Ma petite expérience de pensée sur les 4,4 kilos de cuivre qui refroidissent un processeur 7950X

Kevin Hofer

25/4/2023

Traduction: traduction automatique

Un éditeur refroidit passivement son CPU avec des blocs de cuivre de plus de quatre kilogrammes. Je profite de l'occasion pour faire une expérience de pensée et, ce faisant, j'affronte un démon de mon passé.

Les portails tech du monde entier ont repris le post de l'éditeur AromaticImpress7778. Il y montre son système de refroidissement DIY : Un total de 4,4 kilogrammes (kg) de cuivre refroidit son processeur 7950X de manière passive - c'est-à-dire sans ventilateur. En charge, le CPU atteint une température de 95 degrés Celsius et fonctionne à 90 pour cent de sa puissance maximale. Il réalise tout cela dans le boîtier Mini-ITXDB4 de Streacom. Celui-ci dégage de la chaleur via les ailerons de son enveloppe. La température extérieure du boîtier est ainsi comprise entre 50 et 60 degrés Celsius.

Je trouve le système de refroidissement impressionnant. Je veux savoir combien de temps il faut pour que le boîtier atteigne 60 degrés Celsius avec une utilisation moyenne du rédacteur. Pourquoi ? Tout simplement parce que cela m'intéresse et que je trouve que c'est une expérience de pensée passionnante. Est-ce que cela devient scientifique ? Je ne pense pas. Plutôt de la lecture de marc de café associée à un peu de mathématiques et de physique.

Les formules

Pour le savoir, je dois affronter mon démon : les mathématiques. J'ai en effet terminé le lycée avec une note de 2,5 - ce qui correspond à 5+ en Allemagne. Je me suis donc arrêté à peu près au niveau mathématique d'un élève de 9e année.

Heureusement, aujourd'hui, il y a Google. Je trouve rapidement les deux formules dont j'ai besoin :

t=Q/P

Q=mcΔT

t est le temps de chauffage en secondes, donc ce que je veux trouver. J'ai besoin des autres variables pour y arriver. Des maths, donc. Q représente l'énergie nécessaire pour modifier la température d'un corps donné d'une valeur ΔT - ce qu'on appelle l'énergie thermique. Je dois encore la calculer avec la deuxième formule. P est la puissance calorifique en kilowatts (kW). m représente quant à lui le poids et c la capacité thermique spécifique du matériau. ΔT représente le changement de température du matériau.

Vous avez déjà la tête qui fume ? La mienne a perdu beaucoup de gaz. Je ne sais pas encore si je comprends vraiment tout cela. Justement : je suis nul en maths.

La recherche des valeurs correctes

Voilà pour la théorie. Il ne me reste plus qu'à trouver les valeurs respectives. C'est à partir de là que la précision commence à baisser. En effet, je ne peux pas déterminer clairement de nombreuses variables. Néanmoins, le poids du cuivre est rapidement déterminé, car AromaticImpress7778 donne lui-même la réponse : 4,4 kg. Comme le cuivre est lié au boîtier et donc à l'aluminium, je dois également prendre en compte ce dernier. Le boîtier pèse 7,5 kg au total. Selon le fabricant, presque toute la construction du boîtier est en aluminium, à l'exception d'un peu de verre acrylique et d'acier. Je m'attends donc à 7 kg.

La capacité thermique spécifique est une constante de la matière. Elle indique la quantité d'énergie thermique qu'un kg d'un matériau de construction donné doit absorber pour que sa température augmente d'un kelvin (K). Plus cette valeur est élevée, plus le matériau se réchauffe lentement. La capacité thermique spécifique du cuivre est de 390, soit J/kg°K. Seul l'argent a une capacité thermique encore plus faible parmi les métaux. Je le savais, mais je peux maintenant expliquer pourquoi le cuivre est excellent pour le refroidissement. L'aluminium du boîtier a une capacité thermique de 900 J/kg°K.

Il est plus difficile de déterminer ΔT. Le processeur chauffe jusqu'à 95 degrés Celsius. Il n'en va pas de même pour les pièces en cuivre. Ici, la chaleur se répartit sur tout le volume et également sur l'enveloppe du boîtier à laquelle les blocs sont reliés. Heureusement, AromaticImpress7778 donne une valeur pour l'enveloppe du boîtier DB4. Celle-ci atteint une température de 50 à 60 degrés Celsius. Le boîtier est conçu de manière à ce que la chaleur soit évacuée par les ailettes du boîtier en aluminium et par la circulation naturelle de l'air dans la pièce. C'est pourquoi je suppose que la température du cuivre est de 60 degrés Celsius. Pour arriver à ΔT, je dois soustraire la température de la pièce, que je prends comme température de départ. Je me base ici sur 20 degrés. ΔT correspond donc à 40 degrés. Comme je l'ai dit, ce n'est pas très correct. Mais je pense que c'est une bonne approximation.

En dernier lieu, il y a la puissance de chauffage. C'est sans doute la plus imprécise. Je ne connais que la puissance approximative du CPU. Il y aura toujours une perte de puissance au niveau des contacts entre le CPU et les blocs de cuivre, puis le boîtier. Je ne sais pas combien. Je prends donc les valeurs moyennes du CPU. AromaticImpress7778 écrit également dans son post à quoi il utilise le CPU et quel est son flux de travail. Il fait principalement de la programmation. Toutes les dix minutes, il compile pendant environ une minute. Pendant ce temps, le CPU fonctionne à son maximum. Il est difficile de dire de combien de puissance il a besoin à ce moment-là. Dans mon revue du CPU, elle a atteint 230 watts (W). Comme l'éditeur refroidit son système sans ventilateur, je suppose que c'est moins que cela et je prends la perte thermique maximale indiquée par AMD : 170 W. Cette valeur n'est toutefois valable que pendant une minute sur dix. Le reste du temps, le CPU devrait tirer environ 60 W, comme je l'ai mesuré dans ma revue. Dans le cas d'AromaticImpress7778, je suppose donc que la puissance de chauffage est d'environ 0,08 kW. Oui, je sais : cela fait beaucoup d'hypothèses. Mais c'est suffisant pour une expérience de pensée

Et maintenant?

Si je place les valeurs déterminées dans ma première formule, j'obtiens 68 640 J d'énergie thermique pour le cuivre et 252 000 J pour l'aluminium. Ensemble, cela donne respectivement 320 640 J et 320,64 kilojoules (kJ) d'énergie thermique.

Il ne me reste plus qu'à diviser l'énergie thermique par la puissance de chauffage. 320,64 / 0,08 donne 4008 secondes, soit 66 minutes et 48 secondes. Il faut donc un peu plus d'une heure, en utilisation moyenne, pour que le PC du rédacteur atteigne sa température finale. Pour un boîtier entièrement sans ventilateur, c'est un résultat impressionnant. Je ne m'attendais pas à ce que cela prenne autant de temps. Même si le système fonctionnait en permanence à pleine charge, il faudrait un peu plus de 31 minutes pour atteindre une telle température. Mais dans ce cas, on peut supposer que le boîtier ne s'arrête pas là et qu'il chauffe encore plus

Il va sans dire que mon expérience n'est pas étanche. Trop de choses sont inconnues ou tout simplement pas assez précises. D'autres facteurs, comme le boîtier fermé, auront également une influence. En réalité, la température extérieure du boîtier est probablement atteinte beaucoup plus rapidement et les températures à l'intérieur sont plus élevées.

J'ai tout de même pris plaisir à faire ce calcul. Si j'ai fait une erreur, n'hésitez pas à me la signaler dans la colonne des commentaires. Comme je l'ai dit, je ne suis pas un génie des maths. Si vous trouvez le calcul complètement stupide : Nous sommes donc deux. Mais j'aime l'absurde.

Kevin Hofer

Senior Editor

kevin.hofer@digitecgalaxus.ch

La technologie et la société me fascinent. Combiner les deux et les regarder sous différents angles est ma passion.

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