The FrankenCooler II

Sverre Sjøthun

Lagre artikkel

Innledning

I forbindelse med byggingen av det nye kabinettet, var det naturlig å forandre litt på kjøleoppsettet mitt. Den forrige, og forøvrig min første, vannkjøler var svært effektiv, men det estetiske hadde mildt sagt store mangler. Det som i utgangspunktet var en glimrende plan resulterte i en slags grotesk blanding av en datamaskin, skraphaug og trelast-produkter. Da prosjektet ble lagt ut på hjemmesiden min, ble kjøleren automatisk døpt The FrankenCooler av leserne. Av bildet under kan dere se at navnet er ganske treffende, og det at sidedeksler på både selve datamaskina og kjøleseksjonen mangler gjør ikke saken vesentlig bedre:

Målet med det "nye" kjølesystemet var at det skulle være både effektivt og en smule mer elegant og praktisk. Det er i utgangspunktet det samme systemet, men med en del mer raffinerte løsninger når det gjelder utførelsen. Med det nye kabinettet laget spesielt med tanke på superkjøling, var det mye lettere å få tingene slik jeg virkelig ville ha det, isteden for hele tiden å måtte gå for kompromissløsninger.

Som sagt, utgangspunktet var det nye kabinettet mitt som var spesiallaget for formålet. Under ser dere oppbygningen av kabinettet, en del for selve pc'en, og en del for kjølingen. Som dere ser av bildet under er det mer enn nok plass for selv den mest sinnssyke kjøleriggen som kan tenkes, nemlig freonkjøler sammen med vann og peltierelementer:

Jeg begynte med radiatoren, og så på hvilke muligheter jeg hadde her. Jeg fant fort ut at det letteste og mest effektive ville være å rett og slett lage en slags trakt i papp og tape denne sammen med duct-tape (sølvtape). Under ser du hele forløpet, det bør være relativt selvforklarende:

Til å begynne med tapet jeg både radiatoren og de to 4,5" viftene oppå et par stykker med Aeroflex. Aeroflexen fungerer som buffersone og støydemper mot kabinettet slik at resonanser ikke kan forplante seg videre. Videre klippet jeg til sidene til trakten ut av en gammel hovedkorteske, og festet dem til viftene og bunnen med tapen. Så var det bare å klippe til en topplate og dekke det hele med duct-tape.

På bildet over, tatt fra bak kabinettet, ser man at viftene er vinklet litt inn mot senter av radiatoren, da viftene er litt bredere enn denne. Hele trakten tok meg litt i overkant av ti minutter å lage, og er adskillig mer elegant og effektiv enn den vanvittige trakten i sponplater jeg hadde i den originale FrankenCooler'n - akkurat som resten av systemet.

Etter å ha lest en rekke artikler om varmeledningsevne til forskjellige metaller og oppbygning av vannblokker bestemte jeg meg for å konstruere en selv. Den er basert på teorien om mest mulig overflate og mest mulig vann i forhold til metall. Uten å gå for mye inn på designet, kan jeg si at det er loddet på en boks i messing oppå en baseplate av kobber. Innvendig er det loddet kanaler som vannet renner igjennom, og inni disse kanalene er lameller av tynn kobberfolie loddet til baseplaten. Disse lamellene har også riller som bidrar til turbulens inne i blokken.

Slik ser råproduktet ut. Ikke spesielt pen, men det skal vi straks gjøre noe med. I bakgrunnen kan du se kjøleplaten med to 90W peltier elementer montert.

I et hvert prosjekt av denne typen er det viktig å testkjøre uten at systemet er tilkoblet prosessoren. Dette er for å kunne korrigere eventuelle feil, som for eksempel lekkasjer. Det er svært kjedelig å oppdage at det spruter ca 10 liter vann i minuttet inne i kabinettet ditt samtidig som maskinen surrer i vei. Når du så finner ut at hovedkortet ditt har tatt kvelden, går ned på butikken og sier du vil ha nytt på garanti, vil personalet høyst sannsynlig se på hverandre, for så å bryte ut i hysterisk krampelatter når de ser vannskjoldene på kortet. Ok, nok om det, du skjønner tegningen.

På bildet over ser du et svært midlertidig testoppsett. Radiatoren er ikke med i bildet, for den er montert inne i kassen. Alle de andre komponentene er til stede, blant annet systemets hjerte, Eheim 1048 vannpumpe - en riktig kjekk liten sak som spytter ut 600 liter vann i timen. Ellers finner vi en variabel strømforsyning på 250W til å drive to 90w peltierelementer, vannblokk, kjøleplate (det hvite du ser på vannblokken er kjøleplaten dekket av is) og en drikkeflaske som har fått oppgave som reservoar. Denne har i ettertid blitt erstattet med en stor elektronikkboks jeg fant i kjelleren til "gamlingen". På de to neste bildene ser du resultatet, før og etter testkjøring:

Dette er forøvrig også grunnen til at du er nødt til å isolere prosessoren din hvis du bruker peltierelementer.

Dette er den tredje store forskjellen i forhold til førsteutgaven. I den første benyttet jeg også Aeroflex som isolasjonsmateriale, men hele sandwichen ble holdt sammen av et par aluminiumsplater og strips, uten noen form for "clamps" til vannblokken:

Nå skal det sies at dette er en hundre prosent teknisk funksjonell løsning, men jeg var ute etter noe bedre. Etter et tips fra en kamerat i Canada, begynte jeg å lete etter elektronikkbokser, og hos Elfa fant jeg akkurat det jeg var ute etter:

Da er det bare å sette i gang. Jeg saget en sprekk i bunnen av elektronikkboksen, slik at slot1 kontaktene kom på utsiden av boksen. Jeg har også klippet opp seks plater med Aeroflex. Disse har så blitt formskåret med skalpell for å gi 100% passform mot prosessoren og Epox slotket'en. Aeroflex kan fås kjøpt hos forretninger som driver med air-conditioning, og jeg vil anta at du kan få rundt en kvadratmeter for rundt hundre kroner. Formskjæringen ser du på bildene under:

Den ferdige pakningen med prosessor, slotket, vannblokk og peltierelementer klar til montering i kabinettet:

Ettersom temperaturene kommer godt under frysepunktet, er det viktig å isolere rundt Slot1 pluggen på hovedkortet og faktisk også baksiden av hovedkortet. Baksiden var svært enkel; jeg klipte til et rektangel av Aeroflex og brukte silikon til å feste Aeroflexen til baksiden. Når hovedkortet så ble montert på hovedkort-rammen, ble dette helt lufttett. Rundt Slot1 kontakten var det litt verre, men det gikk relativt greit. Jeg skar til en ramme av Aeroflex, førte på en god klatt med silikon rundt kontakten, kondensatorene og på selve printbrettet, og satte rammen på plass. Bildet under viser isoleringen, dog uten silikon og topplokk påført:

Til slutt koblet jeg vannslanger til vannblokken, og brukte en silikonbasert forsegler for å hindre eventuelle lekkasjer. I ettertid har

jeg også satt på slangeklemmer på hvert tilkoblingspunkt på systemet bare for sikkerhets skyld. Slangeklemmer er strengt tatt ikke nødvendig, men det kan være greit å ha, spesielt hvis du flytter maskinen ofte slik at den blir mer utsatt for slag og dunk.

Så var det bare å starte opp maskinen. Viftene drives av strømforsyningen til pc'en, mens peltier og pumpe drives eksternt. Jeg planlegger å lage til en relestyring av peltier-stømforsyningen og pumpen og eventuelt lage til en timer-krets slik at jeg kan få alt koblet til av/på knappen til pc'en i stedet for å ha en til pumpe/peltier og en for resten.

Med en kjølevannstemperatur på 25C, dvs 5C over romtemperatur, havnet jeg på rundt -10C på max belastning på prosessoren. Det er her den variable strømforsyningen kommer inn i bildet. Da jeg fikk -10C, hadde jeg ikke justert noen ting, bare "plug and play". Jeg begynte så å forandre spenningen inn til elementene, og etter en liten stund hadde temperaturen stabilisert seg på rundt -18C , altså 8C lavere enn utgangspunktet.

Dette er fordi peltier elementet har en ideal kurve. Opp til et visst punkt bare øker og øker kjøleevnen, men når man overstiger dette punktet, begynner det å produsere mer varme enn kjøle effekt, og effektiviteten til elementet reduseres gradvis. Det er med andre ord avgjørende å finne "the sweet spot", og dette gjøres best vha. en variabel strømforsyning.

Det ble jo kaldt til slutt...

Dere er sikkert interessert i det endelige resultatet, og det ble etter min mening rimelig bra. Hvis du ser bort i fra at jeg svidde av den første prosessoren, da...

Jeg hadde i utgangspunktet en Celeron II 566, og jeg startet med 1GHz ved 1,75V på prosessoren. Dette gikk helt fint, men i min iver på å nå hittil uante hastigheter satte jeg default-spenning på slotket'en til 1,9V. Dette gikk helt greit det og. Resultatet ble 1,1GHz.
Mye vil ha mer heter det, og det gjaldt meg også, så jeg satte spenningen opp et par hakk til. 1133MHz og 2,1V skulle til for at jeg ironisk nok ble et offer for den elektromigrasjonen jeg nettopp hadde skrevet en artikkel om. Av den grunn kan jeg dessverre ikke presentere benchmark eller noen form for bevis på over 1GHz for denne prosessoren, så vi får nøye oss med dette:

Som en erstatning til den tapte 566'en fikk jeg en ny Celeron 700ES. ES står for Engineering Sample, og er prosessorer som brukes til testformål hos Intel. Disse har normalt ingen multiplikatorsperre, og regnes derfor ofte som overklokkerenes Hellige Gral. Den "snille mannen" som sendte meg denne prosessoren hadde forhåndstestet den til 1GHz med standard Intel kjøler og standard spenning, så hastigheter opp mot 1,2-1,3GHz var ikke usannsynlig med tanke på hva 566'en var i stand til.

Men slik skulle det altså ikke gå. 1050MHz, altså 100MHz busshastighet, er det maksimale jeg klarer å skvise ut av denne motbydelig lite samarbeidsvillige prosessoren. Og ikke nok med det; Det viste seg også at det ikke var mulig å forandre multiplikator, i hvert fall ikke på BE6 II hovedkortet mitt. Du må tro meg når jeg sier at jeg har prøvd alt for å få den til å gå fortere, ingen ting hjalp. Uansett, her har dere benchmark på 700'en:

Til tross for litt svinn vil jeg anse prosjektet som vellykket. Kjøleren har en mye mer logisk oppbygning, og det er mye lettere å demontere deler av den med tanke på vedlikehold, bytting av prosessorer og så videre. Det at den også ble mye mer stillegående har svært mye å si for min del, da jeg arbeider en del på maskinen, og det er ikke alltid like kjekt å måtte skru opp stereoanlegget hver gang du skal gjøre noe. Som en oppsummering kan jeg si at den har blitt mer stillegående, lettere å oppgradere og bytte deler og mer effektiv. Årsaken til at den har blitt mer effektiv er at isoleringen har blitt utført på en mye bedre måte, og dermed blir det automatisk mindre lekkasje av kulde ut til omgivelsene. Kulden blir der den skal være, nemlig på prosessorkjernen.

For de av dere som fremdeles ikke er lei av å lese, og gjerne vil lære mer om vannkjøling, peltier elementer, sjekk linkene nedenfor. Garantert lærerikt!

http://www.dwpg.com/frankencooler/1/
Det opprinnelige vannkjølings prosjektet mitt.

http://i.am/3rotor
Michaels hjemmeside. Det var ham som tipset meg om elektronikkboksene. Ps: siden er treig, men absolutt verdt båndbredden.

http://www.extremecooling.org/
Shannons hjemmeside. Utrolig mye bra her.

www.wizard.com/%7Escfoster/
Steves hjemmeside. Det kan nesten ikke bli mer ekstremt enn dette.

www.hardwarecentral.com/hardwarecentral/tutorials/718/1/
Ett av Steves prosjekter presentert på Hardware Central: Dual PIII500@1GHz.

www.isjm.com/tst/heatsink/peltier.htm
www.overclockers.com/topiclist/index21.asp#PELTIERS
Supre oversikter på peltier teori og tips.