半导体冷头 x 7800x3d -- Project CRYZEN

erid414 · 发表于 2023-7-16 23:08

本帖最后由 erid414 于 2023-7-16 23:08 编辑

首先需要表明我并不推荐采取半导体制冷的方式来冷却CPU
最大功率低，效能低，温控难 -- 这几大问题使得他几乎无法应用到家用PC上
本贴针对这些问题提供了一些解决方案，在这里把半导体制冷的相关经验整理出来给大家参考
但是半导体制冷对应别的冷却方式在性能和成本上并没优势
所以本贴纯属瞎折腾，只是觉得好像能做出来，那就做个玩玩咯

开始折腾！

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一切都是从7800x3d这颗U开始，简直太适合我这种臭打游戏的了
每年cpu跑得最欢的时候就只有今天这样需要lightroom导出照片在CHH发个贴了
首发入，实际用下来也什么都觉得挺好，积热待机50°c++也没影响到我模拟器玩totk
但是某天突然瞄到我玩游戏时候功耗也就60w这样，满载也不到100w -- 这种工况好像半导体制冷完全可以满足哎

以前就知道EK 酷冷给intel出了cryo技术半导体冷头，德国小哥强行跑在ryzen上玩了玩效果似乎不错
稍微看来看淘宝有简易的diy产品原理似乎可行立马下单

CRYZEN v0.1
以上照片是在我更换方案的时候拍摄的，这套系统用了差不多两个月作为初步验证学习
结论就是可行！
这个淘宝方案用了一块cpu大小的制冷片夹在cpu和你自己的冷头之间，热面由冷头散热，冷面用来冷却cpu
控制器是开关控制器，通过接受cpu风扇的pwm信号来估计cpu的温度，并调整开关时间间隔提供制冷功率
控制器搭配了温度探头放在cpu旁边，可以设定最低温度，一但低于阈值就调整开关时间间隔恢复温度

这套系统优点是便宜，能用，7800x3d基本上可以待机40度，60w游戏工况55度，满载有点不行会达到80度
缺点就是控制器太简陋，似乎没有pid控制，mos开关切换频率很低导致cpu的温度容易波动5-10度，而且制冷片因为面积太小所以制冷功率太低，7800x3d只能是勉强压住
上述缺点让我觉得有点不爽，但是心里觉得应该可以解决，所以开始了新的折腾

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CRYZEN v1.0

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TEC制冷片
首先，作为一种没用的技术，EK的半导体制冷头长期骨折，买！
当时我买的时候是50% off，今天截图一看，嗯果然更没用了

Screenshot 2023-07-16 165836.png

当时海淘算上运费也快2000了，有这钱还是冷水机更好，但是折腾好玩么就不管成本了

油管有个俄国小哥很认真的拆解了这款半导体冷头对我理解帮助巨大
其中某处可以看到这个冷头采用了莱尔德的UT30 - 162 制冷片

Screenshot 2023-07-16 171914 (Medium).png

这款制冷片规格没有在官网上找到，但是从名字上可以推算是额定16.2v最大30A电流的产品
半导体制冷片可以粗略的考虑成一个电阻，所以如果我们把他接到电脑的12v供电时，电流就是22.2A，功率266w
半导体实际的制冷效率和热面和冷面的温差相关，温差越大效率越低
所以如果你的冷却系统不能很好的给制冷片热面散热，或者你想要把cpu压到低于0度，那么效率就会变低
以下是莱尔德24v 15A的制冷片用来举例

Screenshot 2023-07-16 174732.png

这个数据曲线的意思是冷面保持在15度，热面保持在25度时搬运不同的热量需要耗费的功耗
比如数据点处搬运100w的热量时，可以给这个制冷片通10v的电压让他以5A 50w的功率运行，并且此时热面会一共散发150w的热量
所以一般热面散热良好的情况下半导体的功耗基本上是散热功耗的一半
大家口中说的需要两倍功耗去搬运热量的情况一般都是极限制冷或者热面散热跟不上的情况

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温度控制方案

EK这个半导体冷头肯定不能用自带的Intel Cryo控制器了，这个控制器只能够用在老款intel平台上，所以现在EK才是骨折价在卖

最初的1代老版好像能用破解的软件，那位牛人取名为CRYZEN，寓意当然就是Ryzen的Cryo系统，我觉得挺好所以自己也沿用这个项目名

所以控制器只能另外再diy搭配了
淘宝上有两家卖高精度半导体温控驱动的公司，看了下参数都很不错，民用CPU制冷措措有余
要控制温度肯定需要一个闭环系统，以下是驱动器卖家文档里的科普图和ek冷头的侧面图

Screenshot 2023-07-16 175807.png

EK半导体冷头实际上是三明治结构，中间是半导体制冷片，热面是水道板，冷面相当于是带温度探头的均热板
温度控制系统实际上控制的是和CPU接触的均热板的温度，使得这个和CPU保持接触的面在CPU不同功耗的情况下都保持稳定的温度
可以通过控制输出功率来控制冷面的温度，输出功率可以通过调节脉冲占空比输出和调节电压直流输出两种方法控制，大致如下图

Screenshot 2023-07-16 181459.png

intel的cryo以及淘宝实惠方案采取的是调整脉冲占空比，优点是不需要转换电压所以功率大，成本低，缺点是温度控制精度不高但是实际上intel做的那块板子还是完全够用了
我这边主要是感觉电压控制听上去更厉害而且看了一圈就他们两家店专业一点所以就用了电压调节的方案
控制板长这个样子：

另外控制器最总要的当然还是PID算法，这个控制板可以设置PID参数，并且还提供了串口沟通数据接口，可玩性超高

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数据沟通
其实这个控制板本身就提供了程序可以用来监控并设置温度

Screenshot 2023-07-16 183030.png

一开始的时候我其实想就给冷头温度设置到20度，这样按照我房间的温湿度应该永远也不会有冷凝的情况发生
但是看了看串口沟通协议还挺清晰，想着就干脆写个软件来做露点追踪吧，

软件的名字就继续叫CRYZEN

温度和湿度可以通过家里的Home Assistance服务器拿到放在电脑旁边的小米温湿度计数据
露点精度要求不高，忽略气压一类的次要因素之间通过temperature - ((100 - humidity) / 5)就可以算出了

Screenshot 2023-07-16 185536.png

虽然说其实可以不要GUI只需要写个进程然后通过串口给控制板发送露点温度就可以了，但是软件这个东西就是一开始写就停不下来
接下来又通过openhardware那个lib加入了CPU Package温度和功率监控

Screenshot 2023-07-16 185550.png

然后通过串口拿到了半导体温控板的运行数据

Screenshot 2023-07-16 185601.png

软件写通花的时间很少，反而是想把UI调整到好看且实用比较费时
这种自用小程序不怕维护性不怕bug不怕效率，就python写完然后打包开机自动运行搞定

Screenshot 2023-07-16 190302.png

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开工干活

EK这个半导体还是算量子系列的，所以质感还是不错，分量很足
因为半导体制冷片本来面积就大，所以内部水道分布面积超大搬运热量效率极高

cpu冷面有橡胶套适配老intel插槽，用来隔离空气流动防止冷凝，如果高于露点温度运行其实就不需要了
AM5底座肯定会有干涉，我尽量装上有的时候可以玩玩极限温度

红黑是制冷片的电源输入，蓝色是温度探头，这个温度探头我收到后测量发现是100k的，然而我买的控制器内置参数是配合10k ntc，所以只能破坏掉另外安装

松掉四边的螺丝就能拆掉冷面的均热板部分，硅脂均匀得十分舒适
热面是焊接的，以后如果想更换别的规格的制冷片就难了

测试了一下这个温度传感器的数值没有问题后就配合导热硅脂填进均热板
然后用胶水固定好避免被扯出

冷头和控制器连线，控制器再接rs232串口
组装好后装上家里闲置的水泵冷排进行低温运行测试了几个晚上
包括之后在调试程序的时候也一边调试一边这样进行开放测试，确保在计算出的露点附近运行时候没有冷凝水出现
这次折腾陆陆续续搞了几周，这个裸露的冷面完全没有湿过
最后程序里面设计的冷头温度是在露点温度+2度作为余量，反正我是一点都不担心冷凝这个问题了

控制器肯定不能裸露，所以设计然后打印了外壳
加装上6CM猫扇，电源开关，电压电流功率表方便日后长期使用

电源线直接改一根电源出来的CPU 8pin插头，供电200w完全无问题，猫扇转速有点高，接了个电阻降速

最后出来效果还是不错，背后贴了磁铁可以吸附在机架上

质感肯定比不过原装，体积也大了不少，但是看着也还是顺眼

冷头万能的淘宝上有转接器，就不需要自己再去做了
但是螺丝以及弹簧还是要慢慢选个合适的，还好家里各种规格的螺丝多

这个橡胶保温套还是要处理很多地方才能正常安装

这个控制器本来应该装这个地方，但是再也不需要了，合影留恋然后扔盒子里

ProArt的金属线条颜色和这个冷头还是挺搭

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性能测试

其实7800x3d这颗U热是热，但是实际使用下来我并不觉得性能和温度有什么关系
尤其是在游戏的时候，只能从频率上看出来温度低的时候pbo冲到5050的时间更长，但是帧数应该毫无变化
就像本贴一开始的时候说的，我只是觉得半导体制冷挺好玩，就试试看效果会如何
对了我的7800x3d是大雷sp87，平时日常自动pbo curve-20，6200 c32，flck 2066，ProArt没有异步外频无法进一步提高频率

Screenshot 2023-07-16 143052.png

家里的温湿度情况会让冷头温度控制在13-15度，冬天可能会更高
这个温度下7800x3d待机一般在35-40度，满载会去到接近70度，看3DMARK的游戏工况CPU基本可以控制在50度以内
水温一般在28度这样，如果水路能够把热面的温度控制到30度这样那么半导体制冷片需要提供15-18度的温差，压力不大所以满载功耗也就65w
在整个测试过程中控制器的表现非常好，冷头的设定温度和实际温度的温差最大也只有0.5度
从TEC功率曲线可以看出来当CPU温度上升的时候，TEC功率虽然有一定滞后但是也能迅速跟上

由于半导体冷头可以很好的控制冷头温度，并且保持不变，感觉可以很直观的给大家感受一下不同温度对于CPU温度的影响
以下是我将冷头温度设定到15 - 20 - 25 - 30 - 35度的时候，待机以及满负载的温度表现

perf-15@2x.png

这几个温度上基本能看出来冷头温度和满载温度关系几乎是线性关系，冷头35度的时候满载89度，冷头每降低5度满载温度也降低5度
传统散热方式的局限就在这里了，风冷和水冷是无法做到低于室温的，所以如果环境温度高了那么7800x3d也必然凉不下来（虽然凉下来了也没用）
当然冷水机永远的神

其实我也试过把冷头温度设定到40度，但是冷头的实际温度完全没办法上到40度，cpu的温度去到了60+
这给我的感觉就是7800x3d顶盖的表面温度可能无法达到35度，或者35度空载的时候可以散发的热量极低，我也就没有继续测试了

接下来就是极限测试了，设定到0度

perf-0@2x.png

可以看到要维持这样接近30度的温差，光是空载就需要巨大的功耗，是散热功耗的两倍还多
但是折腾这么久当然就是为了看一眼7800x3d被冷感冒的样子，空载14度满载51度还是看着很过瘾
这个时候155w已经是我这套系统的功耗极限了，所以满载的时候冷头维持不住0度，后来慢慢到了4度这样
这是因为我之前提过，电压控制系统有损耗，所以比不过Intel原装控制器的200w功率

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总结
还是说说半导体制冷的优点吧

1. 可以稳定的低于室温，传统风冷以及水冷无法做到
2. 相对于冷水机来说，没有噪音，体积小，可以搭配现有冷排水路
3. 如果有大佬想要极限折腾半导体制冷，不在乎功耗的，可以给这个控制板独立供电20v，
这样制冷片可以解锁全部480w运行功率，搬运热量低温差的时候应该能有600w，高温差的时候至少200w，压个13900k应该还是可行，当然水路压力巨大

就像本贴一开始说的那样，这样折腾下来7800x3d温度看上去很好，但是实际对于cpu性能毫无用处
更需要低温的intel那边，却是因为半导体制冷功率不够，能耗高，也是无用
但是这个过程折腾得还是挺开心就够了

erid414 · 发表于 2023-7-16 23:09

本帖最后由 erid414 于 2024-8-16 19:04 编辑

自占，如果有什么问题或者需要测试的我会补充在1楼

最新的装机中将取消了电脑软件串口控制监测温度，采用单片机以及传感器直接读取温湿度并计算露点
同时改造了冷头形态，使其可以直接安装在am5平台
新装机贴如下：
https://www.chiphell.com/thread-2617575-1-1.html

kpchan · 发表于 2023-7-16 23:15

我都准备刷牙睡觉了，看到后立即登陆射分

dsboylw · 发表于 2023-7-16 23:20

必须射，这从软到硬自己解决~

wesleyxy · 发表于 2023-7-16 23:27

可惜我没用苏妈平台了，不然肯定抄个作业

Enio❤Kdtree · 发表于 2023-7-16 23:28

jista · 发表于 2023-7-16 23:32

NB的很啊

accord6 · 发表于 2023-7-17 00:18

你这项目我王多鱼投了

ariesdr123 · 发表于 2023-7-17 03:01

太他妈nb了

水樹奈々 · 发表于 2023-7-17 11:35

动手能力 max~

guobacoo · 发表于 2023-7-17 11:57

还有点好看！

gylj7058 · 发表于 2023-7-17 12:16

必须射，这从软到硬自己解决

SUNZKpope · 发表于 2023-7-17 12:27

你们都是玩花活的，秀儿

费力不讨好的事情还是要有人来试试，挺好的

dongyi945 · 发表于 2023-7-17 12:28

半导体制冷不怕冷凝水么

313716855 · 发表于 2023-7-17 13:27

动手能力MAX

erid414 · 发表于 2023-7-17 13:29

dongyi945 发表于 2023-7-17 12:28
半导体制冷不怕冷凝水么

当然怕，所以才需要这样做一套闭环系统准确的控制冷头温度让它保持在尽可能低但是又不会因为太低而出现冷凝水这样的一个状态

粉墨home · 发表于 2023-7-17 13:57

感谢分享！

icefish7 · 发表于 2023-7-17 14:35

好像很厉害,nb

ktaster · 发表于 2023-7-17 15:36

看完之后觉得楼主很牛逼。顺便也很好奇用半导体制冷模块给水冷液制冷的散热效果如何

erid414 · 发表于 2023-7-17 16:10

本帖最后由 erid414 于 2023-7-17 16:25 编辑

ktaster 发表于 2023-7-17 15:36
看完之后觉得楼主很牛逼。顺便也很好奇用半导体制冷模块给水冷液制冷的散热效果如何 ...

这种方法我也想过，其实很多鱼缸冷水就是这么搞的，但是不适合PC
你可能是想用半导体把水温降低甚至最好能低于室温
a. 理论上可以降温，但是实际上你水路的流速非常快，水路中的最高温点和低温点相差最多也就3度这样，通过半导体降温后水温如果低了那么你的冷排的效率就下降了，最后的制冷压力全部来到了制冷片这边然后制冷片就需要高功率运行，当水温低于室温后那么你冷排反而就是在给水路加热了
b. 如果通过降低流速，让通过制冷片的冷水水慢慢流到cpu和gpu加热到高于室温几度过后再去到冷排，那么cpu冷头肯定会出现积热带不走热量的问题，还不如快速流动的室温水路，
c. 如果单独给制冷片-cpu冷头配一个没有冷排的低温水路，然后另外一个带冷排的高温水路给制冷片散热，那么其实也就不如帖子里这样直接接触省掉了这个低温水路了
d. 但是c方案有一个优势是本贴方案比不上的，我想了想还是有一定的现实意义，这个低温水路可以规模化可以做一块热交换板贴上很多片的制冷片，驱动可以做到群控，这样你就可以做出1000w+制冷量的散热系统了，然后一个外置冷排给这个TEC集群散热，和冷水机系统比起来就功耗高了一大截，优点就是完全静音

炎夏 · 发表于 2023-7-17 16:19

这个就牛逼大了，膜拜

搞基薛定谔 · 发表于 2023-7-17 16:26

太牛逼了。

未央中央 · 发表于 2023-7-17 16:57

改一改给手机用…

vo6le · 发表于 2023-7-17 17:03

NB！软硬全部自己弄了，9999999

ktaster · 发表于 2023-7-17 17:55

erid414 发表于 2023-7-17 16:10
这种方法我也想过，其实很多鱼缸冷水就是这么搞的，但是不适合PC
你可能是想用半导体把水温降低甚至最好 ...

感谢大佬指点~

阿格纳斯 · 发表于 2023-7-17 18:24

这个确实有点厉害了，不知道EK之后会不会出AMD平台的半导体冷头

huihuige · 发表于 2023-7-17 18:44

牛逼~~
确实对于TDP小的CPU
半导体片直触比较好
功率大的CPU半导体片就不好压了~

erid414 · 发表于 2023-7-17 18:46

ktaster 发表于 2023-7-17 17:55
感谢大佬指点~

我之前也是觉得不行没用，但是整理到最后想到可以用多组制冷片后又觉得还是很好玩

淘宝上有现成的方案，风冷水冷都可以稍微改一改就能用，考虑一下等等下次换机箱就可以整合一下了

erid414 · 发表于 2023-7-17 18:49

阿格纳斯发表于 2023-7-17 18:24
这个确实有点厉害了，不知道EK之后会不会出AMD平台的半导体冷头

哈哈哈EK这种小作坊才搞不出来，那个控制器和cryo软件都是intel开发的，ek和酷冷都是用的相同的东西，肯定死也不会开源给amd

bigeblis · 发表于 2023-7-17 19:48

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