AMD Radeon RX 5700 XT — alternatywne sposoby schładzania karty graficznej

Skoro wydajność jest akceptowalna, postanowiliśmy spróbować domowymi sposobami polepszyć kulturę pracy referencyjnego modelu. Zastosowaliśmy różne sztuczki, od wymiany pasty termoprzewodzącej, poprzez dołożenie nowego wentylatora, po wymianę układu chłodzenia na inny. Jakie rezultaty otrzymaliśmy i czy można w prosty sposób polepszyć działanie referencyjnego Radeona RX 5700 XT? Odpowiedź znajdziecie w artykule.

Układ chłodzący powinien odprowadzić ciepło wydzielane podczas długotrwałego obciążenia procesora graficznego na tyle sprawnie, aby nie zadziałały mechanizmy ograniczające wydajność chipa. Utrudnieniem jest oczywiście osiągnięcie akceptowalnej kultury pracy, a więc głośności pracy wentylatora. W przypadku AMD referencyjne wersje kart graficznych mają zazwyczaj bardzo prosty układ chłodzenia, dwuslotowy z wentylatorem promieniowym potocznie zwanym "turbinką". Pierwszy raz zastosowano je w modelach ATI Radeon HD 4xxx. O ile są one zwykle wydajne, to sporo do życzenia pozostawia kultura pracy.

AMD Radeon RX 5700 XT — budowa układu chłodzącego

Najnowsza karta graficzna AMD wykorzystuje bardzo dobrze znany system chłodzenia, tak zwany blower. Składa się on z czterech podstawowych części: aluminiowego radiatora z komorą parową w podstawie, 70-milimetrowego wentylatora promieniowego, aluminiowej płyty na spodzie, która odbiera ciepło z sekcji zasilającej oraz z modułów pamięci i wierzchniej pokrywy, która tworzy dukt powietrzny kierujący strumień powietrza na radiator.

Moduły pamięci i sekcja zasilająca stykają się z aluminiowym radiatorem poprzez milimetrowej grubości termopady, które pomagają w odprowadzaniu nadmiaru ciepła z wyżej wymienionych komponentów. Niestety termopad zastosowano również pomiędzy procesorem graficznym i radiatorem. Oczywiście nie jest to klasyczny termopad, ten sprawia wrażenie przeciętnego jakościowo materiału, można zauważyć w nim metaliczną strukturę.

Pomiar temperatur — Temperatura rdzenia, modułów pamięci oraz hotspot

Temperatura pracy układu graficznego to jeden z najważniejszych czynników wpływających na wydajność karty graficznej. Jeśli jest ona za wysoka, to możemy liczyć na spadek wydajności, a jeśli jest niska, to teoretycznie powinniśmy zaobserwować wzrost wydajności. Do określenia czy temperatura jest odpowiednia, wykorzystywana jest zamontowana wewnątrz chipa grupa sensorów. Zazwyczaj wartości wyświetlane przez aplikacje monitorujące stan pracy karty wykorzystują skalkulowaną wartość ─ nie wiemy, z którego czujnika jest ona odczytana.

Wiemy, że w przypadku modelu AMD Radeon RX 5700 XT czujników jest przynajmniej kilka. W popularnych programach monitorujących (GPU-Z, HWiNFO) możemy zobaczyć, że poza standardowym odczytem temperatury rdzenia, mamy też pozycję GPU hotspot. Parametr ten jest najwyższą zanotowaną w danym momencie pomiaru wartością temperatury wewnątrz rdzenia GPU ze wszystkich czujników, które znajdują się w GPU. AMD w swoich materiałach podaje, że wartość hotspot może przekraczać nawet 110 stopni Celsjusza i taka temperatura jest dozwolona. Podczas testu parametr ten osiągał maksymalną wartość 113 stopni Celsjusza, przy częstotliwości taktowania rdzenia wynoszącej 1820 MHz (obiecywany przez AMD boost powinien wynieść 1905 MHz).

Na stabilną pracę całego układu graficznego wpływ mają oczywiście temperatury modułów pamięci, w naszych pomiarach ich temperatura dochodziła do 95 stopni Celsjusza i uznajemy tę wartość za graniczną.

Referencyjny układ chłodzący ─ jak czytać charakterystykę

Aby sprawdzić, jak działa referencyjna konstrukcja z układem AMD Radeon RX 5700 XT, postanowiliśmy wykreślić ch-kę pracy układu chłodzącego. Możemy na niej sprawdzić zależność prędkości obrotowej od temperatury GPU i głośności. Na wykresie oznaczono punkt pracy układu regulacji prędkości obrotowej przy pełnym obciążeniu karty. Zmieniając prędkość obrotową, możemy go przesuwać na charakterystyce, osiągając w ten sposób lepsze właściwości odprowadzania energii lub kulturę pracy.

Charakterystyka referencyjnego układu chłodzenia Radeon'a RX 5700 XT

W dalszej części artykułu znajdziecie proste modyfikacje, które zmieniają warunki pracy karty graficznej. W większości wypadków wiążą się one z demontażem układu chłodzącego, co pociąga za sobą możliwość utraty gwarancji na kartę graficzną. Montaż schładzacza na odsłoniętym rdzeniu jest także niebezpieczna, zalecamy ostrożność. Wszystkie modyfikacje wykonujecie na własną odpowiedzialność.

Układ chłodzący — Referencyjny plus dodatkowy wentylator Noctua NF-A15 PWM

Na początku zaczniemy od najprostszej modyfikacji, czyli dołożenia wentylatora na wierzch karty graficznej. To banalnie proste działanie spowodowało, że rdzeń karty graficznej został jednocześnie chłodzony od góry przez odsłonięte wycięcie w płycie tylnej karty graficznej. Wentylator zamocowaliśmy do karty graficznej przy pomocy dwóch uchwytów, które wydrukowaliśmy na drukarce 3D, a wentylator podłączyliśmy do płyty głównej i pracował on cały czas na pełnych obrotach. Niestety poprzez zastosowanie pełnowymiarowego wentylatora tzn. jego wysokość to 25 mm musieliśmy zainstalować kartę graficzną w środkowym slocie PCIe. Wentylator nie mieścił się pod pompoblokiem chłodzenia AIO.

(odległość od górnego slotu PCI-Express)

AMD Radeon RX 5700 XT ─ dodatkowy wentylator

Dołożenie dodatkowego wentylatora od góry karty graficznej spowodowało obniżenie się temperatury rdzenia pod pełnym odciążeniem o 5 stopni Celsjusza. Halas pozostał na takim samym poziomie, ponieważ wentylator Noctua NF-A15PWM pod pełnym obciążeniem jest znacznie cichszy niż referencyjny układ chłodzenia. Poniższa charakterystyka pokazuje osiągnięte tym zabiegiem rezultaty. Dodatkowy wentylator pracuje cały czas na pełnej prędkości obrotowej, zmieniana jest natomiast predkość fabrycznego układu chłodzenia.

AMD Radeon RX 5700 XT ze schładzaczem ASUS DirectCU II z karty graficznej AMD Radeon 6970

Wymiana całego układu chłodzenia to jedna z możliwości, trzeba jednak znaleźć schładzacz o podobnym rozstawie śrub mocujących lub przygotować się na lekkie modyfikacje mechaniczne. W przypadku naszej karty udało nam się w redakcji znaleźć Radeona HD 6970 wyprodukowanego przez Asusa, który wyposażony był w bardzo dobry układ chłodzenia ─ DirectCU II. Okazało się, że rozstaw śrub montażowych jest cały czas 54 milimetry. Można wiec przejrzeć używane/uszkodzone karty w popularnych serwisach aukcyjnych.

Sam montaż nowego radiatora jest relatywnie prosty, ale musimy liczyć się z tym, że po drodze mogą spotkać nas niespodzianki. W przypadku chłodzenia Asus musieliśmy pogodzić się z tym, że moduły pamięci nie będą miały zamontowanych radiatorów i będą chłodzone owiewającym ich powietrzem. Drugim problemem było chłodzenie sekcji zasilającej, Chłodzenie Asusa było pozbawione dedykowanych radiatorów na tę sekcję, dlatego skorzystaliśmy z małych aluminiowych radiatorów znalezionych w szufladzie. Przykleiliśmy je klejem termoprzewodzącym bezpośrednio do sekcji zasilającej. Jeśli nie posiadamy tego typu radiatorów, można je kupić w dowolnym sklepie z elektroniką. Samo przykręcanie radiatora do karty graficznej wymaga dużego wyczucia, ponieważ będziemy przykręcać radiator do odsłoniętego rdzenia i musimy bardzo uważać, żeby go nie ukruszyć.

My zrobiliśmy to w następujący sposób:

Położyliśmy radiator na płaskiej powierzchni i od góry przyłożyliśmy płytkę PCB karty graficznej.
Bardzo ważne jest, żeby od PCB wcześniej odkręcić śledzia przy wyjściach wideo, wtedy nie będzie nam on przeszkadzał w procesie montażu.
Sam montaż układu chłodzenia od Asusa polegał na przykręceniu czterech śrub, które przytwierdzą radiator do rdzenia karty graficznej i płytki drukowanej.
Śruby przykręcamy bardzo delikatnie, po przekątnej w kolejności 1, 3, 2, 4.
Następnie podłączamy wentylatory i możemy sprawdzić, czy karta graficzna działa.

(brak możliwości montażu radiatorów na modułach pamięci)

(podłączenie wentylatorów)

AMD Radeon RX 5700 XT z DirectCU II ─ charakterystyka układu chłodzenia

Zamontowanie układu chłodzenia DirectCU II spowodowało obniżenie temperatury pracy rdzenia karty graficznej do poziomu 68 stopni Celsjusza. To aż o dwadzieścia stopni mniej niż w wypadku użycia referencyjnego układu chłodzenia. Obniżył się także hałas, DirectCU II układ chłodzenia generował pod obciążeniem 34,7 dBA. Hałas, jaki wtedy generowała nasza karta graficzna to 34,7 dB, czyli o 8 dBA mniej od wersji referencyjnej. Wynik ten oczywiście możemy jeszcze obniżyć, ograniczając prędkość obrotową wentylatora do minimum, czyli do 1582 obr./min. W takim wypadku głośność tej karty pod obciążeniem będzie wynosić 30 dBA. Odczyt parametru hotspot wskazywał 110 stopni Celsjusza, znacznie rzadziej niż w wypadku referencyjnego chłodzenia. Moduły pamięci pracowały z temperaturą 95 stopni Celsjusza, dopiero zwiększenie obrotów wentylatorów do wartości 2300 obr./min stawały się chłodniejsze.

Wydajność pozostała na poziomie modelu referencyjnego, rdzeń działał przez większość czasu z częstotliwością 1820 MHz, okazjonalnie zwiększając swoją częstotliwość lub delikatnie obniżając. W grze Wiedźmin 3: Dziki Gon średnia liczba klatek na sekundę wynosiła 69 kl./s w rozdzielczości 2560 × 1440 pikseli.

AMD Radeon RX 5700 XT ─ kultowy schładzacz Thermalright HR-03 GT

Dedykowany układ chłodzenia firmy Thermalright HR-03 GT montujemy w dokładnie taki sam sposób jak układ chłodzenia Asusa. Pozostaje tylko jeszcze podpiąć wentylator i gotowe. I tu pojawia się pytanie, gdzie podpiąć wentylator? 4-pinowa wtyczka standardowego wentylatora nie pasuje do gniazda na PCB karty graficznej. Są dwa wyjścia: przerobić wtyk na pasujący lub podłączyć wentylator do płyty głównej. Płyta główna nie może regulować obrotów wentylatora na podstawie temperatury rdzenia GPU, ale możemy ręcznie ustawić pasującą nam wartość i sprawdzić, jak nasze chłodzenie się sprawuje. Alternatywnym rozwiązaniem jest dodatkowy, zewnętrzny kontroler obrotów wentylatora na, który działa w trybie automatycznym sterowanym na podstawie wybranego parametru.

(radiatory zainstalowane na sześciu modułach pamięci z ośmiu, dwa moduły znajdują się bezpośrednio pod ciepłowodami i nie mogliśmy na nich zainstalować radiatorów)

Rezultaty, jakie otrzymaliśmy

Chłodzenie Thermalright HR-03 GT sparowaliśmy z dwoma różnymi wentylatorami, żeby sprawdzić, jaki będą miały wpływ na oferowaną wydajność tego chłodzenia. Najpierw podłączyliśmy bardzo tani wentylator Fander 12 cm. Z nim karta osiągnęła temperaturę rdzenia na poziomie 86 stopni Celsjusza, a parametr hotspot bardzo często notował wskazanie 110 stopni Celsjusza. Wymieniliśmy więc wentylator na wydajniejszy, nasz wybór padł na Noctua NF-A15 PWM. To jeden z najwydajniejszych wentylatorów na rynku, temperatury poprawiły się, rdzeń osiągnął temperaturę 83 stopnie Celsjusza, czyli o pięć stopni mniej od rozwiązania referencyjnego. Niestety hotspot nadal osiągał 110 stopni Celsjusza. Poprawie uległ hałas, jaki generowało to chłodzenie. Z wentylatorem Fander głośność pracy karty wynosiła 33,2 dBA, a z dużą Noctuą natężenie dźwięku spadło do 30 dBA.

Wydajność była na referencyjnym poziomie, nie zauważyliśmy spadków animacji w Wiedźminie 3 w naszej lokacji testowej.

Układ chłodzący — Cooler Master MasterAir MA410P, chłodzenie na procesor

A może by tak zainstalować schładzacz dedykowany do procesora? To bardzo popularne rozwiązanie wśród osób podkręcających komponenty. Wybór padł na jedno z nowszych chłodzeń firmy Cooler Master, model MasterAir MA410P. Zadecydowało ułożenie ciepłowodów, są one dostatecznie szeroko rozstawione, żeby pomiędzy nimi zmieścić płytkę dociskową, przy pomocy której zamocowany jest schładzacz do karty graficznej. Akurat w przypadku montowania tego chłodzenia musieliśmy wspomóc się drukarką 3D. Konieczne było użycie dystansu utrzymującego krzyżak montażowy w jednej płaszczyźnie. Schładzacz ten ma nietypową wypustkę, stąd taka konieczność. Wentylator podłączyliśmy do płyty głównej i ustawiliśmy obroty wentylatora na 100%. Udało nam się również podłączyć oświetlenie RGB LED. Niestety tak wysokie chłodzenie ma jedną wadę, wystaje ono poniżej obrysu płyty głównej i żeby takie chłodzenie pasowało, wymagana jest duża obudowa komputerowa z odpowiednią ilością miejsca poniżej płyty głównej.

(zainstalowane chłodzenie)

(wydrukowany wspornik w kształcie litery U)

AMD Radeon RX 5700 XT z DirectCU II ─ z chłodzeniem do procesora Cooler Master MasterAir MA410P

Chłodzenie CPU zainstalowane na karcie graficznej okazało się fenomenalnie wydajne. Temperatura rdzenia pod pełnym obciążeniem wynosiła zaledwie 67 stopni Celsjusza, parametr hotspot zanotował maksymalną temperaturę na poziomie 97 stopni Celsjusza. To najlepszy wynik w teście, niestety moduły pamięci miały temperaturę od 93 do 95 stopni Celsjusza, były one bardzo słabo owiewane przez wieżowe chłodzenie procesora, Na szczęście nie wpłynęło to wydajność karty graficznej. Hałas jaki generował układ chłodzenia, to 36,3 dBA, więc to rozwiązanie jest cichsze od układu referencyjnego.

Rdzeń prawie cały czas pracował z częstotliwością 1820 MHz, a wydajność w Wiedźminie 3 wynosiła średnio 69 kl./s. Byliśmy tym wynikiem trochę rozczarowani, ponieważ myśleliśmy, że wraz z niższą temperaturą rdzeń zwiększy swoją częstotliwość i zyskamy większą wydajność. Niestety tak się nie stało.

AMD Radeon RX 5700 XT ─ wymiana pasty termoprzewodzącej

Wymiana układu chłodzącego to dla wielu osób jednak zdecydowanie zbyt daleko idąca modyfikacja karty graficznej, dlatego postanowiliśmy sprawdzić coś prostszego, wymianę pasty termoprzewodzącej. Z uwagi na bardzo kiepskiej jakości fabryczny termalpad pomysł wydawał się rokujący. Wybraliśmy dwa produkty, standardową pastę, którą używamy podczas pracy w laboratorium, czyli Noctua NT-H1 oraz ciekły metal firmy Thermal Grizzly Conductonaut. W wypadku tego ostatniego trzeba tylko bardzo uważać przy nakładaniu, żeby przypadkiem substancja nie wypłynęła poza obrys rdzenia karty graficznej i nie zwarła przylutowanych tam elementów SMD. Najlepiej jest zabezpieczyć odsłonięte części na substracie rdzenia, lakierem do paznokci lub taśmą kaptonową. Istotną informacją jest to, że ciekłego metalu nie możemy stosować na aluminiowe radiatory, tylko na miedziane lub niklowane.

(rdzeń z nałożonym ciekłym metalem i substrat zabezpieczony taśmą kaptonową)

AMD Radeon RX 5700 XT ─ wymiana pasty termoprzewodzącej

Wymiana seryjnej pasty termo przewodzącej na Noctuę przyniosła bardzo wyraźny spadek temperatury. Rdzeń pod pełnym obciążeniem osiągał temperaturę 74 stopni Celsjusza, a z ciekłym metalem obniżyła się ona jeszcze o trzy stopnie, do 71. Wyniki te otrzymaliśmy przy szybkości obracania się wentylatora z prędkością 2100 obr./min, jest to 43% całkowitej prędkości, z jaką może obracać się ten wentylator. Trochę nas zaskoczyło, że pomimo spadku temperatury rdzenia, wentylator obraca się cały czas z taką samą jak w przypadku fabrycznej pasty prędkością pod pełnym obciążeniem. Prędkość jest uzależniona od kilku czynników: po pierwsze od celowanego limitu temperatury, który jest na tyle niski, że praktycznie nieosiągalny dla fabrycznego układu chłodzenia; limitu prędkości obrotowej w trybie automatycznym, która z uwagi na dbałość o kulturę pracy nie może przekroczyć 43 procent.

Żeby wpłynąć na charakterystykę wentylatorów, musimy przełączyć się w tryb ręczny w oprogramowaniu MSI Afterburner i ręcznie ustalić krzywą pracy wentylatorów. Wartość, jaką możemy wybrać, znajdziemy na poniższej charakterystyce. W wypadku Możemy obniżyć nawet do około 1500 obr./min, a temperatura GPU będzie nadal akceptowalna ─ 88 stopnie Celsjusza.

Temperatura hotspot w przypadku obydwu past termoprzewodzących wynosiła odpowiednio 107 stopni Celsjusza dla Noctua NT-H1 i 105 stopni Celsjusza dla Thermal Grizzly, pamięci nagrzewały się do 95 stopni Celsjusza.

Wydajność, jaką otrzymaliśmy po tych dwóch modyfikacjach była na referencyjnym poziomie.

Podsumowanie

Wszystkie nasze przeróbki, układu chłodzącego były podyktowane sprawdzeniem, czy referencyjne konstrukcje AMD Radeon RX 57000 XT są warte zakupu. Eksperyment miał na celu sprawdzenie, czy prostymi metodami uda się poprawić wydajność i kulturę pracy układu chłodzącego.

Spróbowaliśmy wszystkich tanich i trochę droższych sposobów na polepszenie warunków pracy tego GPU, no może poza "wodowaniem karty graficznej" i chłodzeniem ciekłym azotem. Tego typu próby są jednak przeznaczone na całkiem inne okoliczności.

Na początku zamontowaliśmy dodatkowy wentylator, prosta czynność polepszyła warunki pracy fabrycznego chłodzenia, choć nie zmieniła kultury działania karty.

W drugiej kolejności zamontowaliśmy sprawdzony, nieco leciwy schładzacz ze starego Radeona. Nasz wybór padł na dobrze nam znane chłodzenie Asusa ─ DirectCU II, które w swoim czasie uznawane było za jedno z najlepszych chłodzeń na GPU na rynku. Testy okazały się miłym zaskoczeniem, jak dobrze wywiązał się układ chłodzący Asusa z powierzonego mu zadania. Okazał się on jednakowo dużo wydajniejszy w odprowadzaniu ciepła, jak i w kulturze pracy. Wyżej wymieniony układ chłodzenia możemy dzisiaj kupić razem z używaną kartą graficzną na popularnych serwisach aukcyjnych w bardzo umiarkowanej cenie. Czy polecilibyśmy taką modyfikację? Tak, ale tylko użytkownikom, którzy mają trochę doświadczenia w modowaniu kart graficznych i będą odpowiednio ostrożni, by jej nie uszkodzić.

Zastosowanie schładzacza montowanego na procesorze do chłodzenia karty graficznej to jedna z popularniejszym form modyfikacji, która swoje triumfy świeciła jeszcze kilka lat temu. Teraz wykorzystywana jest głównie jako ciekawostka, ale w przypadku testowanej karty graficznej okazała się prawie najwydajniejszą modyfikacją. Temperatura rdzenia obniżyła się do poziomu 67 stopni Celsjusza, a hałas był na niskim poziomie (36,3 dBA). Oczywiście można go było jeszcze obniżyć poprzez obniżenie obrotów wentylatora. Obok niewątpliwych zalet są również i wady. Schładzacz CPU jest duży i trzeba dysponować odpowiednio dużą obudową, żeby go w zmieścić. Jest też ciężki i bardzo mocno wygina PCB karty graficznej, dlatego trzeba usztywnić kartę graficzną, żeby nie doszło do uszkodzenia. Rozwiązanie to polecilibyśmy tylko osobom, które mają odpowiednie doświadczenie i godzą się na minusy wynikające z montażu schładzacza CPU na karcie graficznej.

Na końcu sprawdziliśmy, jak na chłodzenie wpływa jakość użytej pasty termoprzewodzącej. Okazuje się, że tego typu modyfikacje faktycznie przynoszą skutek w postaci obniżenia się temperatur rdzenia, co w efekcie pozwala również obniżyć prędkość obrotową wentylatora. Okazało się, że fabryczny termalpad lub substancja zbliżona do pasty termoprzewodzącej była bardzo złej jakości, toteż wymiana jej na popularną i dobrą Noctuę NT-H1 zaskoczyła nas całkowicie. Temperatura rdzenia pod pełnym obciążeniem obniżyła się o 14 stopni Celsjusza!!! Po zastosowaniu ciekłego metalu jeszcze o dodatkowe trzy stopnie. Okazało się, że inżynierowie AMD zaprojektowali odpowiednio wydajny układ chłodzący, który jest w stanie dobrze schłodzić rdzeń karty graficznej, tylko ktoś po drodze stwierdził, że zamiast dobrej pasty zastosuje thermalpad, który w bardzo skuteczny sposób sabotuje działanie całego układu chłodzenia.

Na koniec mogę tylko napisać, że wymiana pasty termoprzewodzącej to najtańsza i jednocześnie najlepsza rzecz, jaką możemy zrobić Radeonowi RX 5700 XT. Zyskamy na kulturze pracy, a wydajność pozostanie na takim samym dobrym poziomie.

Do modyfikacji będą Wam potrzebne wentylatory. Jeśli nasz artykuł zainspirował Was i nie macie nic pod ręką, polecamy kilka sprawdzonych modeli. Będziemy wdzięczni za kupno z wykorzystaniem poniższych linków kierujących do sklepu x-kom:

12 centymetrów: