовал, поэтому было интересно их сравнить и выяснить главные отличия, помимо черного текстолита и отсутствующего радиатора VRM SoC, что сразу бросалось в глаза.

Тестирование проводилось на разогнанном процессоре AMD Ryzen 5 2400G с тактовой частотой 4000 МГц при напряжении 1.4 В, SoC — 1.15 В, оперативная память функционировала на частоте 3200 МГц при 1.36 В, а система охлаждения Noctua NH-L9a работала при 2000 об/мин. И результаты меня немного обескуражили.

Несмотря на отсутствие радиатора и одинаковые заданные параметры, новинка в виде MSI B450I Gaming Plus AC не только обошла модель B350I Pro AC, но и сделала это с существенным отрывом: 24°C на пустом месте это вам не шутки.

Выводы навели меня на некоторые мысли, а именно: о влиянии частоты подаваемых сигналов от PWM-контроллера на затворы мосфетов.

Подсистема питания: частота и температура

Немного поискав в интернете, удалось найти любопытные документы.

Получается, что на моделях MSI B350I Pro AC и B450I Gaming Plus AC (они построены на идентичной PCB) регулировка частоты переключения фаз возможна, но влияет ли она на температурный режим?

Данная опция скрывается в разделе OC — DigitALL Power — CPU NB Switching Frequency.

Тестирование проводилось с настройками системы по умолчанию, результаты снимались утилитой HWINFO64.

Приведен график в бенчмарке WoT enCore, как наиболее нагружающий игровую систему.

Как видим, существует прямая зависимость частоты переключения фаз от температуры. Комментарии инженеров таковы, что с повышением частоты улучшается стабильность разгона.

По умолчанию на MSI B350I Pro AC и B450I Gaming Plus AC она составляет 400 кГц, а далее их пути разнятся. На прошлом поколении заложенный алгоритм при оверклокинге автоматически повышает частоту, а вместе с ним растет и температура CPU VRM, в частности VRM SoC. На более новой модели MSI B450I Gaming Plus AC разработчики это убрали или пофиксили, что и позволило отказаться от крохотного, но все же радиатора. Вот почему результаты нагрева VRM SoC так расходились.

Стоит отметить, что долгие часы проверок не выявили каких-либо особенностей и стабильности при различной частоте фаз, поэтому на своей материнской плате для улучшения температурного режима остановился на 400 кГц.

Скальпирование процессоров

Несколько градусов Цельсия мы отыграли на подсистеме питания, пора браться за центральный процессор. В отличие от продукции компании Intel, для противоположного лагеря не вошли в обиход различные аксессуары и механизмы по скальпированию, а приобретать дорогостоящее решение «The Der8uaer Delid Die Mate 2» за 46 долларов и ожидать доставки несколько недель в мои планы не входило, поэтому эксперименты начинаются с более привычных инструментов.

Классический вариант — лезвие безопасной бритвы.

Вначале небольшой ликбез: на данный момент только на процессорах AMD Ryzen 3 2200G и Ryzen 5 2400G (вероятно, и на Athlon 200GE тоже) для удешевления производства используется термопаста, что и позволяет осуществить процесс снятия теплораспределительной крышки. Однако сам герметик значительно плотнее и крепче, нежели на моделях Intel, а SMD-элементы перемещены ближе к рамке, что повышает опасность их срезать: необходимо найти компромисс между сильным и слабым хватом, чтобы не повредить что-то нужное.

Начнем тренировку со младшим процессором — AMD Ryzen 3 2200G. Аккуратно подрезаем герметик по периметру, но без особого энтузиазма.

Для дальнейшего процесса скальпирования потребуются тиски: моя модель не самая лучшая для хирургических операций из-за большого люфта, но сгодится.

Герметик очень приставучий и плотный, потребовалось в несколько раз больше времени и сил, нежели с процессорами Intel.

После заветного «хлоп» начинаем аккуратно поддевать крышку.

После череды волнительных минут на столе предстает раздетый AMD Ryzen 3 2200G.

Отчетливо виден след лезвия вблизи SMD-элементов.

Как всегда, не обошлось без недостатков: крышка процессора очень толстая, герметик — тягучий, и в одном из подходов срезана часть лака. Но не стоит переживать, образец сохранил полную работоспособность.

Очищаем поверхности, для этого пользуюсь очистительной губкой из комплекта «жидкого металла» Coollaboratory Liquid Pro.

Его же наношу на поверхность кристалла и крышки процессора.

Под конец операции замечаю наименование и логотип компании AMD с обратной стороны теплораспределительной крышки.

После проверок и тестов убеждаемся в правильности проведения операции скальпирования и возможности проведения на моем главном герое — отборном образце AMD Ryzen 5 2400G.

Опустим промежуточные этапы и посмотрим на итоговый результат.

«Голенький» и очищенный процессор AMD Ryzen 5 2400G.

Более серьезные повреждения: при подрезании герметика лезвием задеты дорожки. Что же, горький опыт на будущее, но благо они не перебиты и многочасовые стресс-тесты, проверка всех портов и интерфейсов не выявили сбои в работе или неработающие механизмы.

Термопаста Coollaboratory Liquid Pro не вовремя покинула меня, пришлось ехать за «жидким металлом» Thermal Grizzly Conductonaut.

Для тех, кто пойдет по моим стопам, я подготовил модель процессора AMD Ryzen 5 2400G для оценки толщины герметика от размеров крышки. Думаю, с таким пособием будет проще провести скальпирование в домашних условиях без профессионального инструмента от немецкого оверклокера Der8uaer.

Стоят ли эксперименты выделки, наглядно показано на сводном графике.

Около 7°C для младшего процессора и ~11°C — для старшего. Имеется небольшой запас для разгона и не забываем, что в дальнейшем тесты буду проводиться в тесном и закрытом корпусе, поэтому боремся за каждый градус Цельсия!

Нагрев снизился не только на центральном процессоре, но и взаимосвязанных подсистемах питания CPU VRM и VRM SoC. Но что можно сделать дальше?

Охлаждение подсистемы питания и SSD

На момент очередных экспериментов сборка форм-фактора mini-ITX выглядела следующим образом и требовала новых доработок:

В следующую очередь заменяем родные термопрокладки, которые напоминают куски резины.

Их толщина составляет 1 мм, поэтому пришлось снова прибегнуть к нетрадиционному способу.

В наличии оказались не раз выручавшие термопрокладки Arctic Thermal Pad толщиной 0,5 мм.

Складываем их пополам и прикладываем не только на мосфеты, но и на дроссели, чтобы снизить паразитные шумы и нагрев, кстати, их нагрев значительно выше силовых транзисторов и подогревают весь VRM SoC в целом: ай-ай-ай, MSI.

Далее были заказаны две тепловые трубки 8 мм длиной по 15 см: одна для оценки и опытов, вторая — конечный вариант.

Радиаторы материнской платы MSI B350I Pro AC наилучшим образом приспособлены для установки дополнительного охлаждения благодаря ложбинкам.

Проблема в том, что компактный кулер Noctua NH-L9a-AM4 обдувает только подсистему питания процессора, в то время как наиболее загруженная из-за разгона всей системы VRM SoC остается предоставлена сама себе. Моя идея заключалась в том, чтобы соединить их посредством тепловой трубки, чем я и занялся.

В закромах нашелся даже термоклей Arctic Thermal Glue, оставшийся с незапамятных времен от обзора Radeon HD 6950. Срок годности закончился, поэтому я не надеялся на его качество и характеристики, но решил смешать тюбики согласно инструкции.

Да вот только спустя 24 часа и даже неделю он так и не застыл, а продолжал течь. Пришлось радиаторы отмывать, клей счищать.

И воспользоваться старым дедовским методом с термоклеем Алсил-5.

После череды экспериментов удалось добиться следующих результатов:

Теперь больше тепла аккумулировалось на радиаторе и передавалось по трубке на основной радиатор. Отлично! Следующий на очереди — твердотельный накопитель Western Digital Blue WDS250G2B0B M.2 SSD 250 Гбайт.

Его рабочая температура составляет 0 — 70°C, после чего по документации должен начаться троттлинг. Искусственным путем его нагрев был доведен до 70°C, после чего неожидаемо запущенное приложение всегда закрывалось автоматически системой, оставив меня без итоговых результатов в AIDA64. Но мы уже знаем, как поступим в таком случае, и через термоскотч на все микросхемы были навешаны низкопрофильные радиаторы.

Данные изменения, не самые гуманные и фотогенические, привели к заметным улучшениям.

Кастомный корпус

Основная задача и нагрузка ложилась на кастомный корпус, изготовленный с нуля. В данном вопросе мне очень помог наш энтузиаст КВАЙКЕР, который имеет профильную ветку на форуме.

После череды споров и решений нами было подготовлено техническое задание, а благодаря богатому опыту коллеги, часть функционала приобрела новый смысл (выкладывать эскиз проекта в общий доступ я не решился). Спустя несколько недель КВАЙКЕР похвастался своим творением.

Какое-то время потребовалось на доработку и покраску, но итоговым вариантом мы остались довольны.

После получения корпуса я занялся его кастомизацией, благо было над чем работать. В первую очередь я наклеил пылевые фильтры, которые мне предоставил КВАЙКЕР.

Специальный выпил на дне конструкции предназначался для светодиодной ленты: на некоторых моделях, к примеру, ASUS ROG Strix B350-I Gaming диоды распаяны уже на печатной плате, в моем же случае я воспользовался Phanteks RGB Led Strip 400 mm, поставляющие с некоторыми моделями материнских плат MSI.

С помощью прозрачного клея «Момент Кристалл» зафиксировал ленту на основании.

Снизу она защищена специальной вставкой.

Преимущество клея «Кристалл» в том, что он легко наносится, снимается и не токсичен. И имеет запах груши. ?

Светодиодная лента оснащена нестандартным разъемом, поэтому пользуемся кабелем-разветвителем.

Очередная проблема появилась там, где ее не ожидали: кнопка упирается в коннектор RGB 4-pin на материнской плате, но это лишь косметические мелочи.

А вот другой нюанс оказался намного сложнее: оказалось, мы с КВАЙКЕР не учли толщину порошковой краски, которая повлияла на размеры корпуса и толщину деталей, поэтому верхняя крышка сложнее стала закрываться, а кое-где пришлось снимать лишний слой.

Маломощные адаптер Realan lr1109 120W и блок питания AC-DC ADP-43AB Rev A1 150W были заменены на RGeek LD-A250WL 250W и AC-DC MJJC-12015A 180W.

Основные отличия следующие: новый блок питания имеет мощность до 180 Вт, а Pico PSU — по линии +12В обеспечивает до 192 Вт энергией. Этого должно хватить на «раскочегаренный» AMD Ryzen 5 2400G.

Забегая вперед после трехчасового марафона в играх, блок питания подозрительно грелся, что вынудило его разобрать. Увиденное меня расстроило, но это же китайская подделка!

Внутри лежала печатная плата явно от другой модели, благо с более мощной катушкой.

На самой большой катушке значились значения »400V, 150uF», на другой — 2200uF и до 150°C. Крепление отсутствует и блок болтается.

Учитывая, как прогрелся китайский толстый пластик, то элементам внутри не позавидуешь. Чтобы увеличить ресурс блока питания, на радиатор наклеил термопрокладки, в самом корпусе аккуратно насверлены отверстия для вентиляции.

Настройка и оптимизация

Основные напутствия сказаны, улучшения произведены, пора примерять нашего героя в теле кастомного корпуса, который к слову так и не обзавелся названием! Придумывайте ваши прозвища нашему малышу ?.

Внутреннего объема хватает для установки всех важных компонентов, хотя лишних проводов с избытком хватает.

Поэтому проводим возможный кабель-менеджмент: к примеру, питание процессора 8-pin пропускаем через основание кулера, а провод подсветки между Pico-PSU и модулями оперативной памяти.

Начинаем примерку головной части корпуса с телом.

После нескольких физических воздействий, а из-за краски толщина стенок увеличилась и закрыть ПК стало сложнее, наш герой обрел следующие очертания:

Общий объем компьютера с процессором AMD Ryzen 5 2400G со встроенной графикой AMD Radeon RX Vega 11 и разгоном составляет 2,55 литра. Много или мало судить вам, однако после первого завершенного проекта остается чувство недосказанности и желания сделать лучше.

Мини-ПК в сравнении с современным смартфоном и внешним блоком питания от того же компьютера ?.

Благодаря фирменной утилите MSI Gaming APP подсветка RGB ленты настраивается согласно вашим желанием. В моем случае наиболее актуальным оказался белый цвет, правда свечение происходит с голубоватым оттенком. В реальности оно более насыщенное и рассеянное, нежели передает камера.

В таком варианте ожидаемо получили великолепный дизайн, но и высокий нагрев внутренних комплектующих. Я забыл предупредить КВАЙКЕР о размере вентилятора и по общим очертаниям рассчитал корпус с расчетом на установку традиционного 120 мм вентилятора, в то время как использовалась версия slim 92 мм. Поэтому кулер лишь едва засасывал свежий воздух, а далее гонял горячий по кругу. Попытки приспособить различные модели не увенчались успехом: под руку шли от самых дешевых Deepcool Q120P до оборотистых Cooler Master, но все заканчивалось одинаково с высоким нагревом одних и тех же элементов.

Поэтому из подручных средств, благо внутри ПК этого безобразия никто не увидит, из горловины старого кулера на сокете АМ2, была создана вытяжка высотой 25 мм под размеры классических вертушек. В таком случае система охлаждения Noctua NH-L9a функционировала как надо: забирала свежий воздух и под давлением он выходил через сквозные боковые прорези.

Данная конструкция и стала итоговой.

Заключение

Вот и подошел к финалу цикл материалов, посвященный мини-ПК в роли игровой машины! Как это не парадоксально, но даже такой малыш на базе AMD Ryzen 5 2400G позволяет комфортно играть при 50–60 FPS в HD-клиенте World of Tanks на средне-высоких настройках со сглаживанием, но при минимальной растительности, чего я и добивался.

Корни основных оптимизаций, на которые пришлось пойти, кроются в нагреве процессора, твердотельного накопителя, подсистемы питания и, конечно же, в потреблении. Кстати о последнем: несмотря на значение «TDP 65 W», вы должны понимать, что оно относится к штатному состоянию и предназначено для оценки эффективности системы охлаждения, а не блока питания. Реальные значения таковы (с небольшими пометками):

• Default — процессор на штатной частоте 3600 МГц, с активной технологией Boost и напряжением 1.3–1.465 В; SoC — 1.01 В; DRAM — 2133 МГц при напряжении 1.2 В, другие параметры по умолчанию;
• Пометка «N_» — предыдущее состояние с новыми изменениями.

В итоге мы получаем:

Наиболее оптимальным оказался вариант с разгоном процессора до 3800 МГц при напряжении 1.3 В с отключенным Boost, памяти до 3400 МГц (с таймингами как на частоте 3200 МГц по калькулятору DRAM Ryzen Calculator). От оверклокинга iGPU пришлось отказаться, поскольку оно все равно ведет к существенному росту потребления и нагрева VRM. В любом случае результатом я остался доволен.

Многие коллеги спрашивали, буду ли я закрывать заднюю панель или нет. Пусть теряем в эффективном теплоотводе, зато получаем гармоничную, красивую и цельную конструкцию.

В завершение поблагодарю своих читателей за отзывчивость и желание создавать подобные проекты, а также коллег за дельные советы в кастомизации (по опыту с «большими братьями-ПК»); их замечания пригодились и здесь, и отдельно товарища КВАЙКЕР за желание и помощь в создании подобного малыша!

Выражаю отдельную благодарность: в разработке корпуса — КВАЙКЕР; в подготовке материала — donnerjack.

Полный текст статьи читайте на overclockers.ru