Цена компактности — как создаются тонкие игровые ноутбуки и почему они всё ещё не стали стандартом индустрии

Материал подготовлен при поддержке MSI

Игровые ноутбуки существуют уже больше десяти лет, и на протяжении всех лет спрос на них неуклонно растёт. При этом их дизайну присущ консерватизм: производители постоянно соревнуются в футуристичности «геймерского» дизайна и агрессивности названий вроде Raider или Dominator и лишь за редким исключением обращаются к более сдержанным и компактным формам.

Недавно редакция выпустила обзор тонкого игрового флагмана MSI — GS66 Stealth. Он оборудован Intel Core i7 и видеокартой RTX 3080. Его толщина составляет 19,8 мм, а корпус ровный, металлический и полностью чёрный. У него нет ни воздухозаборников боевого истребителя, ни рёбер жёсткости на крышке, подражающих спортивному автомобилю, — он даже не переливается RGB-подсветкой и не издаёт «космических» звуков при включении.

Но почему такой минимализм встречается настолько редко? Мы решили вспомнить краткую историю тонких игровых ноутбуков и обратились к MSI и NVIDIA с вопросом о том, какие сложности и особенности приходится преодолевать инженерам при их создании. В качестве примера мы используем ноутбуки MSI.

Линейка MSI GS60 существует уже больше шести лет — первые модели в ней появились ещё в 2014 году. Тогда в ходу были видеокарты NVIDIA 860M и процессоры Intel Haswell четвёртого поколения, которые сейчас вспоминаются как античная история.

GS60 2PC был первым ноутбуком с настоящей игровой видеокартой в корпусе тоньше 2 см (этот параметр с тех пор особенно не изменился). В нём использовалась прорывная на то время система охлаждения с двумя турбинами, четыре динамика, несколько видеовыходов и даже 3К IPS-экраны (2880x1620) — словом, все самые крутые технологии.

Кроме ярко-красной расцветки, хорошие фотографии которой нам удалось найти, были ещё золотая и классическая чёрная, а корпус, как и сейчас, почти полностью был из алюминия. Правда, с одним отличием — на нижней крышке было покрытие из искусственной замши, чтобы ноутбук легче было держать на коленях.

Казалось бы, ничего особо не изменилось — MSI GS66 тоже тонкий, напичкан технологиями и шумит под нагрузкой, чтобы предотвратить нагрев. Но если обратить внимание на характеристики MSI GS60, становится понятно, что с годами задача инженеров становилась только сложнее, и производитель прошёл большой путь — с каждым годом требования к охлаждению чипов NVIDIA становятся только выше.

Дело в том, что суммарный теплопакет NVIDIA GeForce GTX 860M составлял всего 75 Вт — это совсем не много по современным меркам, когда энергопотребление некоторых мобильных чипов доходит до 165 Вт. При этом производительность мобильных видеокарт сильно отставала от десктопных: у серии GTX 800M вообще не было сестринской линейки для настольных ПК, чтобы избежать путаницы и невыгодных сравнений.

На MSI GS60 целевым разрешением для игр было 900p, так как в Full HD на максимальных настройках Crysis 3 работал лишь при 13,5 fps, а Tomb Raider (2013) — при 25 fps. В то же время современный GS66 Stealth способен эффективно охлаждать версию RTX 3080 для ноутбуков с теплопакетом 95 Вт, которая вполне справляется с нынешними «тяжеловесами» вроде Cyberpunk 2077 и Watch Dogs: Legion в разрешении вплоть до 1440p. И способен не обжигать колени без всякого тканевого покрытия.

В 2016 году идею игровых ноутбуков в тонких корпусах поддержала NVIDIA. Вместе с анонсом GeForce GTX 10-й серии компания объявила, что индекс M для мобильных видеокарт упраздняется, и отличия чипов для ноутбуков от десктопных теперь будут минимальными (5–20% fps в играх). Специально для тонких игровых моделей ввели специальное название «дизайн Max-Q», позаимствованный из аэрокосмической инженерии.

В понятие «дизайн Max-Q» входил целый комплекс требований к особенностям внутреннего и внешнего устройства ноутбуков. Чтобы снизить тепловыделение и энергопотребление с 80–150 Вт до 60–90 Вт в зависимости от графического процессора, но как можно меньше потерять в производительности, применялись компоненты с максимальным КПД и наиболее качественные цепи питания с твердотельными конденсаторами, а сами чипы тщательно отбирались по параметру энергоэффективности.

Кроме того, NVIDIA предъявила строгие требования к акустическим показателям: ноутбуки Max-Q должны были иметь режим, в котором шум во время игр не превышал бы 40 Дб.

Чтобы решить эту, казалось бы, неразрешимую физическую задачу, NVIDIA и производители ноутбуков зашли с разных сторон: в утилите GeForce Experience появился режим Whisper Mode, а MSI, например, продолжила совершенствовать свою систему охлаждения Cooler Boost Trinity.

Silent Mode первой версии работал довольно примитивно — софт NVIDIA просто блокировал фреймрейт в играх и не позволял видеокарте рендерить больше кадров. А чем меньше видеокарта загружена, тем меньше она греется.

Начиная с 2015 года в MSI GS63, GS65 и GS66 применяется система из трёх турбин, а не двух, как было раньше, — одна обслуживает радиатор процессора, а две другие остужают видеокарту ноутбука.

Два кулера с увеличенным количеством лопастей прогоняют через себя достаточно воздуха для охлаждения без необходимости наращивать обороты и создавать лишний шум. При желании их можно включить на 100% в отдельном режиме Cooler Boost, но в большинстве случаев в этом нет необходимости.

MSI стала одним из первых производителей, которые выпустили ноутбуки с видеокартами GeForce RTX 30-й серии зимой 2021 года. Среди них был и обновлённый MSI GS66 Stealth c RTX 3060, 3070 и даже 3080 для ноутбуков.

Уточнение «для ноутбуков» в 2021 году стало обязательной частью названия видеокарт — например, RTX 3080 для ноутбуков значительно отличается от десктопной версии и сильно уступает ей в производительности.

Десктопная RTX 3080 под нагрузкой потребляет более 320 Вт энергии и выделяет примерно столько же тепла — ни один ноутбук не справится с подобным, не говоря уже о тонкой модели весом 2,1 кг. Теплопакет RTX 3080 для ноутбуков составляет от 80 до 150 Вт в зависимости от возможностей системы охлаждения.

Это в 2–4 раза меньше, чем у одноимённого десктопного флагмана, а производительность в мобильной версии составляет порядка 60% от возможностей десктопной. Против законов физики не пойдёшь, поэтому там, где для контроля температуры стационарный ПК может прикрепить к чипу радиатор весом больше килограмма с тремя кулерами, в тонком ноутбуке приходится сокращать напряжение и частоты.

Однако это всё ещё полноценная игровая видеокарта с внушительной производительностью — лишь с той оговоркой, что целевым для неё является разрешение 1440р, а не 4К (которое всё равно непрактично использовать в 15-дюймовом ноутбуке).

При этом термин «дизайн Max-Q» к тонким ноутбукам больше не применяется. Теперь NVIDIA использует это название для обозначения пакета технологий, которые снижают шум, тепловыделение, энергопотребление и повышают производительность любых ноутбуков с видеокартами RTX 30-й серии.

Dynamic Boost 2.0 использует искусственный интеллект, для того чтобы динамически перераспределять энергопотребление между GPU, CPU и видеопамятью. Нейросети Dynamic Boost анализируют каждый отдельный кадр игры, определяют, какие из компонентов важнее в конкретной ситуации, и перенаправляют до 20 дополнительных ватт энергии на них, одновременно сокращая ненужные расходы на компоненты с низкой загрузкой. Благодаря этому производительность увеличивается, но компьютер не тратит лишнюю энергию и не вырабатывает лишнее тепло, чтобы система охлаждения могла работать тише.

При этом нейросеть постоянно обучается при использовании, поэтому со временем система учится точнее перераспределять «бюджет» между компонентами.

Технология Whisper Mode второго поколения не просто программно ограничивает частоту кадров, но и имеет контроль над системой охлаждения и другими компонентами системы. Система позволяет выбрать целевую частоту кадров от 30 до 120 fps и громкость вентиляторов по шкале «тихо — средне — громко», после чего система дополнительно скорректирует настройки графики, чтобы лучше укладываться в заданные параметры.

Благодаря дисплеям с адаптивной частотой развёртки G-Sync ноутбуки вроде GS66 Stealth позволяют играть при частоте в 40–50 fps без смазывания картинки и артефактов вроде разрывов и статтеров. Из-за этого ноутбук можно переводить в Whisper Mode с заниженным порогом fps и играть без лишнего шума.

При этом MSI предлагает и противоположную опцию — при ручной активации функции Cooler Boost ноутбук раскручивает вентиляторы на полную мощность и шумит так, будто собирается взлететь, но зато температура падает на 5–7 градусов и компоненты могут дольше удерживать максимальные частоты. Играть с Cooler Boost не очень комфортно, но если надо быстро отрендерить 3D-модель или видеоролик, можно включить этот режим и пойти на кухню заварить чай.

DLSS и Resizable BAR доступны и для настольных ПК и представляют собой, по сути, способы «бесплатно» повысить fps в играх, снизив нагрузку на железо и понизив таким образом температуру и шум. С DLSS каждый новый кадр создаётся в пониженном разрешении, а потом на лету восстанавливается нейросетью до более высокого разрешения путём добавления пропущенных деталей из предыдущих кадров — в результате картинку сложно отличить от нативных 4K или 1440p, а производительность такая, будто игра запущена в Full HD или вообще 720р.

Resizable BAR просто открывает процессору прямой доступ к видеопамяти и обеспечивает прирост до 10% fps в небольшом количестве игр — пока что это новая технология, и её поддержка не очень распространена.

Несмотря на старания производителей ноутбуков и программные уловки NVIDIA, создавать производительные, но тонкие ноутбуки с каждым годом становится всё сложнее. Если тепловыделение мобильных видеокарт в 2014 году не превышало 75–100 Вт, то сегодня в погоне за ростом разрешения и качества графики нормальными считаются значения более 130 Вт, с которыми очень тяжело что-либо сделать в тонком корпусе.

Для того, чтобы громоздкие портативные компьютеры наконец ушли в прошлое, необходимо, чтобы ради габаритов больше не надо было идти на компромиссы. И производители ноутбуков здесь могут не так уж много, так как даже самые продвинутые материалы и конструкции компактных систем охлаждения могут выиграть всего несколько градусов для актуальных чипов.

MSI уже более десяти лет создаёт игровые ноутбуки, которые сочетают характерный дизайн и высокую производительность. Среди линеек производителя есть и тонкие GS Stealth, и мощные игровые «монстры» серии GT Titan, и cбалансированные GE Raider.

В 2021 году многие модели уже обновились до актуального поколения видеокарт GeForce RTX 30 — GS66 Stealth был одним из первых. Среди других значимых нововведений — IPS-дисплей с частотой 240 Гц и разрешением QHD.

Также от модели 2020 года GS66 Stealth унаследовал инфракрасный сканер лица Windows Hello, большой тачпад со стеклянной поверхностью и батарею на 99 Вт⋅ч, которой хватает на 6–8 часов «офисной» работы вдали от розетки.