ASUS использует запатентованный производственный процесс для применения жидкого металла в системах охлаждения новых ноутбуков ROG

Охлаждение – одна из главных сложностей при проектировании игровых ноутбуков, и инженеры ROG постоянно ищут способы его улучшить. Результатом их поисков стало применение жидкого металла, который более эффективно передает тепло от процессора к кулеру, что позволяет улучшить производительность, снизить температуру и уменьшить уровень шума. В 2020 году этот экзотический материал будет использоваться во всей линейке игровых ноутбуков ROG с процессорами Intel Core 10-го поколения.

Серьезно настроенные оверклокеры и энтузиасты давно используют жидкий металл в высокопроизводительных компьютерах, однако обычно тот наносится вручную, что не подходит для массового производства. Поэтому мы больше года разрабатывали специальный производственный процесс и аппаратуру, способную автоматизировать данную операцию. Таким образом, эта история – про то, как жидкий металл стал доступен массовому пользователю.

Что такое жидкий металл?

Жидкий металл – это сплав с низкой точкой плавления, который является текучим при комнатной температуре. Такие материалы обладают высокой теплопроводностью и поэтому весьма эффективно передают тепловую энергию между двумя поверхностями, например процессорным ядром и радиатором. Их преимущества давно являются общепризнанными в кругах оверклокеров и энтузиастов, а наше внутреннее тестирование подтвердило, что они будут весьма полезными для игровых ноутбуков. Инженеры ROG наблюдали снижение температуры на 10-20°C в зависимости от конкретного процессора.

Улучшенный термоинтерфейс создает определенную «подушку безопасности», которая может использоваться разными способами. Более низкая температура позволит процессору дольше работать на повышенной частоте, а вентиляторам – вращаться на меньшей скорости. В целом, улучшенное охлаждение способствует достижению больших частот и производительности.

Хотя жидкий металл сохраняет свои свойства независимо от процессора, наши исследования показывают, что наибольшую выгоду он приносит чипам Intel. Их ядро имеет меньший размер, а выделяемое тепло сконцентрировано в восьми определенных областях. Кроме того, вокруг упаковки процессора имеется «зона безопасности», на которой нет компонентов с поверхностным монтажом – такие элементы не дружат с электропроводящими материалами. Итак, мы хотим поместить жидкий металл туда, где он принесет наибольшую пользу, не снижая при этом надежность работы компьютера.

На рынке представлено несколько видов жидкого металла. Мы применяем вариант Conductonaut от компании Thermal Grizzly, поскольку в нем содержится меньше олова, которое обладает меньшей теплопроводностью по сравнению с галлием и индием, также входящими в состав сплава. Вместо того, чтобы сотрудничать с Thermal Grizzly как с остальными нашими партнерами, мы сначала приобрели некоторое количество жидкого металла как простые покупатели, чтобы сохранить весь проект в секрете. Даже в Intel никто не знал о наших планах.

Механизированные тонкости

Наше исследование свойств жидкого металла продолжилось с точки зрения производственной реализации. Он вступает в реакцию с алюминием, что сужает круг материалов, которые можно использовать для радиаторов и на производственной линии. В отличие от более густых термопаст, жидкий металл по-настоящему текучий и легко просачивается куда угодно, даже будучи прижатым к процессору. Именно по этой причине нанесение жидкого металла всегда представляло собой сложный процесс, осуществляемый вручную. Такой подход работает для индивидуальных компьютерных сборок, когда речь идет об одном-двух чипах, но при объемах выпускаемых ноутбуков ROG без автоматизации не обойтись.

В результате мы разработали двухэтапный метод нанесения термоинтерфейса, который обеспечивает необходимое для оптимальной работы процессора покрытие. Вначале жидкий металл наносится кисточкой, затем к нему добавляются точечные инъекции, доводящие его объем до оптимальной величины. Специальное оборудование выполняет обе операции с механической точностью.

Первый этап, по сути, представляет собой окрашивание. Механическая рука опускает кисточку в контейнер с жидким металлом и затем проводит ей по процессору. Она выполняет ровно 17 проходов. Именно это число, согласно нашим тестам, является идеальным для полного покрытия. Причем машина имитирует движения человека, перемещаясь не только в стороны, но и вертикально, словно по небольшой дуге.

При ручном нанесении жидкий металл обычно растирается ватной палочкой, однако та впитывает его и меняет свою форму. Мы поэкспериментировали с разными вариантами, чтобы определить наилучшую форму и материал для кисточки. Окончательная версия сделана из кремния, который не деформируется и не портится от контакта с жидким металлом.

Чтобы минимизировать скопление термоинтерфейса по краям процессора, первое касание кисточки происходит в отличном от других касаний месте. При этом процессорное ядро помещается в специальную прокладку из нержавеющей стали, которая предотвращает распространение жидкого металла в близлежащие области. В ранней версии эта прокладка устанавливалась на материнскую плату, а в последнем варианте она достаточно маленькая, чтобы размещаться непосредственно на упаковке процессора, и поэтому может использоваться для разных ноутбуков одного поколения.

Оптимальная доза

Мы провели множество тестов, чтобы определить, какие количество жидкого металла будет оптимальным. Слишком мало – и страдает эффективность теплопередачи. Слишком много – растет вероятность протечки, да и жаль расходовать напрасно столь дорогой материал. На первом этапе наносится не весь нужный объем. Затем вторая машина выпрыскивает в двух определенных точках процессорного ядра еще больше жидкого металла, который распределяется равномерно без каких-либо дальнейших действий – лишь за счет поверхностного натяжения, созданного первоначальным покрытием.

Найти правильные компоненты для второго этапа оказалось одной из сложнейших задач всего проекта. Мы смогли подобрать уже готовые в магазинах, однако далеко не все модели были способны вместить жидкий металл, а затем с нужной точностью выдавать надлежащее его количество. Чтобы избежать химических реакций, шприц и помпа сделаны из нержавеющей стали.

Малая вязкость делает жидкий металл более динамичным, чем густые термопасты. Чтобы тот не просачивался наружу и не устраивал короткое замыкание близлежащих компонентов, вокруг процессорного ядра располагается специальная губка. Этот барьер идеально подогнан под свободное пространство между радиатором и процессором, толщина которого составляет всего 0,1 мм – по сути, это размер самого процессорного ядра. Мы потратили много времени, определяя оптимальную толщину и плотность губки, чтобы та эффективно выполняла свою работу, не ухудшая контакт между радиатором и процессором.

У процессоров Intel вокруг ядра есть «свободная зона», в которой нет никаких конденсаторов. Наша губка аккуратно заполняет это место. Однако у других процессоров в этой области находятся компоненты поверхностного монтажа, которые склонны к короткому замыканию при контакте с электропроводящим материалом. В настоящее время мы изучаем варианты изоляции, которая бы помогла справиться с этой проблемой. Уже есть определенные успехи, но до массового производства дело еще не дошло.

Сила металла

Наш проект, связанный с жидким металлом, в самом разгаре, ведь мы продолжаем изыскивать новые способы того, как улучшить охлаждение игровых ноутбуков. Модель ROG Mothership была нашей первой системой, в которой с успехом была применена данная технология. Ее ограниченный тираж позволил нам протестировать более раннюю версию производственного процесса, при которой начальное покрытие наносилось вручную. Затем мы автоматизировали этот этап, чтобы повысить его эффективность, и изменили форму прокладки, чтобы сделать ее совместимой с разными материнскими платами, тем самым обеспечив возможность применения жидкого металла во всем семействе игровых ноутбуков ROG с процессорами Intel Core 10-го поколения.

Патенты, полученные нами на производственный процесс, связанный с жидким металлом, отражают инновационность, с которой команда ROG подходит к геймерским ноутбукам. Улучшенный термоинтерфейс дает ощутимые выгоды с точки зрения производительности, температуры, уровня шума. Некогда ограниченный областью экстремального разгона, он стал теперь достоянием куда более широкой аудитории пользователей.

Ноутбуки ROG с жидким металлом Conductonaut от Thermal Grizzly появятся на рынке во втором квартале этого года. Об их ценах и доступности можно поинтересоваться в региональном представительстве ROG, а подробная информация о продуктовой линейке содержится в руководстве по игровым ноутбукам ROG на 2020 год.