Wymiana pasty termoprzewodzącej w laptopie

Monitorujemy i testujemy działanie procesora

Jak zapewne zauważyliście, od niedawna w testach laptopów można znaleźć wykresy XTU. Dzięki nim możemy dokładniej zobrazować, dlaczego częstotliwość taktowania CPU w trybie turbo w wielu przypadkach nie może być utrzymana na założonym przez producenta poziomie. Spadki częstotliwości taktowania do wartości bazowej, lub nawet poniżej, mogą być spowodowane przez:

• throttling termiczny – spowolnienie taktowania CPU poniżej wartości bazowej, wywołane zbyt wysoką temperaturą CPU (na wykresie XTU spadek wywołany temperaturą jest zaznaczony na czerwono);
• power limit throttling – spowolnienie taktowania wywołane tym, że procesor pobiera więcej energii, niż dopuszcza producent; na przykład podczas dłuższego użytkowania komputera CPU może pobrać przez krótki czas 53 W (tzw. short turbo max), ale później częstotliwość taktowania i napięcie zasilające są zmniejszane, żeby pobór energii zmieścił się w limicie, na przykład w 45 W (na wykresie XTU spowolnienie tego typu jest zaznaczone na różowo);
• current throttling – jest stosowany na podobnej zasadzie co power limit throttling, tyle że dotyczy natężenia prądu (na wykresie XTU jest zaznaczony na ciemnozielono);
• motherboard VR throttling – spowolnienie taktowania wywołane na przykład przez niedomagającą sekcję zasilania CPU na płycie głównej (na wykresie XTU zaznaczony na niebiesko).

To, jak działa układ chłodzenia w laptopie, zależy wyłącznie od producenta. Należy przyjąć, że nie będzie wymieniany. Możemy natomiast zrobić coś całkiem innego: w prosty sposób sprawić, że ciepło będzie skuteczniej odprowadzane, a podzespoły będą szybciej taktowane.

Poradnik – jak wycisnąć z laptopa więcej mocy?

Zapewne wielu z Was zainteresuje swego rodzaju poradnik o tym, jak można wyeliminować lub zminimalizować powyższe zjawiska. Rozwiązanie jest proste, choć nie dla każdego oczywiste. Okazuje się, że sporo może dać wymiana pasty termoprzewodzącej nałożonej przez wytwórcę sprzętu. W zależności od producenta pasta jest lepsza lub gorsza, ale zdecydowanie ustępuje tym droższym. Co więcej, właściwości pasty pogarszają się z upływem czasu. To pierwszy krok do sukcesu; następnym jest obniżenie napięcia zasilającego CPU.

Tego typu doświadczenia robiłem już kilkukrotnie. Sam używam kadłubka Clevo z wymienioną pastą (Thermal Grizzly Kryonaut), co pozwoliło obniżyć temperaturę procesora Core i7-6820HK o 8 stopni Celsjusza.

Na potrzeby tego artykułu przeprowadziliśmy ten eksperyment na jednym z popularniejszych swego czasu modeli z procesorem Intel Core i7 4710HQ (Haswell) i kartą graficzną Nvidia GeForce GTX 860M (czyli pierwszym mobilnym Maxwellem).

Na początku wykonaliśmy testy w standardowych ustawieniach, pozostawiwszy pastę nałożoną przez producenta. Następnie obniżyliśmy napięcie zasilania CPU (undervolting). Dalsze próby zostały przeprowadzone po wymianie pasty na Noctua NT-H1 – w standardowych ustawieniach i po obniżeniu napięcia zasilania CPU.

Zastosowaliśmy swoją zwyczajną procedurę testową: „wygrzewanie” CPU przez godzinę za pomocą narzędzia Intel Burn Test, godzinne obciążenie zarówno GPU, jak i CPU przez połączone narzędzia Intel Burn Test i Furmark oraz 30-minutowy test w grze Wiedźmin 3 (w jednym z naszych miejsc testowych).

Pamiętajcie, żeby przed przystąpieniem do wymiany pasty sprawdzić warunki gwarancji na laptop. Może się okazać, że rozkręcenie komputera skutkuje utratą gwarancji, czego w takim momencie nie polecamy. Na ogół sam proces nie jest trudny. Owszem, zdarzają się modele, w których żeby dostać się do układu chłodzenia, należy zdemontować klawiaturę i cały panel roboczy, a to będzie trudne dla niedoświadczonych osób. Jeśli można odkręcić spód laptopa, będzie łatwiej, choć i w tym przypadku warto wiedzieć, co się robi.

Test w konfiguracji z pastą nałożoną przez producenta sprzętu

Zacznijmy od tego, jak laptop się sprawuje bez żadnej ingerencji. W tym przypadku CPU nie umiało utrzymać taktowania turbo przez cały czas i regularnie zwalniało z 3,3–3,4 GHz do 2,5–2,6 GHz. Średnia częstotliwość taktowania wyniosła około 2,9 GHz. Widoczne spadki zostały wywołane przekroczeniem limitu poboru energii przez CPU. Z kolei średnia temperatura CPU wyniosła 84 stopnie Celsjusza, ze skokami do 88 stopni.

W drugim etapie, kiedy to obciążyliśmy CPU i GPU, sytuacja znacznie się pogorszyła. Taktowanie CPU spowolniło poniżej wartości bazowej: do 1,6 GHz, ale średnia częstotliwość wyniosła około 2,7 GHz. Winowajcą było przekroczenie limitu poboru energii przez CPU, występujące już wcześniej, połączone ze zbyt wysoką temperaturą tego układu. Średnia temperatura CPU wyniosła 93 stopni Celsjusza, ze skokami do 97 stopni. Średnia temperatura GPU wyniosła z kolei prawie 81 stopni, a średnia częstotliwość taktowania to 547 MHz, a więc sporo poniżej bazowej częstotliwości 1020 MHz.

W bardziej realistycznym scenariuszu, w grze Wiedźmin 3, średnia temperatura CPU osiągnęła 86 stopni Celsjusza, ze skokami do 91 stopni. Częstotliwość taktowania CPU była bardzo stabilna (poza jednym, bardzo krótkim, spadkiem do 2,4 GHz): utrzymywała się na maksymalnej wartości turbo, czyli 3,3 GHz. Z kolei średnia częstotliwość taktowania GPU wyniosła 1081 MHz, a jego średnia temperatura – 81 stopni Celsjusza.

Undervolting – po co i jak?

Zanim przejdziemy do następnej fazy, zapewne część z Was chciałaby widzieć, czym jest obniżanie napięcia, czyli undervolting, i co ono daje.

W produkcji CPU i GPU obowiązują pewne normy dotyczące ich jakości. Układy przeznaczone do segmentu mobilnego i te odpowiednie do podkręcania powinny utrzymywać bazową częstotliwość taktowania nawet pomimo obniżonego napięcia zasilania. Te, które zdadzą egzamin, są właśnie selekcjonowane do danego zastosowania, pozostałe są sprzedawane na przykład jako procesory z zablokowanym mnożnikiem lub montowane w kartach graficznych niższego segmentu.

Co ciekawe, mogą się trafić układy, które działają na granicy, ale również te, którym można jeszcze bez przeszkód obniżyć napięcie, co pozwoli zmniejszyć pobór energii, a co za tym idzie – wydzielanie ciepła. W laptopach jest to ważne, ponieważ wielu producentów projektuje układ chłodzenia przy założeniu jak najmniejszych kosztów, dostosowany do TDP procesora bez żadnego zapasu. W rezultacie schładzacz w takim laptopie mocno się nagrzewa, a CPU często dobija do ograniczenia poboru energii.

Taktowanie CPU spowalnialiśmy w programie Intel Extreme Tuning Utility (XTU), ale można do tego celu wykorzystać także ThrottleStop. My wybraliśmy XTU, bo ma bardziej przystępny interfejs. Po włączeniu programu trzeba wejść do Advanced Tuning i poszukać dwóch suwaków: Core Voltage Offset oraz Cache Voltage Offset.

Następnie należy przesunąć suwak w lewo lub klikać na strzałki obok wartości 0,000 (jedno kliknięcie oznacza zmianę o 5 mV), żeby obniżyć napięcie. Po ustawieniu na przykład wartości –60 mV klikamy na Apply. To jednak nie koniec zabawy, bo teraz należy sprawdzić stabilność konfiguracji. Zalecana jednorazowa zmiana napięcia to 10 mV. Jeżeli test stabilności nie został zaliczony, wracamy do poprzedniej wartości.

Żeby sprawdzić stabilność, wykorzystamy Intel Burn Test w najwyższych możliwych ustawieniach, ewentualnie test obciążenia XTU. Test wykonujemy przez godzinę.

Wskazówka: procesory z rodziny Haswell nie najlepiej znoszą obniżanie napięcia, ale w 99% przypadków zmiana o –40/50 mV powinna być możliwa. Sporo zależy tutaj od szczęścia w krzemowej loterii. Jeśli zaś chodzi o układy Skylake i Kaby Lake, modele z serii HQ/HK mają dość wysoko ustawione standardowe napięcie, zatem obniżenie go o 100–120 mV nie powinno być najmniejszym problemem (w swoim laptopie z i7-6820HK mogłem obniżyć napięcie o –170 mV przy zachowaniu standardowego taktowania CPU).

Radzimy więc zacząć od przedstawionych wyżej wartości, a potem zmieniać je co 10 mV, przeplatając kolejne zmiany testami stabilności. Jeśli napięcie będzie zbyt małe, pojawi się BSOD lub czarny ekran i laptop uruchomi się ponownie. Z kolei podczas uruchamiania XTU pojawi się informacja, że zostały przywrócone wartości domyślne. Wtedy należy zastosować ostatnie wartości, które nie powodowały problemów.

Nasz i7-4710HQ umiał stabilnie działać zasilany napięciem obniżonym o 80 mV. Sytuacja z GPU jest już znacznie bardziej skomplikowana, ponieważ w większości laptopów vBIOS (BIOS karty graficznej) nie pozwala manipulować napięciami takim programom, jak MSI Afterburner i EVGA Precision.

Niestety, w testowanym laptopie nie zdołaliśmy obniżyć napięcia zasilania GPU. W takim przypadku pozostaje użycie zmodyfikowanego vBIOS-u (jeśli jest dostępny dla danego modelu), który zniesie ograniczenia. Pamiętajmy jednak, że  procedura zmiany vBIOS-u niesie ze sobą kilka zagrożeń. Utrata gwarancji jest najmniej kłopotliwa: w razie niepowodzenia można skończyć z niedziałającą kartą graficzną, przez co laptop stanie się bezużyteczny

Obniżenie napięcia zasilania CPU bez wymiany pasty nałożonej przez producenta – efekty

Po zmniejszeniu napięcia zasilania CPU spowolnienie jego taktowania było mniejsze niż w konfiguracji z pastą nałożoną przez producenta. CPU nie schodził poniżej 2,7–2,8 GHz, a średnia częstotliwość taktowania utrzymywała się w okolicy 3,1 GHz. Zyskaliśmy więc około 200 MHz w stosunku do fabrycznej konfiguracji. Co prawda CPU dalej osiągało limit poboru energii, jednak rzadziej i przy szybszym taktowaniu. Dało się też we znaki następne ograniczenie: CPU zaczęło osiągać limit prądowy. W każdym razie przyspieszenie rzędu 200 MHz jest zadowalające.

Tę sytuację można poprawić, pod warunkiem że laptop pozwala przesunąć ograniczenie poboru energii suwakami Turbo short power maxi i Turbo power max. Niestety, nie wszystkie laptopy na to pozwalają. Ustawienia te, podobnie jak ograniczenie prądowe, są zablokowane w BIOS-ie. Średnia temperatura układu pomimo wzrostu częstotliwości taktowania pozostała taka sama, na poziomie 84 stopni Celsjusza, ale jej skoki były większe, ponieważ dochodziły do 90 stopni.

W przypadku jednoczesnego obciążenia CPU i GPU obniżenie napięcia również pomogło, ponieważ minimalna częstotliwość taktowania CPU wzrosła do 2,3–2,4 GHz, a średnia – do 2,9 GHz. Spadki ponownie były spowodowane przekroczeniem ograniczenia poboru energii przez CPU połączonym ze zbyt wysoką temperaturą. Średnia temperatura i jej zmiany pomimo szybszego taktowania CPU były takie same jak przed obniżeniem napięcia. Z kolei średnia temperatura GPU wyniosła 81 stopni, a średnia częstotliwość taktowania to ponownie 545 MHz.

W teście w Wiedźminie 3 średnia temperatura CPU oraz jej zmiany zmniejszyły się względem wcześniejszego testu o 2 stopnie. Częstotliwość taktowania również była bardzo stabilna, ponieważ utrzymywała się w zakresie turbo 3,3 GHz. Średnia częstotliwość taktowania GPU wyniosła 1049 MHz, a jego temperatura utrzymywała się na tym samym poziomie co wcześniej.

Poradnik – wymiana pasty termoprzewodzącej

Teraz sprawdzimy, co da wymiana pasty bez obniżania napięcia. To, czy będzie to łatwe czy trudne, zależy od modelu laptopa. W niektórych dostęp do podzespołów wymaga odkręcenia ledwie kilku śrub i zdjęcia spodu, a w innych trzeba dosłownie rozkręcać cały komputer. Użyty w teście laptop mieści się pomiędzy tymi dwiema skrajnościami.

Przed rozpoczęciem prac należy się upewnić, czy pod ręką jest wszystko, co potrzebne:

• wkrętak precyzyjny z kilkoma różnymi końcówkami
• izopropanol, ewentualnie spirytus
• coś do podważania obudowy i odpięcia zatrzasków, na przykład kostka gitarowa.

Rozpoczynamy od odłączenia laptopa od zasilacza i wyjęcia akumulatora (jeśli jest na zewnątrz).

My po odkręceniu panelu na spodzie musieliśmy jeszcze wyjąć dysk twardy i odłączyć kartę wi-fi. Następnie po odkręceniu reszty śrubek przytrzymujących spód musieliśmy go podważyć, co zrobiliśmy właśnie za pomocą wspomnianej kostki gitarowej.

W przykładowym modelu było konieczne zdjęcie wierzchniej części obudowy. Dopiero wtedy zyskaliśmy dostęp do układu chłodzenia.

W pierwszej kolejności odłączamy zasilanie wentylatorów, a następnie odkręcamy śrubki, które przytrzymują układ chłodzenia CPU i GPU.

Po ich odkręceniu należy delikatnie oderwać cały kompleks i wyczyścić pastę na CPU, GPU oraz radiatorze. Można to zrobić ręcznikiem papierowym nasączonym izopropanolem lub spirytusem.

Ponadto, jeśli podkładki termiczne umieszczone na kościach pamięci oraz sekcji zasilania GPU są w kiepskim stanie, na przykład porwane, zalecamy ich wymianę na nowe (można je bez problemu kupić, ale muszą być tej samej grubości co stare).

Po tym zabiegu trzeba nałożyć nową pastę. Metod nakładania jest bardzo dużo. My pastę na kwadratowy rdzeń GPU nakładamy metodą X, a na prostokątny CPU – w postaci dwóch równoległych kresek.

Po tym zabiegu przykładamy cały układ chłodzenia i przykręcamy metodą na krzyż (kolejność jest zaznaczona za pomocą cyfr: 1, 2 itd.).

Następnie skręcamy laptop: powtarzamy te same czynności co przy rozkręcaniu, tyle że w odwrotnej kolejności.

Poradnik – efekt wymiany pasty

Nałożoną przez producenta pastę zastąpiliśmy cenioną przez wielu pastą Noctua NT-H1. W teście „procesorowym” częstotliwość taktowania CPU również wyniosła średnio około 2,9 GHz i tylko czasem spadała do 2,4–2,5 GHz, ale średnia i maksymalna temperatura CPU w porównaniu z osiągami przed wymianą pasty spadły o 2 stopnie Celsjusza (odpowiednio: do 82 stopni i 86 stopni). Tak jak w innych testach główną przyczyną spowolnień taktowania było przekroczenie limitu poboru energii przez CPU.

W teście największego obciążenia średnia oraz maksymalna temperatura CPU osiągnęły, odpowiednio, 91 stopni Celsjusza i 94 stopnie (spadek w porównaniu z osiągami przed wymianą pasty wyniósł, odpowiednio, 2 stopnie i 3 stopnie). Częstotliwość taktowania CPU, dławiona w wyniku przekroczenia ograniczenia poboru energii, oscylowała wokół 2,6 GHz, z chwilowymi spadkami do 2,4 GHz. Średnia temperatura układu graficznego wyniosła 81 stopni, a średnia częstotliwość taktowania – 699 MHz. W porównaniu z sytuacją przed wymianą pasty znacznie wzrosła minimalna częstotliwość taktowania CPU (z 1,6 GHz) oraz średnia częstotliwość taktowania GPU (z 547 MHz).

W teście w grze Wiedźmin 3 średnia częstotliwość taktowania CPU wyniosła 3,3 GHz (zanotowaliśmy jednak bardzo krótki pojedynczy spadek do 2,5 GHz). Średnia Temperatura procesora wyniosła 83 stopnie Celsjusza, ze skokami do 87 stopni. GPU było taktowane z częstotliwością około 1096 MHz (czyli funkcja turbo działała bez problemów), a średnia temperatura to około 78 stopni. Po wymianie pasty częstotliwości taktowania CPU i GPU były zbliżone, ale średnia temperatura obu układów była mniejsza o 3–4 stopnie.

Nowa pasta i obniżenie napięcia zasilania CPU – testy

Obniżenie napięcia zasilania procesora przyniosło poprawę w sytuacji, gdy pozostawiliśmy pastę nałożoną przez producenta sprzętu. Po zmianie pasty rezultat powinien być jeszcze lepszy.

W teście obciążenia CPU efekt zmniejszenia napięcia po wymianie pasty był taki sam jak po zmniejszeniu napięcia przed wymianą pasty. Średnia i maksymalna temperatura pozostały na prawie niezmienionym poziomie (odpowiednio: 81 stopni i 87 stopni), ale minimalna częstotliwość taktowania CPU wzrosła o 200–300 MHz. Niestety, ponownie nastąpiło spowolnienie taktowania wywołane przekroczeniem ograniczenia poboru energii przez CPU i ograniczenia natężenia prądu.

Po obciążeniu CPU i GPU minimalna i średnia częstotliwość taktowania CPU za sprawą lepszej pasty wzrosła o 200 MHz w stosunku do poprzedniego testu. Ponownie problemem było ograniczenie poboru energii przez CPU; temperatura układu nie zmieniła się po zmniejszeniu napięcia taktowania rdzenia (średnio 91 stopni Celsjusza, maksymalnie 94 stopnie). Temperatura i częstotliwość taktowania GPU były prawie takie same jak w poprzednim teście.

W trzecim Wiedźminie średnia częstotliwość taktowania CPU wyniosła 3,3 GHz (spowolnienie taktowania jednego z rdzeni o 800 MHz to jednorazowy przypadek). Średnia temperatura procesora wyniosła 82 stopnie Celsjusza, a maksymalna – 86 stopni. Średnia częstotliwość taktowania GPU wyniosła 1096 MHz (czyli funkcja turbo działała bez problemów), a średnia temperatura – około 78 stopni.

Poradnik – podsumowanie

Najlepsze rezultaty dało połączenie lepszej pasty z obniżeniem napięcia. Wprawdzie w naszym przypadku spadki temperatury nie były spektakularne (do 5 stopni Celsjusza w niektórych testach), ale nastąpiło przyspieszenie GPU i CPU. Zaznaczamy, że wyniki mogą się bardzo różnić w zależności od konstrukcji układu chłodzenia w laptopie i właściwości konkretnego procesora. Przykładowo ja w swoim prywatnym laptopie w rezultacie wymiany pasty osiągnąłem aż 8-stopniową różnicę bez obniżania napięcia.

Dlaczego wymiana pasty termoprzewodzącej ma sens? Z jednej strony producenci sprzętu używają różnych past – nie ma tutaj reguły, nie zależy to również od marki. To tylko chłodna kalkulacja, a wynikającej z niej oszczędności nabywca nigdy nie odczuje. Oczywiście, bardzo duży wpływ ma sam układ chłodzenia. Od tego zależy, jaką temperaturę ma powietrze używane do chłodzenia radiatorów.

Najgorsze efekty daje zastosowanie wlotów na spodzie obudowy z dala od wentylatora. Powoduje to zasysanie przez wentylator w pierwszej kolejności powietrza ogrzewanego przez CPU, GPU, nośniki danych czy pamięć operacyjną. Trochę lepsze efekty daje umieszczenie kratek bezpośrednio pod wentylatorem, przez co zasysa on głównie powietrze spoza obudowy.

Zobacz najlepsze laptopy do gier i multimediów za około 4000 zł

Kto zatem powinien się zainteresować możliwością obniżenia napięcia i wymiany pasty? W istocie każdy. Oczywiście, im laptop jest starszy, tym większe prawdopodobieństwo, że wyczyszczenie układu chłodzenia z kurzu i wymiana starej pasty dadzą mu nowe życie, ale także w przypadku nowych konstrukcji często można poprawić dzieło producenta. Z kolei zmniejszenie napięcia jest bardzo prostym zabiegiem, który potrafi znacznie przyspieszyć taktowanie układu scalonego albo obniżyć jego temperaturę. Najłatwiejszym sposobem sprawdzenia, czy dany laptop wymaga zastosowania któregoś z tych rozwiązań bądź obu, jest włączenie XTU (wraz z ustawionymi wartościami dla wykresu) i przetestowanie laptopa w benchmarkach lub ulubionych grach.