Эффективный воздушный охлад для RTX 4090 своими руками

Немного о модернизации охлаждения видеокарты для достижения максимальной эффективности при минимальном уровне шума. При использовании полноценных корпусных вентиляторов. Креплением которым служит пластиковая рамка-кожух, напечатанная на 3D-принтере.

В этой статье я описываю процесс создания охлаждения на основе двух Noctua NF-A12x25 и одного Arctic P8. Как и почему я пришел именно к такому варианту. Описываю решение технических проблем, о которых узнаешь только, непосредственно погрузившись в процесс. А также делюсь результатами по проделанной работе спустя уже долгое время эксплуатации этого DIY. Будет куча фотографий.

Началось всё с приобретения Palit RTX 4090 Gamerock в начале 2023го. У видеокарты было сомнительного качества стоковое охлаждение с резонирующими на различных оборотах "тарахтелками" (на любимых шарикоподшипниках). Эта 4090 была уже третьей по счету моделью, опробованной мной непосредственно. Вариант был не самый худший из тех, что мне довелось видеть и слышать (гораздо лучше громко пищащих дросселей). Так что было принято решение остановиться на этой карточке.

Я уже писал в отдельной заметке подробнее почему стоковое охлаждение для меня оказалось совершенно не вариант. Были в комментариях сообщения, что их палиты совершенно бесшумны, но это точно не мой случай, тем более, что за годы я уже привык к малошумным видеокартам (все последние были ASUS Strix).

Не устроившие меня вентиляторы сразу планировалось заменить чем-то получше, выкинув стоковое барахло. Что сложного, в конце концов, взять и «заколхозить» какие-нибудь условные 120ки от Noctua хотя бы на стяжки. День работы. Как же я ошибался…

Когда я снял стоковый кожух, я слегка опешил. На радиаторе была намертво припаянная стальная рамка с огромным количеством мешающих выступов. Просто так взять и поставить корпусные вентиляторы было совершенно невозможным. Выступы были буквально везде: "уши" по углам, на которые крепился стоковый кожух; зацепы для вентиляторов по центру; крепежи для текстолитовой платки, к которой как к хабу подключались вентиляторы. Даже провода укладывались в своеобразные стальные каналы из г-образных выступающих частей.

Такое ощущение, что человек, проектировавший это, намеренно занимался overengineering-ом, чтобы получить премию. Надеюсь, он её получил.

Для сравнения, ниже радиатор от Gibabyte. Жаль, побывавший у меня экземпляр от гигабайта обладал отвратительно пищащими (даже на низкой нагрузке и малом FPS) дросселями, полностью руинящими любую перспективу использования карточки.

Стоило, конечно, учесть такой возможный подставной момент, но при недостатке опыта даже как-то в голову не смогло прийти, что на подобное вообще можно наткнуться.

Кабельные стяжки в компьютере — как та самая синяя изолента. Универсальнейшее средство. Но просто поставить на стяжки обычные 120мм вентиляторы в моём случае не представлялось возможным — корпуса вентиляторов нужно было пропилить в нужных местах под выступы на рамке видеокарты. Не пилить же саму видеокарту. И даже после пропилов оставался предательский выступ в ~3мм, приходящийся прямо на центральную площадку корпуса вентилятора, где делать пропил уже чревато повреждением электроники.

То есть нужно было сделать не только пропилы, но и слегка (на 3мм) приподнять вентиляторы над уровнем радиатора. Под распил были куплены относительно недорогие Termaltake Toughfan 12, подобные я уже использовал до этого на водянке и они вполне меня устраивали по шуму/эффективности. У одного вентилятора были подпилены уголки (фото не прилагаю — сделано просто ужасно) и на дополнительных силиконовых прокладках он встал на своё место. Второй вентилятор (Noctua NF-A12x25) худо-бедно удалось разместить в одном, не самом оптимальном, конкретном месте, не прибегая к уничтожению корпуса самой вертушки.

Охлаждение было очень эффективным на средних нагрузках (200-300W), но пасовало на максимальных. Обороты взлетали до предела, чтобы хоть как-то сдержать нагрев. Сказывалось и то, что вентиляторы частично дули в глухие препятствия на радиаторе, а также обдували его не по всей площади. Но для, например, 4080 такого варианта хватило бы с головой, особенно с андервольтом.

Позже один вентилятор было решено попробовать переместить к краю видеокарты. Для чего его тоже пришлось пропилить по углам с учетом выступов рамки, чтобы поставить с минимальным зазором от видеокарты. Эффекта это не дало примерно никакого. Вентилятору стало чуть проще забирать воздух, но общей картины это не изменило.

Также у варианта со стяжками был один фундаментальный недостаток, который выяснился только в процессе эксплуатации: стяжки создавали препятствие перед лопастями вентиляторов, что приводило, в свою очередь, к возникновению отчетливо слышимого гула (~300Гц) при высоких оборотах.

Вентиляторы в принципе не любят каких-либо преград перед лопастями, особенно на их краях. Поэтому вентиляторы, стоящие на задув в корпус компьютера лопастями вплотную к решетке, могут быть такими шумными. Я был в курсе проблемы, но не посчитал стяжки, способными создать такое препятствие, которое могло бы привести к шуму. И ошибся - их было слышно, хоть и не критично и только на высоких оборотах.

Очевидно нужно было как-то снизить негативное влияние глухих препятствий на радиаторе, а также увеличить площадь обдува. Хорошим решением было бы отодвинуть вентиляторы подальше от радиатора, но так, чтобы воздух все еще продавливался в радиатор, а не расходился в стороны. То есть нужен был кожух.

Кожух заодно мог бы слегка снизить эффект повторного всасывания уже нагретого воздуха. Воздух, следуя по пути наименьшего сопротивления стремится выйти из радиатора как можно раньше. И, оказываясь слишком близко к лопастям вентилятора, снова попадает по n-ному кругу в вентилятор, не успев подняться до выдувных вентиляторов корпуса.

После пары не самых удачных попыток сделать нормальный кожух, выпиливая и склеивая пластик было решено прибегнуть к 3D-печати. Спроектированная модель учитывала бы все "анатомические" особенности видеокарты, имела бы необходимые рёбра жесткости, направляющие для воздуха и давала бы больше вариативности без усложнения процесса изготовления.

Проблема была в том, что опыта 3д-моделирования, да еще и параметрического у меня было ровно ноль, как и знаний об особенностях проектирования конкретно под печать на 3д-принтере. Что ж, пришлось изучать всё по ходу дела. Читать про пластики, о проблемах, возникающих и при печати и в процессе эксплуатации напечатанных изделий, параллельно осваиваясь в CAD. Но в целом занятие это оказалось очень интересным, давно хотел познакомиться с этим всем поближе.

На всё про всё ушло около двух месяцев с момента создания проекта в CAD до отправки модели на печать. В процессе были проведены эксперименты с различными вариантами обдува видеокарты, собранными "на коленке". Два 120мм, три 120мм и 120 + 80 + 120. Самым эффективным ожидаемо оказался вариант на трёх сто-двадцатках, но вариант с 80мм посередине гораздо лучше подходил по размерам и был очень близок по эффективности. Решено было остановиться на нём.

В результате получилась, пусть не очень красивая, но учитывающая все необходимые моменты модель.

Под все выступы и крепления на видеокарте предусмотрены вырезы и отступы. Замеры и проверки размеров всех этих кривых поверхностей и выступов с рамки видеокарты - пожалуй, самая напряженная часть проектирования. Особенно с учетом, что своего принтера у меня нет и печать мне пришлось заказывать (да еще и с доставкой с другого города). Позволить себе ошибиться я не мог. Также для возможности подпорки видеокарты прямо в пластиковую конструкцию были предусмотрены упоры в стальную рамку.

На боку модели можно видеть крепления под плату "хаба" вентиляторов, к которой подключались стоковые вентиляторы и должны подключаться новые, но уже через переходники. Плата располагается снаружи как и все провода. Кожух для кожуха, чтобы скрыть провода я изначально планировал, но делать не стал.

Крепить кожух с с учетом многократно возросшего веса конструкции (за счет массивных вентиляторов) лучше не только по углам, как стоковый кожух, но и использовать отверстия, предназначавшиеся для родных вентиляторов. Получившиеся дополнительные крепежные площадки слегка перекрывают поток 120-к, но так как под ними всё равно глухое металлическое препятствие, то их влияние несущественно. Плюсом на них были сделаны небольшие скосы для отбивания воздуха под углом.

Ввиду того, что крепёжные площадки фактически оказались навесу, выступая вбок, это могло сказаться в виде крайне неприятной нагрузки на разрыв слоёв. Адгезия слоёв - самое слабое место напечатанных конструкций. Поэтому, помимо общего укрепления рёберами и скруглениями, каждый на модели, получающий значительную перпендикулярную нагрузку, размещен на едином слое с общим периметром.

Использование таких крепежных площадок усложняло и саму конструкцию и её монтаж. Для установки кожуха на видеокарту требуется доступ к области, закрытой вентиляторами, а значит вентиляторы должны устанавливаться позже. И раз кожух уже на видеокарте - доступ есть только с одной стороны. Нельзя просто посадить вентиляторы на винты с гайками, а саморезы - не самый лучший вариант для печатных изделий. Оставались только 2 относительно надёжных варианта: закладные гайки в отдельных для них кармашках и заплавные резьбовые крепежи. Но для кармашков попросту не было места.

В итоге креплениями для М3 винтов вентиляторов выступили вот такие заплавные латунные гайки, специально приобретенные для проекта:

Забегая немного вперед - вот так они выглядят после установки:

Вплавлялось это паяльником через специальные насадки:

Можно вплавлять и обычным жалом, но у таких насадок гораздо больше площадь соприкосновения - быстрее пайка и меньше шанс всё запороть перегрев пластик.

В качестве материала печати был выбран старый добрый ABS как наиболее подходящий для моей цели. Он достаточно термостойкий и прочный. Он не обтекает так быстро под нагрузкой и нагревом со временем как PETG (этот постепенно теряет форму еще до температуры стеклования, были прецеденты). Была бы видеокарта похолодней - возможно, выбрал бы PETG, его было бы напечатать гораздо проще. И исполнителей гораздо больше. У ABS же могут быть и бешеные усадки и завороты.

Чтобы снизить влияние усадок и риск получить совершенно непригодный кусок пластика, модель было решено разрезать пополам (даже не смотря на то, что исполнители уверяли, что их дорогие чудо-принтеры печатают ABS без усадок). Так можно было доработать в случае необходимости размеры надфилем, а между половинами оставить зазор.

О том как я искал исполнителя и сколько десятков контор занимавшихся печатью я перебрал, прежде, чем нашел наконец людей, можно было бы написать отдельную статью. Список сайтов я сохранил. Скажем так, многие просто сливались, увидев модели. Оно и понятно, это не заказ на сотню сувенирных изделий. Не самая простая и выгодная работа. А еще: почти нигде не совпадает цена с реальной. Общение через почту или телефон, где всё равно отправляют на почту.

Зачем искать именно какую-то компанию, почему бы просто не обратиться к частнику с Авито? Собственно, вот почему:

В конце концов всё-таки был найден исполнитель, который напечатал мне и кожух для видеокарты и в последствии еще кучу мелочёвки. Вот что получилось напечатать:

Плюсом небольшая проставка с учетом особенно длинного выступа, чтобы не пилить вентилятор:

Для тренировки с заплавкой крепежа, набивания руки и подбора оптимальной температуры, были напечатаны вот такие площадки:

Как и ожидалось - по итогу напечатано было с усадкой в ~1.5%, что с учетом размеров модели дало существенные смещения. Хорошо исполнитель оказался добросовестным и напечатал еще раз с поправкой на усадку. Но пока шла печать и посылка я уже доработал надфилями то, что пришло и оставил так. Напечатай я всё одним куском, установить бы вообще не удалось.

Щель между половинами я впоследствии заделал внутри и заклеил снаружи. Планировалось, что это будет временным вариантом, но нет ничего более постоянного, чем временное. К моменту, когда пришли нормальные размеры, у меня уже не было ни сил ни желания всё заново пересобирать. Так что запасная рамка-кожух пока лежит и ждет своего часа

С вентиляторами в сборке видеокарта выглядит так:

Вентиляторы были подключены к родному хабу через переходники 4pin -> mini 4pin, купленные на али. Выписывал разной длины.

Вентиляторы, подключенные напрямую к видеокарте, могут управляться её же кривыми оборотов. Для контроля за вентиляторами использую MSI Afterburner, которая использовалась и для стокового охлаждения. Центральный вентилятор имеет свою курву, а 120мм вентиляторы свою. Обороты подобрал таким образом, что на самой максимальной нагрузке без каких либо ограничений температура находится в районе 70+, решил, что так будет нормально.

4090 и без того огромная и тяжелая видеокарта, но с этими вентиляторами она стала просто "неподъемным" монстром. Пришлось ставить видеокарту на 2 подпорки.

На момент написания статьи уже прошло 6 месяцев как я пользуюсь видеокартой с новым охлаждением. Итоговый результат превзошел мои самые оптимистичные прогнозы по эффективности и тишине. Даже при самой экстремальной нагрузке вентиляторам не требуется разгоняться выше ~1700 оборотов для фиксации чуть выше 70-ти градусов. Вариант с двумя 120ками стяжками упирался в 2000 и температура всё равно продолжала понемногу расти. А сток же был просто невыносим. Но самое главное преимущество этого охлаждения, что его едва слышно на средних нагрузках, когда Noctua работает менее, чем на 1500 оборотах.

Вызывает разве что опасения средний вентилятор от Arctic - он обычный втулочный, так что долго не проработает и его придется скоро менять, радует, что он хотя бы почти ничего не стоит. Но альтернатив по бесшумности среди 80мм ему не вижу, выбор среди этого формате не очень то и большой, все производители соревнуются в нише 120мм.

По хорошему стоило бы прикрепить какое-то видео как это всё работает, но у меня нет хорошего микрофона, а по снятому на телефон едва ли что-то можно будет разобрать (уже пытался).

В любом случае я очень доволен тем, что получилось, хоть и работы потребовалось проделать гораздо больше, чем планировалось. Стал бы это в это ввязываться, зная заранее к чему это приведёт? Нет. Стану ли в будущем покупать видеокарты под возможный "моддинг"? Теперь, с полученным опытом и знаниями, вполне возможно.

Здесь слегка исправленная версия (недочеты были выявлены в процессе сборки), отличающаяся от той, что в статье. Нужно также учитывать, что делалось всё под форму конкретной рамки и без пояснений многие моменты могут выглядеть по меньшей мере странными. Модель рассчитана на печать с толщиной слоя 0,15мм.

***

Благодарю всех, кто прочитал статью или хотя бы пролистал. Надеюсь, вы нашли в ней что-то полезное или просто интересное. Буду рад ответить на ваши вопросы и прочитать замечания.