Test comparatif des différents systèmes de refroidissement

Test comparatif des différents systèmes de
refroidissement informatique s’appliquant au processeur
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Samuel HERMANN
&
Benjamin BERGIA
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Thème choisi: Création et produits
Sous-thèmes : Analyse concurrentielle, test et validation d'une solution, confrontation de modèles
Problématique: Comparatif des différents systèmes de refroidissement informatique s'appliquant au processeur.
Réalisations : Système de refroidissement liquide (Watercooling), site-web, présentation PowerPoint.
Vendredi 10 Mars 2006

S.HERMANN & B.BERGIA TPE : systèmes de refroidissement 2
Table des matières
Test comparatif des différents systèmes de refroidissement informatique s’appliquant au
processeur.......................................................................................................................................... 1
Table des matières............................................................................................................................. 2
I Pourquoi le refroidissement du CPU est obligatoire..................................................................... 3
1.1 Les contraintes d’intégration...............................................................................................................3
1.2 Les raisons de l’échauffement.............................................................................................................4
1.3 L’intérêt du refroidissement................................................................................................................ 4
II Présentation des différents systèmes............................................................................................. 5
2.1 Les systèmes s’appliquant au processeur...........................................................................................5
2.1.1 Le passif ..........................................................................................................................................................6
2.1.2 Ventirads (ventilateur + radiateur) ..................................................................................................................6
2.1.3 Refroidissement liquide (appelé aussi watercooling)......................................................................................7
2.2 Exemples de systèmes plus extrêmes ..................................................................................................7
2.2.1 Le Refroidissement en bain d’huile.................................................................................................................7
2.2.2 Plaque à effet Peltier........................................................................................................................................8
2.2.3 Phase Change ..................................................................................................................................................8
2.2.4 Azote Liquide..................................................................................................................................................9
2.3 Les tests effectués................................................................................................................................10
2.3.1 Test des différents systèmes de refroidissement............................................................................................10
2.4 Tests d’une configuration complète .................................................................................................................12
III Conclusion .................................................................................................................................15
3.1 Quel système et pour qui ? ...............................................................................................................................15
3.2 Système passif..................................................................................................................................................15
3.3 Système Ventirad .............................................................................................................................................15
3.4 Refroidissement liquide....................................................................................................................................15
3.5 Le futur du refroidissement en informatique....................................................................................................16
IV Lexique .......................................................................................................................................17
V Références.................................................................................................................................... 18
Vidéos ........................................................................................................................................................18

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I Pourquoi le refroidissement du CPU est obligatoire
1.1 Les contraintes d’intégration
Tous les systèmes de refroidissement ne peuvent pas s’intégrer dans les boîtiers, par manque de place. Le
plus souvent certaines modifications permettent d’y remédier, mais souvent au détriment de l’esthétique.
Nous avons eu des problèmes pour intégrer le radiateur du watercooling. Pour y remédier nous avons opéré
des modifications à la carcasse qui ne sont pas visible une fois le boîtier refermé.
La face avant a été découpée pour permettre d’y accrocher le radiateur.
Le radiateur a été fixé, dans un souci de propreté et de gain de performance, les câbles de l’alimentation
ainsi que de la connectique de façade ont été gainés.

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1.2 Les raisons de l’échauffement
Le 19 Avril 1965, dans le magazine "Electronics", un article intitulé "Cramming more components into
integrated circuits" prédit que dans 10 ans, un microprocesseur tout à fait abordable du marché public sera
plus puissant que la totalité des supercalculateurs de l’époque réunis. Parallèlement, un certain Gordon
E.Moore constatait que le nombre de transistors avait doublé tous les 18 mois depuis 1959. Il en déduisit le
Principe de Moore et fonda quelques années plus tard le géant Intel.
Ce principe devint un vrai challenge à atteindre pour les entreprises. Le dégagement thermique des
processeurs ne cesse donc d’augmenter. Cependant ce nombre croissant est accompagné d’une finesse de
gravure elle-même croissante, qui tend à diminuer l’effet Joule du système électronique intégré.
Mais les fréquences des processeurs augmentant beaucoup plus rapidement que la finesse de gravure, l’effet
Joule est de plus en plus important, d'où la nécessité de refroidir les puces électroniques. De plus, le fait
d'augmenter les fréquences des processeurs par le biais de la finesse de gravure, toujours plus fine, rend la
chaleur à dissiper de moins en moins répartie et de plus en plus condensée.
1.3 L’intérêt du refroidissement
Les dernières générations de processeurs (en anglais CPU : Central Processing Unit) chauffent terriblement
: de plus en plus de transistors sur une surface de plus en plus petite...
Il faut donc bien refroidir, en évacuant la chaleur, sinon les microcircuits "fonderaient" très vite : un CPU
fonctionnant sans refroidissement brûle en quelques secondes, sa température dépassant rapidement les
100°C.
De manière moins dramatique, un processeur chauffant trop, car mal refroidit, va s'user plus vite. Il faut
donc dissiper la chaleur du processeur et l'expulser, si possible sans trop de nuisances sonores…

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II Présentation des différents systèmes
2.1 Les systèmes s’appliquant au processeur
L’efficacité des systèmes dépend principalement de deux facteurs : la surface présentée au caloporteur et
surtout la capacité du dissipateur à pomper la chaleur de l’objet chaud, sa capacité à conduire celle-ci, sa
conductivité. Et c’est là qu’intervient le choix du matériau à employer. En effet tous les matériaux sont loin
d’avoir une conductivité équivalente. Comme nous le montre le tableau ci-contre, on peut voir que les
matériaux possédant la conductivité la plus importante sont le diamant, l’argent. Mais leurs prix est prohibitif
et sa densité très importante. Suivent le cuivre, l’or, et l’aluminium. Ce dernier est le matériau le plus
largement utilisé, mais pas le plus efficace. Il constitue en effet un excellent compromis
conductivité/légèreté/prix et c’est pour cela qu’il est difficile de trouver aujourd’hui des dissipateurs
employant d’autres matériaux que l’aluminium. Cependant, devant l’augmentation du dégagement
calorifique des microprocesseurs d’aujourd’hui, certains fabricants introduisent une solution mixte alu/cuivre
avec un insert de cuivre en contact direct avec l’élément à refroidir permettant ainsi de " pomper " plus
rapidement la chaleur produite et de mieux la répartir sur tout le dissipateur.
Ce tableau permet de mieux comprendre l’omniprésence du cuivre dans les différents systèmes de
refroidissement
Matériau Conductivité (W/m*K) Densité (g/cm3)
Aluminium 247 2.71
Laiton 115 n/a
Cuivre 398 8.94
Or 315 19.32
Magnésium 170 1.74
Argent 428 10.49
Air 0.026 n/a
Eau 0.61 n/a
Diamant 2500 3.51