Piccolo esperimento di riflessione sui 4,4 chilogrammi di rame che raffreddano un processore 7950X

Kevin Hofer

25.4.2023

Traduzione: Leandra Amato

Un utente Reddit raffredda la sua CPU passivamente con blocchi di rame del peso di oltre quattro chilogrammi. Colgo l'occasione per un esperimento di pensiero, confrontandomi con un demone del mio passato.

I portali tecnologici di tutto il mondo hanno ripreso il post del redditor AromaticImpress7778 che mostra il suo raffreddamento fai da te: un totale di 4,4 chilogrammi (kg) di rame raffredda il suo processore 7950X passivamente, cioè senza ventola. Sotto carico, la CPU raggiunge i 95 gradi centigradi e funziona al 90% della potenza massima. Tutto questo in un case mini-ITX DB4 di Streacom. Questo emette calore attraverso le alette della sua custodia. La temperatura esterna dell'alloggiamento è quindi compresa tra 50 e 60 gradi centigradi.

Il sistema di raffreddamento è impressionante. Vorrei sapere quanto tempo impiega il case a raggiungere i 60 gradi con un utilizzo medio del redditor. Perché? Semplicemente perché mi interessa e lo trovo un esperimento di pensiero entusiasmante. Sta diventando scientifico ora? Decisamente no. Più che altro, si tratta di lettura dei fondi di caffè abbinata a un po' di matematica.

Le formule

Per scoprirlo, devo affrontare il mio demone: la matematica. Ho terminato il liceo con un 2,5. Quindi sono al livello matematico di un bambino di prima elementare.

Per fortuna oggi c'è Google dove trovo rapidamente le due formule di cui ho bisogno:

t=Q/P

Q=mcΔT

t è il tempo di riscaldamento in secondi, quindi è questo che voglio scoprire. Ho bisogno delle altre variabili per arrivare a questo. Matematica, dunque. Q indica l'energia necessaria per modificare la temperatura di un dato corpo della quantità ΔT – la cosiddetta energia termica. Devo ancora calcolarla con la seconda formula. P è la potenza termica in chilowatt (kW). m rappresenta a sua volta il peso e c la capacità termica specifica del materiale. ΔT indica la variazione di temperatura del materiale.

La tua testa sta già fumando? La mia di sicuro. Non so ancora se ho capito tutto. Come detto, sono una nullità in matematica.

La ricerca dei valori corretti

Questa era la parte teorica. Ora devo solo scoprire i rispettivi valori. Da qui in poi, la precisione cala. Non riesco a determinare chiaramente molte variabili. Almeno il peso del rame viene chiarito rapidamente, perché AromaticImpress7778 dà lui stesso la risposta: 4,4 kg. Poiché il rame è collegato al case e quindi all'alluminio, devo includere anche questo. L'alloggiamento pesa complessivamente 7,5 kg. Secondo il produttore, quasi tutta la struttura del case è in alluminio, ad eccezione di alcuni vetri acrilici e dell'acciaio. Conto quindi con 7 kg.

La capacità termica specifica è una costante della sostanza. Indica la quantità di energia termica che un kg di un certo materiale da costruzione deve assorbire affinché la sua temperatura aumenti di un kelvin (K). Più alto è questo valore, più lento è il riscaldamento di un materiale. La capacità termica specifica del rame è di 390 J/kg°K. Solo l'argento ha una capacità termica ancora più bassa tra i metalli. Lo sapevo, ma ora posso anche spiegare perché il rame è eccellente per il raffreddamento. L'alluminio del case ha una capacità termica di 900 J/kg°K.

ΔT è più difficile da accertare. La CPU si riscalda fino a 95 gradi centigradi. Tuttavia, lo stesso non vale per le parti in rame. In questo caso, il calore viene distribuito sull'intero volume e anche sulla custodia del case a cui sono collegati i blocchi. Fortunatamente, AromaticImpress7778 fornisce un valore per il case del DB4. Questo diventa caldo da 50 a 60 gradi. Il case è progettato per dissipare il calore attraverso le alette del case d'alluminio e la circolazione naturale dell'aria nella stanza. Assumo quindi una temperatura di 60 gradi per il rame. Per arrivare al valore di ΔT, devo sottrarre la temperatura ambiente, che presumo essere la temperatura iniziale. Presumo che qui ci siano 20 gradi. ΔT corrisponde quindi a 40 gradi. Come ho detto, qui i valori non sono del tutto corretti. Ma come ipotesi, penso che vadano più che bene.

Infine, c'è la capacità di riscaldamento. Questo è probabilmente il valore più impreciso. Conosco solo la potenza approssimativa della CPU. Una parte dell'alimentazione andrà sempre persa in corrispondenza dei contatti tra la CPU e i blocchi di rame e successivamente il case. Quanto, non lo so. Pertanto, prendo i valori medi della CPU. AromaticImpress7778 scrive anche nel suo post a cosa gli serve la CPU e qual è il suo flusso di lavoro. Si occupa principalmente di programmi. Ogni dieci minuti compila per circa un minuto. Durante questo periodo, la CPU funziona al massimo. È difficile dire di quanta potenza avrà bisogno a quel punto. Nella mia recensione della CPU, la potenza era di 230 watt (W). Dal momento che il redditor raffredda il suo sistema senza ventola, presumo che la perdita di potenza termica massima indicata da AMD sia inferiore: 170 W. Tuttavia, questo valore è valido solo per un minuto su dieci. Per il resto del tempo, la CPU consumerà probabilmente circa 60 W, come ho misurato nella mia recensione. Nel caso di AromaticImpress7778, presumo quindi una capacità di riscaldamento di circa 0,08 kW. Sì, lo so: ci sono molte ipotesi. Ma è sufficiente per un esperimento di pensiero.

E ora?

Se inserisco i determinati valori nella prima formula, ottengo 68 640 J di energia termica per il rame e 252 000 J per l'alluminio. Insieme, si ottengono 320 640 J o 320,64 kilojoule (kJ) di energia termica.

Ora devo solo dividere l'energia termica per la potenza termica. 320,64 / 0,08 risulta in 4008 secondi o 66 minuti e 48 secondi. Il PC del redditor impiega quindi poco più di un'ora per raggiungere la temperatura finale con un utilizzo medio. Questo è un risultato impressionante per un case completamente privo di ventole. Non mi aspettavo che ci volesse così tanto. Anche se il sistema funzionasse costantemente a pieno carico, ci vorrebbero poco più di 31 minuti per raggiungere una temperatura così elevata. In questo caso, tuttavia, si può ipotizzare che non sia la fine della storia e che il case si riscaldi ancora.

Naturalmente, il mio esperimento di pensiero non è a prova di bomba. Troppe cose sono sconosciute o semplicemente non abbastanza precise. Anche altri fattori, come il case chiuso, avranno un'influenza. In realtà, la temperatura esterna del case viene probabilmente raggiunta molto più rapidamente e all'interno prevalgono temperature più elevate.

Mi sono comunque divertito a risolverlo. Se ho commesso un errore, scrivimelo nella colonna dei commenti. Come ho detto, non sono un mago della matematica. Nel caso in cui anche tu trovi l'aritmetica completamente insensata: siamo in due. Ma mi piacciono le assurdità.

Kevin Hofer

Senior Editor

kevin.hofer@digitecgalaxus.ch

Tecnologia e società mi affascinano. Combinarle entrambe e osservarle da punti di vista differenti sono la mia passione.

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