Jak zbudować pasywny komputer obliczeniowy? Część 1

Pewnego dnia miałem już dość! Stary komputer stał się zbyt wolny do potrzeb, a poza tym chciałem też zwiększyć komfort pracy, bo lubię pracować w ciszy, więc pomyślałem, że następny komputer będzie działał wyłącznie w trybie pasywnym – i to moja opowieść od zbudowaniu takiego sprzętu.

Czym jest ów pasywny komputer? Chodzi tu o jego pasywne chłodzenie, a dokładniej o brak aktywnych (zasilanych prądem) elementów chłodzących i innych elementów wydających dźwięki. Współczesne komputery (z małymi wyjątkami) posiadają zwykle chłodzenie aktywne powietrzem czyli wykorzystują wiatraki o różnych średnicach. Zależy to od rozmiarów komputera czy jest to desktop (typowa skrzynka PC), czy też laptop.

Są też i inne rozwiązania, np. chłodzenie wodne, choć w takich przypadkach często stosuje się hybrydowe rozwiązania. Czyli elementy wymagające dobrego odprowadzania ciepła z małej powierzchni (procesor, karta graficzna) obsługiwane są specjalnie skonstruowanym systemem odprowadzania ciepła z wykorzystaniem wody (pompka, chłodnica), a całościowo obudowa zawiera dodatkowy wymuszony ruch powietrza dzięki wentylatorom o dużej średnicy (od 120 do nawet 200 mm). To rozwiązanie wykorzystywane jest najczęściej przez ludzi chcących przetaktowywać (overclocking) swoje komputery, aby uzyskać wydajność większą, niż określił w specyfikacji poszczególnych podzespołów producent.

Ten artykuł nie jest jednak o overclockingu, który dominuje wśród graczy, a raczej fanatyków gier komputerowych. Choć zapewne i im wiele porad może się przydać.

Czym różni się komputer obliczeniowy od wydajnego komputera do gier? Przede wszystkim tym, że użytkownik nie ma dużych wymagań co do wydajności obsługi grafiki. Głównym elementem służącym do obliczeń ma być procesor CPU i to jego wydajność należy zoptymalizować przy narzuconych kryteriach.

A jakie to kryteria? Wspomniana już pasywność chłodzenia i umiarkowana, rozsądna cena zestawu PC. Wymaganie to dla niektórych może być fanaberią, a dla innych bardzo pożytecznym rozwiązaniem. To typowy komputer, przydatny nie tylko do codziennej pracy ale i np. do obliczeń naukowych, a przy pracy twórczej przydaje się cisza i spokój. Każdy może sam stwierdzić, jak bardzo zmienia się szum otoczenia między dniem a nocą. A w nocy faktycznie wentylatory, czy dysk twardy potrafią być bardziej słyszalne. Założeniem konstrukcyjnym było też to, aby komputer pracował przez całą dobę, więc w nocnych warunkach podwójnie docenia się zalety bezgłośnego komputera.

Skoro wydajność grafiki nie odgrywa roli, to odpada kilka problemów, choć pojawiają się nowe. Otóż w takiej sytuacji można zupełnie zrezygnować z karty graficznej. W poprzednim dziesięcioleciu modne były tanie rozwiązania wykorzystujące zintegrowaną z płytą główną prostą kartę graficzną. Obecnie najnowsze procesory już same w sobie mają taką kartę wbudowaną, więc na płycie dodatkowej nie ma (są tylko gniazda rozszerzeń dla zewnętrznych kart z wydajnymi jednostkami GPU). Z kolei pamięć karty graficznej, to część zwykłej pamięci RAM komputera.

Brak odrębnej karty graficznej oznacza małe wymagania odnośnie zużycia energii przez cały zestaw, a to pozwala na zainstalowanie zasilacza o stosunkowo małej mocy. Sam zasilacz musi także spełniać wymagania pasywności, czyli nie posiadać własnego wentylatora. A tu już wybór takich rozwiązań na rynku jest niewielki. Po analizie komentarzy w internecie i przy założeniu, że duża moc nie jest do niczego potrzebna, można wybrać w miarę tani (jak na rozwiązania pasywne) model SEASONIC zdroj 400W X-400 FANLESS, Active PFC F3 80+ PLATINUM, RETAIL. Orientacyjna cena to 420 zł (zależna od kursu walut, wszystkie prezentowane tu ceny są z pierwszej połowy 2014 roku, kiedy to dolar był tańszy i są najniższymi znalezionymi w sieci, jednak kupując wszystko u jednego dostawcy można zapłacić nieco drożej).

Krótko przebrnijmy przez elementy, które nie powinny stanowić problemu z podnoszeniem temperatury w obudowie. W obecnych czasach internetu i wymiany danych z użyciem pendrive’a czy zewnętrznego dysku USB wykorzystanie nośników optycznych zdecydowanie traci na znaczeniu. Najczęściej do korzystania z takiego napędu zmuszają nas jakieś płyty instalacyjne programów użytkowych czy gier komputerowych, czyli elementy, z których korzystamy rzadko, stąd wybór konkretnego modelu nagrywarki DVD nie był zbyt istotny. W proponowanym zestawie wykorzystano model Pioneer DVD+/-R/RW SATA DVR221BK.

Większą uwagę poświęcono doborowi dysku stanowiącego pamięć masową zarówno na potrzeby systemu operacyjnego (wykorzystano 64-bitową wersję Windows 7) jak i do przechowywania pozostałych danych. Tu bezgłośność pozwala zapewnić dysk SSD, czyli coś przypominającego technologicznie zbiór wielu pendrive’ów zamkniętych w jednej obudowie. Krótko mówiąc to urządzenie całkowicie elektroniczne o niskim zapotrzebowaniu na moc (poniżej 1W). Użycie takiego dysku, to jeden z największych kroków milowych w podniesieniu standardu pracy przy komputerze, bo dotychczasowe rozwiązania wykorzystujące magnetyczne dyski HDD stanowiły wąskie gardło komputera i nadzorującego go systemu operacyjnego. Dzięki zastosowaniu owego dysku SSD czas od włączenia komputera (pierwszy krok startowy to testy sprawności, czyli uruchamianie Biosu, drugi krok, to uruchomienie systemu operacyjnego Windows) do pełnej funkcjonalności to zaledwie kilka sekund.

Jedynym dyskiem zastosowanym w tym komputerze jest SSD Adata Premier Pro SP900 256 GB (Serial ATA III 6 Gb/s). Cena 490 zł jest stosunkowo wysoka (gdy porównać do dysków HDD), jednak w miarę atrakcyjna jak na pojemność 256 GB w wersji SSD. Można to uznać za kompromisowe rozwiązanie w odniesieniu do stosunku cena/wydajność w tej klasie. Zapewne niektórym pojemność wyda się mała, ale to przeświadczenie może pojawić się wśród użytkowników, którzy na swoich komputerach przechowują tysiące nagrań mp3, całą masę (najczęściej pirackich kopii) filmów i instalek gier. W przypadku komputera przeznaczonego do pracy (innej niż obróbka filmów i grafiki, DTP) taki dysk jest w mojej ocenie w pełni wystarczający.

Następny element współczesnego komputera to pamięć RAM. Tu warto zawsze dostrzegać potencjalne wymagania narzucane przez procesor i nie przesadzać z najnowszymi ofertami dostępnych pamięci, bo za dodatkowy zysk efektywności rzędu 2-3% nie warto przepłacać 50% dodatkowych kosztów ceny kości RAM. Wymagania procesora (o którym w dalszej części) to praca dwukanałowa z częstotliwością 1600 MHz. Obecnie pamięci są bardzo szybkie w stosunku do częstotliwości taktowania procesora, więc tu już jest zauważalna różnica w porównaniu do rozwiązań sprzed kilku lat (dla kogoś, kto ma stary komputer). Do projektowanego komputera zdecydowano się na pojemność 8 GB, co oznaczało kupno 2 kości pamięci (z powodu owej dwukanałowości) po 4 GB. Takie kości sprzedawane są zwykle w parach i cena wybranych tu kości Kingston DDR3 HyperX Blu Red 4GB/1600 CL9-9-9 wyniosła około 310 zł. Specyficznym wymaganiem było to, aby pamięci nie były zbyt wysokie (ze względu na duży radiator, który wystaje ponad pamięciami zainstalowanymi na płycie głównej), a także to, aby były one zaopatrzone we właściwej jakości radiatory własne (jeśli ktoś nie przetaktowuje pamięci, to raczej nie ma problemów ich przegrzewania w normalnych warunkach, ale przypominam, że tu nie był planowany żaden wymuszony przez wentylatory przewiew powietrza w obudowie).

Nad klawiaturą i myszką nie będę się rozwodził, wszak to dodatki zewnętrzne (wybrano wersje przewodowe na USB) i cena zestawu uwzględnia też ten koszt. Przejdźmy do wyboru obudowy. Tu oferta w internetowych sklepach jest wręcz obłędna, ale jeśli zechcemy sięgnąć po wersję bez wentylatora, to mamy spory problem. Mając świadomość, że projektuje się takie rozwiązanie nieco w ciemno (bo pod koniec 2013 roku w sieci było prawie zero konkretnych opisów takich modeli pasywnych komputerów nastawionych na obliczenia, wyjątkiem są adiofile, którym z kolei na dużej wydajności procesora nie zależy – a te opisy, które są w sieci powszechne, dotyczą chłodzenia i to nie pasywnego, lecz powietrzno-wodnego komputerów przetaktowanych z dużej wydajności kartami graficznymi), trzeba postawić na obudowę dobrze odprowadzającą ciepło.

Mimo iż znam się na projektowaniu komputerów, to jestem tylko ich użytkownikiem i nie miałem zamiaru samemu skręcać wszystkiego w całość. Postanowiłem podjąć współpracę z renomowanym serwisem komputerowym, który na co dzień zajmuje się składaniem różnych zestawów i ich naprawą. Z ich strony padła propozycja skrajnie wydajnego rozwiązania odnośnie odprowadzania ciepła, a mianowicie (mało kosmicznej z wyglądu) obudowy Haxx zbudowanej z 3mm grubości blachy aluminium.

To rozwiązanie uznałem za dużą przesadę z wielu względów. Miałem wątpliwości, czy jest tu dużo lepsze odprowadzanie ciepła w porównaniu do innych rozwiązań i czy ta konstrukcja jest niezbędna (i oczywiście miałem rację, bo trudno znaleźć zastosowanie dla takiej obudowy, w której wręcz trzeba zastanawiać się, gdzie jest przód, a gdzie tył, nie wspominając już o hipotetycznej dużej wadze, bo sam producent nie chwalił się nią). Przede wszystkim jednak to cena była zabójcza, obudowa z zestawem specjalnych uchwytów do przenoszenia (nie widać ich na zdjęciu) kosztuje 1460 zł!

Postanowiłem wybrać inny, dużo tańszy model projektowany specjalnie do zastosowań pasywnych, czyli od razu pozbawiony wentylatorów, a jednocześnie skonstruowany z myślą o przewiewie niewymuszonym nazywanym naturalną konwekcją powietrza. Wybrany model Nofan CS-60 Fanless Computer Case nie był niestety dostępny w polskich sklepach, więc do ceny 305 zł należy doliczyć koszty przesyłki. Jest to rozwiązanie dla płyt Micro ATX (było to uzgodnione z serwisem, że ta obudowa pomieści wszystkie elementy składowe). Jak widać na zdjęciach w dużym stopniu jest to konstrukcja zawierająca sporo płóprzezroczystych elementów (siatkowe ścianki przednia, boczna, tylna, połowicznie górna nad procesorem).

To solidna konstrukcja, bo mimo lekkiego wyglądu i braku zasilacza waga wyniosła aż 7 kg. Więcej szczegółów na stronie producenta. A tak prezentowała się już w serwisie po rozpakowaniu:

Dobór tych elementów to już połowa sukcesu. W drugiej części opiszę trzy brakujące ogniwa, czyli dobór procesora i dopasowanych do niego radiatora i płyty głównej.