Teplovodivá pasta
(NÁVOD a TESTY)
• Autor: Michal Mikle
Při stavbě počítače řešíme řadu parametrů a podle testů či recenzí pečlivě vybíráme každou komponentu. Mnohdy však zapomínáme na neméně důležitou věc, a to na teplovodivou pastu. Boxované chladiče mají obvykle strojově nanesenou vrstvu pasty, aftermarket chladiče jsou pak dodávány s malou tubou zvlášť. Ne vždy je to však ta nejlepší volba. V dnešním testu se zaměříme na 9 teplovodivých past, jejich výkon a možnosti aplikace. Díky pomůcce z plexiskla se podíváme, jak se taková pasta mezi procesorem a chladičem chová, a na závěr si řekneme, na co si dát při aplikaci pasty pozor.
Teplovodivá pasta (VŠE, CO POTŘEBUJETE VĚDĚT) – OBSAH
- K čemu se používá teplovodivá pasta?
- Způsoby aplikace aneb jak to nanést?
- Reálné testy aneb jakou teplovodivku vybrat?
- Závěr
K čemu se používá teplovodivá pasta?
V rámci výpočetní techniky se teplovodivé pasty využívají všude, kde je třeba efektivně odvádět teplo z procesoru či jiného zdroje tepla. Tuto aplikaci najdeme ve stolních počítačích, noteboocích, ba dokonce i v moderních smartphonech a dalších zařízeních. Teplovodivá pasta vytváří most mezi dvěma povrchy, vyplňuje nedokonalosti a mezery mezi nimi. Kvalita a stáří teplovodivé pasty dokáží ovlivnit výkon i životnost samotného procesoru. V případě její úplné absence můžeme riskovat poškození, či praktickou nepoužitelnost z důvodu přehřívání. Výměna staré, špatné či jinak nevyhovující pasty může mít též nemalý vliv na hlučnost chlazení, při lepším přenosu tepla obvykle ventilátoru chladiče stačí menší otáčky k dosažení původní teploty.
Teplovodivé pasty: SLOVNÍK POJMŮ
TIM – thermal interface material, souhrnné označení materiálů určených pro přenos tepla z různých komponent na jejich chladiče. Mezi ně patří teplovodivé pasty, teplovodivá lepidla, tekuté kovy, thermal pady (teplovodivé polštářky).
Teplovodivá pasta – medium vyplňující prostor mezi čipem a chladičem, má za úkol co nejúčinnější převod tepla, používá se z důvodu nerovnosti a nedokonalosti obou ploch.
Tekutý kov – alternativa teplovodivé pasty založená na bázi kovů, jako je indium a galium, jejímž přínosem je násobná tepelná vodivost, s ní však přichází riziko ve formě elektrické vodivosti (při nesprávně aplikaci/manipulaci hrozí zkrat a nenávratné poškození HW). Důležité je též zmínit, že NESMÍ PŘIJÍT DO STYKU S HLINÍKEM. S mědí a niklem, ze kterých je kromě hliníku většina chladičů, však problém nemá.
IHS – integrated heat spreader, měděný kryt procesoru s niklovaným povrchem určený k bezpečnému a rovnoměrnému odvodu tepla. V minulosti existovaly i procesory, které byly odhalené, to však přinášelo řadu problémů. Dnes už mají všechny desktopové procesory IHS, holé čipy ale můžeme najít u grafických karet či v noteboocích a jiných, obvykle drobnějších zařízeních.
Sub-ambient chlazení – chlazení, při kterém se snažíme dostat teplotu pod teplotu okolního vzduchu nebo rovnou hluboko pod bod mrazu.
Delid – odvíčkování procesoru, tedy sejmutí IHS a následná výměna TIM pod jeho povrchem. Hojně prováděno u procesorů, které mají pod IHS pastu, v případě použití pájky to obvykle není nutné.
Boxovaný chladič – základní chladič dodávaný výrobcem spolu s procesorem.
Aftermarket chladič – chladič dokoupený zvlášť, obvykle předčí základní/boxované ve výkonu i nižší hlučnosti.
Způsoby aplikace aneb jak to nanést?
Způsoby aplikace se liší dle typu a vlastností pasty, chladiče a zdroje tepla, ze kterého potřebujeme odpadní teplo odvádět. V počítačích se setkáváme nejčastěji se třemi typy aplikací teplovodivé pasty.
Před nanesením teplovodivé pasty je nutné oba povrchy očistit a odmastit. K některým pastám už dnes dostanete v balení několik čisticích ubrousků, jinak jsou k tomu ideální obyčejné papírové kapesníky a technický líh, nebo lépe isopropylakohol. Vyhněte se agresivním látkám, jako je benzin, ředidla a jakémukoliv konzumnímu alkoholu (obsahuje cukry). Před instalací procesoru do LGA patice nezapomeňte očistit i kontakty na spodní straně.
Zbytky tekutého kovu se nejlépe odstraňují pomocí kyseliny chlorovodíkové a acetonu.
U některých past můžete také nalézt plastovou lopatku pro případ, že byste pastu chtěli roztírat. Tu skvěle supluje obyčejná platební nebo věrností karta, případně jiný kus pružnějšího plastu. V případě použití tekutého kovu a konkrétně u Thermal Grizzly Conductonaut naleznete v balení vatovou tyčinku.
Aplikace teplovodivé pasty na procesor s IHS
Aplikace teplovodivé pasty na procesor krytý IHS je bezpečná a v zásadě jednoduchá. Očistíme povrch IHS a chladiče, naneseme na IHS dostatečné množství pasty a nasadíme chladič, který po utažení pastu rovnoměrně rozprostře a přebytečnou pastu vytlačí. Drtivá většina běžně prodávaných past je nevodivá, nemusíme se tedy bát zkratu, ale jen nepořádku kolem (v horším případě vně) patice. Při této aplikaci je dobré, ale ne nezbytné pokrýt celou plochu IHS. Pastu aplikujeme pouze na povrch procesoru.
Kříž
5 bodů
Malý bod
Velký bod
Rozetření
Aplikace teplovodivé pasty na holý procesor
Aplikace přímo na procesor (jako je tomu u grafických karet či mobilních a dalších procesorů) je v zásadě podobná, je ale potřeba dát pozor na dvě věci. Za prvé je nutné dbát zvýšené opatrnosti, procesor není krytý IHS, v jeho blízkosti se pravděpodobně nachází SMD součástky a při nerovnoměrném utahování chladiče riskujeme mechanické poškození. Za druhé je nutné pokrýt CELÝ POVRCH ČIPU pastou, v případě, že celý pokrytý nebude, opět hrozí jeho poškození. Ideální je v tomto případě rozetření pasty po celé ploše čipu nebo dostatečné množství na jeho střed. V tomto případě pasta vytlačená kolem nevadí, pokud není vodivá a také ji aplikujeme pouze na povrch procesoru.
Aplikace tekutého kovu
Tekutý kov je nutné nanést na obě plochy – jak na procesor s IHS, tak na holý z důvodu dobrého spojení. Tekutý kov na rozdíl od pasty nestačí jenom vytlačit ve formě malého zrna či kříže, ale je nutné ho na povrchu rozetřít. K tomu v případě TG Conductonaut slouží přiložená vatová tyčinka (lze použít i obyčejnou hygienickou z drogerie). Po vytlačení z tuby má tendenci tvořit kuličky jako rtuť a moc na povrchu nedrží. Pomocí vatové tyčinky se ho krouživým nebo střídavým pohybem z místa na místo snažíme vetřít do plochy. Ve chvíli, kdy jsou oba povrchy pokryté celistvou vrstvou kovu, můžeme chladič nasadit, obvykle stačí poměrně malé množství.
V případě aplikace na holý procesor bez IHS je obzvlášť nutné dát pozor, aby se kov nedostal mimo spoj. V rámci prevence je dobré zaizolovat okolní SMD komponenty lakem či jinak ošetřit proti kontaktu s kovem. Dobré zkušenosti mám též s obložením čipu vhodně vysokým thermal padem. V případě, že kov unikne a dostane se, kam nemá, hrozí zkrat a nenávratné poškození vašeho hardwaru.
Použití tekutého kovu má i přes excelentní teplovodivé vlastnosti jeden negativní tradeoff. Sloučenina cínu, gália a india se na molekulární úrovni naváže na vrchní vrstu IHS a laserem gravírované údaje (model, sériové číslo a batch) učiní ve většině případů nečitelnými. To může přinést komplikace při případné reklamaci, a proto doporučujeme aplikaci tekutého kovu pořádně zvážit.
Reálné testy aneb jakou teplovodivku vybrat?
Pro tento test byla použita skříň Cooler Master HAF XB, která sloužila jako otevřený testbench. Základem byla deska ASUS ROG STRIX B550-A GAMING osazená novým procesorem AMD Ryzen 7 5800x, chlazeným vzduchovým chladičem Noctua NH-D14. Dále byla doplněna o m.2 disk SK hynix BC501 NVME 256GB, pár generických 4GB DDR4 paměťových modulů a grafickou kartu MSI NVIDIA GeForce GTX 1650 4GB LP. To celé napájel plně pasivní zdroj Seasonic SS-400FL2 F3 Platinum-X400.
V následující tabulce si porovnáme teplovodivé pasty, které jsme v dnešním testu postavili proti sobě.
| Model | CM MasterGel Maker | CM MasterGel PRO V2 | EVOLVEO Ptero TC1 | Noctua NT-H1 | Noctua NT-H2 | ARCTIC MX-2 | ARCTIC MX-4 | TG Kryonaut | TG Conductonaut |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Tepelná vodivost (W/mk) | 11 | 9 | 13,4 | N/A | N/A | 5,6 | 8,5 | 12,5 | 73 |
| Elektrická vodivost | ✕ | ✕ | ✕ | ✕ | ✕ | ✕ | ✕ | ✕ | ✓ |
| Provozní teplota (°C) | N/A | N/A | -30/250 | -50/110 | -50/200 | N/A | N/A | -250/350 | -10/140 |
| Hustota (g/cm3) | 2,6 | 2,6 | 2,5 | 2,49 | 2,81 | 3,96 | 2,5 | 3,7 | 6,24 |
| Viskozita (Pas) | N/A | N/A | 90 | N/A | N/A | 850 | 870 | 170 | 0,0021 |
| Cena | 169 Kč (4 g) | 279 Kč (4 g) | 199 Kč (2 g) | 179 Kč (3,5 g) | 289 Kč (3,5 g) | 119 Kč (4 g) | 159 Kč (4 g) | 469 Kč (5,55 g) | 249 Kč (1 g) |
*Ceny platné k 25. 12. 2020
Na testovací sestavě byla nainstalována poslední verze Windows 10 Pro 64bit, během testu byla konfigurace sestavy neměnná stejně jako verze instalovaných programů. K zatížení procesoru jsem použil program Prime95 30.3 build 6, konkrétně jeho stress test Small FFTs s vypnutými instrukcemi AVX, k zaznamenání teplot sloužil program HWiNFO, konkrétně teplota Tcl/Tdie.
Ventilátory chladiče byly při všech testech na maximálních otáčkách (připojené přímo na 12V větev zdroje) a v místnosti jsem udržoval teplotu 23 °C. Pastu jsem nanášel tzv. křížovou metodou, viz fotky. Při konstantní zátěži všech 16 vláken procesor odebíral rovných 130 W a držel se na 4 500 MHz. Výsledné teploty viditelné v grafech jsou výsledkem měření posledních deseti minut z celkem dvacetiminutového stress testu (maximální zaznamenaná teplota).
Co nám tento test ukázal? V první řadě je potřeba zmínit, že u procesorů, které jsou vyráběny na tak malém výrobním procesu, tedy na 7nm, není největším problémem teplovodivá pasta neboli převod tepla z IHS do chladiče. Achillovou patou je samotný odvod tepla z křemíku do IHS. Starší procesory na větším výrobním procesu a paradoxně Intel procesory se chladí lépe než nejnovější AMD Ryzen 5000.
Rozdíly mezi běžně používanými pastami jsou vskutku malé, přesto měřitelné. Příjemně překvapila pasta Cooler Master MasterGel Pro v2, která přinesla slušný výkon za slušnou cenu a překonala jak výrobky společnosti Arctic, tak Noctua. První příčky obsadily celkem nepřekvapivě produkty od firmy Thermal Grizzly s jejich Kryonautem (vhodným a často preferovaným pro sub-ambientní chlazení) a tekutým kovem Conductonaut, které jsou ale vykoupeny znatelně vyšší cenou. V případě tekutých kovů je ještě třeba dodat, že pro ně neplatí to samé, co pro pasty. Jsou elektricky vodivé, jejich aplikace je odlišná a nelze je použít se všemi typy chladičů, rád je však doporučím každému, kdo chce ze svého hardwaru vymáčknout maximum a je ochotný vyzkoušet něco nového.
Závěr
Co se aplikace teplovodivých past týká, držím se osvědčeného úhlopříčného kříže, z fotek je patrné, že spolu s aplikací pasty v pěti bodech zdaleka nejlépe pokryje plochu IHS. Tím se vyhneme nepokrytí rohů pastou a zredukujeme množství pasty vytlačené kolem IHS, která přesto, že je nevodivá, dokáže znepříjemnit den a udělat slušný nepořádek kolem, někdy i vně patice. V případě tekutého kovu je jediná možnost rozetření na obě plochy, při kterém je třeba dbát na správné dávkování. V případě použití nadměrného množství a jeho následného vytlačení kolem IHS hrozí zasažení patice či SMD součástek kolem ní, což může mít fatální následky.
Dále bych rád upozornil na nepříjemnost, která se děje výlučně u procesorů do PGA patic, tedy AMD (v rámci mobilních procesorů používal PGA patici i Intel, ale zde je řeč o desktopových procesorech). Při sundávání chladiče z procesoru je třeba dbát zvýšené opatrnosti. Vzhledem k tomu, jak pevně dokáže procesor díky pastě k chladiči přilnout, je velmi snadné ho vytáhnout i s chladičem a v případě, že to člověk nečeká, může ohnout nebo nenávratně poškodit piny na spodní straně procesoru. U procesorů do patic LGA, které používá Intel, toto nehrozí.
Pasty Cooler Master, Noctua NT-H2 a Arctic MX-2 se mi zdají znatelně hustší než zbytek testovaných. To bylo znát při výše zmíněném přilnutí chladiče k procesoru. Oproti tomu u tekutého kovu se nic takového neděje. Chladič při sundávaní neklade skoro žádný odpor, to můžete využít pro kontrolu, zda jste nepřehnali dávkování.
Na závěr už je třeba jen dodat, že s výkonnějším chlazením a větším vyzářeným teplem se rozdíly mezi pastami budou zvětšovat. V případě taktování či jen výkonnějšího čipu budete z kvalitnější pasty profitovat o to víc.
Michal Mikle
Vysloužilý extreme overclocker a příznivec hi-endového hardwaru. Nadšenec do bitcoinu, bezpečnosti a soukromí. Baví mě nacházet nové králičí nory – tou poslední je circadiánní a kvantová biologie a vliv světla, vody a magnetismu na život. Najdete mě na Xitteru @ElkimXOC
