Comparatif de pâtes thermiques

Le moins que l’on puisse dire, c’est que ce comparatif n’a pas été une mince affaire : il aura fallu plus de 6 mois afin de le mettre sur pieds. La phase de tests s’est montrée chronophage (on atteint presque 40 références testées entre celles qui étaient déjà au labo et celles que nous nous sommes procurées) sachant que la conception d’un protocole de tests rigoureux s’imposait au préalable afin de ne pas fausser les résultats.

Nous commençons aujourd’hui avec les propriétés thermiques des processeurs, les différents types de surface, des informations relatives aux différentes pâtes thermiques et méthodes d’application. Ajoutons à cela deux différents types de dissipateurs (air/eau) et enfin les problèmes relatifs à la pression exercée par ces derniers : une pâte thermique peut tout à fait se montrer satisfaisante avec un dissipateur et mauvaise avec un modèle différent. C’est précisément pour cette raison que les tests ont été effectués sur des processeurs Intel et AMD, avec un watercooling intégré, un dissipateur haut de gamme et enfin un dissipateur entrée de gamme représentatif des modèles livrés en kit avec un CPU.

Parallèlement aux processeurs, nous avons également évalué l’efficacité des pâtes thermiques pour le refroidissement d’un GPU, leur viscosité et enfin jugé la facilité avec laquelle elles s’appliquent. Commençons cependant par les bases : en quoi la pâte thermique joue-t-elle un rôle primordial ?

La capsule du processeur

Lorsque l’on retire la capsule (heat spreader) d’un CPU, on remarque que la puce (le die) est nettement plus petite qu’il n’y parait : elle n’est en contact qu’avec une partie de la capsule. Cette dernière sert donc à distribuer la chaleur émise par la puce sur une surface plus grande, permettant ainsi son transfert vers le dissipateur. En réalité, elle sert surtout à protéger le coeur du processeur !

Cette représentation illustre deux faits. Premièrement, les fabricants de processeurs comblent l’espace entre le die et la capsule avec un matériau conducteur de chaleur. Deuxièmement, l’évolution de ce matériau : si AMD fait encore appel à une soudure pour faire le lien, Intel se contente maintenant de pâte thermique, laquelle induit une résistance thermique supplémentaire tout en permettant d’économiser quelques centimes au passage. Ceci explique pourquoi les processeurs d’Intel sont de plus en plus difficiles à refroidir avec overclocking depuis l’architecture d’Ivy Bridge.

Capsules, zones calorifiques et lourdes conséquences

L’illustration ci-dessus montre qu’en raison de l’écart de surface entre la puce et la capsule, les zones périphériques de cette dernière sont plus froides que celle immédiatement située au-dessus du die. On peut la qualifier de zone critique (hot spot) puisque c’est à cet endroit que les températures sont les plus élevées. Les deux images ci-dessous représentent cette zone critique de manière simplifiée : la réalité est moins uniforme du fait que la charge de travail sur les différents cores est souvent inégale, de même que le circuit graphique intégré peut être plus ou moins actif que les cores CPU. Ceci étant dit, on peut tout de même considérer le die comme un ensemble et donc observer la répartition de la chaleur sur la capsule.

Grâce à un processus de fabrication 22 nm à la pointe de la technologie actuelle, les processeurs Intel ont une zone critique plus réduite que celle des processeurs AMD, fait qui doit être pris en compte lorsque l’on achète un dissipateur : c’est cette zone qu’il convient de refroidir en priorité.

Avantages et inconvénients des dissipateurs DHT

Les dissipateurs dont les caloducs aplatis sont en contact direct avec le processeur (dits « DHT » pour direct heat transfer) ont pris le devant de la scène depuis quelques années. Il est évident qu’ils permettent aux fabricants de réaliser des économies au stade de la fabrication tout en faisant le bonheur des départements marketing qui nous vantent les performances de cette technologie. Néanmoins, cette dernière a également des défauts. Prenons par exemple le Xigmatek Achilles, modèle à quatre caloducs, dont nous avons reproduit l’empreinte ci-dessous. Les deux caloducs périphériques passent complètement à côté de la zone critique, tandis que les deux centraux ne la couvrent que partiellement (il s’agit d’un processeur Ivy Bridge). Pour ne rien arranger, le Xigmatek Achilles fait partie de ces dissipateurs qui ne permettent pas une rotation de 90° sur le socket de la carte mère.

Cette simple rotation permettrait pourtant d’arriver à un meilleur résultat. Les processeurs AMD sont en général nettement moins affectés du fait que leur die est non seulement plus grand, mais aussi orienté à la verticale. Dans la plupart des cas, tous les caloducs traversent donc la zone critique. Si l’on tient à acheter un dissipateur DHT pour refroidir un processeur Intel récent, mieux vaut se diriger vers un modèle à cinq caloducs et éviter tous ceux dont les caloducs sont franchement espacés.

Il suffit donc de choisir un dissipateur mal adapté pour accuser un tel déficit de refroidissement que la meilleure des pâtes thermiques sera incapable de compenser ! Voici donc un premier piège ; voyons maintenant ce qu’il se passe entre la capsule et le dissipateur.

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4 commentaires
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  • Seul problème:
    -Qu'en est-il des performances après plusieurs semaines/mois ?
    -Qu'en est-il de la facilité de démontage ?

    Je dis ça parce que les produits Coolaboratory arrivent en tête mais souffrent malheureusement d'une très mauvaise réputation sur ces 2 facteurs: ils perdent leur performance dans le temps ce qui nécessite un remplacement et justement, ils "soudent" littéralement les deux surfaces rendant très difficile ce remplacement...

    Alors mauvaise réputation ou faits vérifiables ? On ne le saura jamais :(
    Dommage, car on n'a pas envie de devoir démonter son PC tous les mois...
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  • Très intéressant la notion de hotspot ! Mettre le radiateur de travers peut être une solution non académique. Je m'interroge maintenant sur les différences de température des coeurs (4degrès en permanence) et là est peut être la solution. Un test de placement serait le prolongement logique de cet article. Pour ce qui est de la surface de contact, le sabot du radiateur peut être poncé simplement. La partie bleue de votre gomme est parfaite. 5 minutes intensives suffisent.
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  • Mon truc à moi pour étaler la pâte. Un morceau de scotch de deux centimètres collé sur l'ongle et rabattu sous le doigt. On perçoit là ou l'épaisseur de pate se trouve. Idéal pour les pates presque solides comme l'artic silver 5.
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  • L'article est intéressant mais au final je ne comprends rien au benchmark et donc je n'ai pas la moindre idée de la pâte idéale (ou même correcte) dont j'ai besoin avec ma configuration.Dommage.
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