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MARK 1 - 设计型 PC 与垂直风道

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Skyfree 发表于 2021-5-27 11:04:42 | 显示全部楼层 |阅读模式

本文系IT天空原创文章,未经许可请勿转载,谢谢合作!

公司最近需要更新一台设计用主机给美工小姐姐,主要用于图形设计、3D设计和渲染。

MARK1-39.jpg


具体要求:
1、满足工作需求;
2、完善的散热系统,不可使用水冷;
3、减少不必要的装饰组件(例如 RGB 灯效等);
4、不需要前置 USB 和音频(公司的规定);
5、噪音不可过大避免影响其他人工作;
6、对主机外观没有具体要求。

简而言之,就是朴实无华的生产力工具。

要求不可使用水冷倒是可以理解,毕竟生产力工具一旦出现漏液损失将不可估量。但设计型的主机发热量大家都是知道的,不能采用水冷的条件下还要将发热量控制住,也算个不大不小的难题。



CPU:Intel i9 10900K
散热:猫头鹰 U12
主板:华硕 ROG STRIX Z490-G WIFI
内存:海盗船 复仇者 DDR4 4000 16G *4
显卡:丽台 nVIDIA Quadro RTX 4000
硬盘:三星 970 Evo Plus 1T *2
电源:海盗船 RM1000x
机箱:(?)

那么,回到刚才的问题,风冷散热怎样效率高?

根据个人这些年的使用经验,风冷散热若想达成较高的效率,需要形成“风道”,即对机箱内空气流动形成有序的、科学的控制(关于风道的讨论在本帖 2 楼)。而在诸多风道类型中,个人认为垂直风道的散热效率要更高,而垂直风道的代表作有银欣的乌鸦1/2/3、FT02等。但这几个系列的机箱已经有个好几年没更新了,相对于更新较快的平行风道机箱,垂直风道机箱稍显落后。随后我又观察了一下美工的工作台,发现能放置电脑主机的空间大概只有 48cm 深,所以即便我能弄来一个乌鸦2来估计也放不进去,而且千把块的机箱想必地主也不会批的。那么想要垂直风道、符合尺寸、价格还不能超级贵,我自己做个机箱总行了吧?反正生产力工具对外观也没巨大的需求呗?

好,开工!



用铝型材搭建机箱的构架
MARK1-01.jpg


搭积木似的,还挺好玩
MARK1-02.jpg


用不锈钢板做主板背板
MARK1-03.jpg


1.5mm 厚钢板,有效预防 CPU 散热器重导致的主板变形问题
MARK1-04.jpg


机箱构架初步搭建完成
MARK1-05.jpg


主板和处理器
MARK1-06.jpg


这个 CPU 的盒子需要开三下……
MARK1-07.jpg


细节近照
MARK1-08.jpg


供电扎实
MARK1-09.jpg


背板 IO 充足
MARK1-10.jpg


集成的声卡还挺不错
MARK1-11.jpg


装好 CPU 散热器(5热管,双风扇)
MARK1-12.jpg


双 M.2 NVME 硬盘
MARK1-13.jpg


重头戏:显卡
MARK1-14.jpg


涡轮散热
MARK1-15.jpg


单槽,3 DP + 1 Type-C
MARK1-16.jpg


供电为单 8 针
MARK1-17.jpg


主板与显卡装入机箱,旋转90°,IO端朝上
MARK1-18.jpg


猫头鹰 20cm 风扇双发(你没看错,是 20cm,不是 12cm)
MARK1-19.jpg


两个 20cm 风扇装入机箱底部向上吹风,建立垂直风道
MARK1-20.jpg


电源入场
MARK1-21.jpg


把电源“挂”进机箱
MARK1-22.jpg


手工做好电源线(此处省略 N 分钟)
MARK1-23.jpg


安装固定卡
MARK1-24.jpg


依次预设固定卡扣
MARK1-25.jpg


好吧,开始理线
MARK1-26.jpg


理好
MARK1-27.jpg


捆好
MARK1-28.jpg


OK,基本完活儿
MARK1-29.jpg


定制的不锈钢板和防尘网到货
MARK1-30.jpg


安装前面板
MARK1-31.jpg


工业开关
MARK1-32.jpg


安装好开机键
MARK1-33.jpg


理好前面板相关线材
MARK1-34.jpg


底板与防尘网
MARK1-35.jpg


安装好底板
MARK1-36.jpg


这时,久等的内存终于到了,装入
MARK1-37.jpg


细节,即便内存带马甲,相互之间仍有不错的空隙,插槽设计的不错
MARK1-38.jpg


简单测试一下,运气不错,一次点亮
MARK1-39.jpg


继续安装背板
MARK1-40.jpg


有人问我顶部的 IO 怎么处理?
其实并不需要处理,IO 朝上时所有插线是理好了从背后出去的,注意背板散热网上的方孔了吗?
MARK1-41.jpg


装好顶板,IO 插孔就隐藏不见了
MARK1-42.jpg


这个角度更清晰,插好线后引向背后出线即可
MARK1-43.jpg


定制的黑色亚克力侧板
MARK1-44.jpg


安装侧板
MARK1-45.jpg


转一下看看背面
MARK1-46.jpg


完工!
MARK1-47.jpg




其他补充

01、对,没错,就是丑,但甲方也没要求好看啊

02、暂名命名为 MARK1。

03、凸显的螺丝只是个人喜好,有一种粗糙的工业感,可换沉头螺丝,但总觉着不带感。

04、目前 MARK1 属于功能验证机型,待改进的地方还有很多。

05、顶部没有排风的风扇,因为必要性不大,显卡是涡轮直接将热风抽出了机箱,CPU塔式散热的第二个风扇就离背板一个供电区域的距离,底部20cm风扇的风量形成了足够的向上风力,而热量天然就是上升的。

06、使用铝型材是因为好安装,使用钢板是因为不锈钢加工随处可见,亚克力同理,你们要考虑一下我的施工能力啊亲们,你们见过数学老师玩电焊吗?

07、工作测试,室温 26℃ 的条件下,显卡满载 30 分钟 83℃,CPU 满载 30 分钟 71℃,热量自然上升结合垂直风道形成了较好的效果。

08、值得一提的是,10900K 软件测试最大功耗约 243W,尽管可能不准确,但功耗大户基本是没跑。

09、主机内所有风扇均为 PWM 控制,可以兼顾静音和高功耗时的散热需求。而且 20cm 风扇可以在较低转速下形成较高的风量,噪音进一步得到控制。

10、不锈钢为 304 不锈钢,铝型材型号为欧标 2020v。

11、不锈钢可以喷涂颜色,但对生产力工具而言不是必要的。

12、外观尺寸大约 440mm(D)*500mm(H)*245mm(W)

13、关于风道的讨论在楼下。



2021-06-01 补充

有坛友问垂直风道 IO 插线要怎么走,见下图:

插好线,理顺好
IMG_3811.jpg


从后方预留孔穿出
IMG_3813.jpg


盖上顶盖就 OK 了!
IMG_3814.jpg




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如果说... + 30 + 5 + 8 赤裸裸的炫耀啊
gp2386 + 30 + 5 + 8 精品文章,很给力!
ajing + 3 这哪是电脑呀,简直就是一件艺术品

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 楼主| Skyfree 发表于 2021-5-27 11:04:43 | 显示全部楼层

活跃 268324| 技术 1454| 互助 1867| 钻石 31124

本文系IT天空原创文章,未经许可请勿转载,谢谢合作!

关于机箱风道,说一些个人见解。欢迎讨论,杠精绕行。下文图片中所可能涉及的散热设备品牌,均为讨论问题时的参照,无任何追捧、贬低之意。

所谓风道,1楼已经说过,即对机箱内空气流动形成有序的、科学的控制。根据风扇的尺寸、风量,合理的调整风扇的位置,形成“对流风”,让冷的空气有效进入,让热的空气及时出来,这是研究机箱风道的最终目的。合理的风道可以有效提高散热效率,事半而功倍,不合理的风道则会对主机散热产生或大或小的影响。



1、平行风道与垂直风道
平行风道是现在最常见的风道方式。在光驱逐步淘汰和 m.2 接口硬盘逐步普及后,原本位于机箱前部的光驱位、硬盘位被逐步废弃,令机箱前部变得通畅起来。在机箱前部安装风扇将空气吸入,在机箱后部安装风扇将热空气吹出,形成良好的空气循环,这也是目前主流机箱的常见风道:
平行风道实物图.jpg


而垂直风道并不多见,早期银欣在做,后来就越来越少见了。垂直风道相当于把平行风道转了个90°,在机箱底部安装风扇将空气吸入,在机箱顶部安装风扇加速热空气的排除,而由于热空气是自然上升的,所以一般而言垂直风道的散热效率要略高。下图为垂直风道参考:
银欣乌鸦2实物图.jpg

注意观察机箱底部的 3 个 18cm 风扇,提供了向上的风道。

2、正压与负压
正压,即吸入的空气总量大于排出的,而负压则相反。一般而言,将机箱风道设计为正压风道可以加速空气循环,并可以减少由于负压而从机箱侧板空隙等位置吸入灰尘。但并不是正压一定好,如果输入比输出大的太多,也会一定程度造成热量堆积无法扩散。那么怎样调整为正压?这个需要根据风扇的直径、转速、风量以及经验来综合计算,下文会提到关于风扇的重要参数。

3、风扇与风量
风扇的尺寸不同、转速不同,则风量也有所不同,下图为截取的部分猫头鹰风扇的主要参数,通过观察这些参数我们可以得到一些基本结论:
风扇数据.jpg

(1)一般情况下,直径越大的风扇提供的风量(气流)也越大(除非转速差距太大);
(2)转速越大,则噪音越大,包含风噪和风扇本身的机械噪音;
(3)达成同样的风量,直径越大则需要的转速越低,噪音也越低;
(4)并非直径越大的风扇噪音一定越大,这个还得看转速;
(5)尽可能使用 PWM 风扇,可以根据系统负载实时调整转速,兼顾静音和性能;
(6)风扇未必多就好,这得看总体达成了多大风量的流动。

4、风量与风通量
风量是指单个风扇的性能,风通量则是指单位时间内进入与排出机箱的空气总量。这样,在计算使用几个风扇达成风道时就需要特别注意的一种问题了,举个例子,如果 CPU 散热器是 12cm 风扇,而进风量连 1 个 12cm 风扇都没有,那么这个 CPU 散热器的性能估计是要打折扣的。进而可知,在机箱内空间理想的条件下,进气量至少要满足主要设备的风量。再进一步推断,每种 CPU 或 显卡都会有一个对应的最低的风量需求值,而一旦进风低于这个值,则整体散热就要受影响。而在机箱内空间过小的条件下,即便可以达成足够的风通量,进来的空气刚进来就被加热了,没有一个足够的缓冲空间,也会造成小空间内热量上升。这些问题,都是在设计风道时需要考虑到的。但麻烦的是,实际情况中并没有这么贴近理论值的时候,毕竟电脑是一个整体,每个设备都有自己的发热量,而散热与散热之间又存在着相互影响。风通量设计通常只能取尽可能大的值。

5、显卡与废热
原厂显卡在设计时,通常散热部分是使用一个涡轮将热量直接吹出机箱外:
涡轮式显卡实物图.jpg

优点是显卡的热量几乎不会直接影响主机内其他设备,缺点是单个涡轮散热效率有限。
机箱风道示意图_02.jpg


为了进一步压榨显卡的性能,一般显卡厂商会使用直吹方式散热(开放式散热):
开放式显卡实物图.jpg

由于散热片的增大、风扇的增加,散热效率显著提升,但缺点也比较明显,显卡的热量并没有被吹出机箱,多数热量滞留在了机箱内,等待被机箱的排风风扇吹出。
机箱风道示意图_03.jpg

这种情况下,显卡确实是“凉快”了,但由于热气是自然上升的,CPU却在“喝废气”,表示很闹心。而且这种条件下显卡与CPU的热气均需要由机箱后方的风扇排出,后风扇风量不够时容易造成积热量,压力有点大。

为了解决这个问题,机箱开始留出了更多的风扇位,例如底部增加下进气扇,顶部增加上排风扇:
机箱风道示意图_04.jpg

解决方案简单粗暴(但有效,顶部开孔后也给水冷排留出了空间),甚至还给出了风扇HUB以解决主板风扇插针不够用的问题,妥妥的一个机箱里10个风扇还能个个光污染。

6、显卡与弯
近几年显卡越做越大,散热片越做越厚,一个高端显卡长度近 35cm 还能占 2.5 个 PCI 位,鄙人表示服气。问题随之而来,重量导致显卡会逐渐变弯,运气不好还会导致一些奇怪的电气问题。为了防止这个问题,显卡厂商想了各种办法,例如给显卡增加金属背板防弯,顺道还能增加显卡背面的散热。第三方厂商则提供了各种新奇的显卡“千斤顶”,PCI位的、磁吸的、粘底板上的层出不穷,显卡支架成了个应运而生的产品。机箱厂商也不甘落后,直接给出了显卡竖装方案,使用 PCI-E 16x 延长线和竖装支架把显卡“立”起来。
显卡竖装实物图1.jpg

其中,竖装方案的效果拔群,不仅解决了问题,还把脸朝下的显卡改了个脸朝外,一直默默干饭的显卡终于有了个露脸的机会。但这个方案也有 2 个小缺点:(1)PCI-E延长线可能会带来延迟;(2)PCI-E 延长线挡住了其他 PCI-E 插槽,如果除了显卡还有其他 PCI-E 设备时则有点闹心。

7、垂直与直
那么我们说回垂直风道:
机箱风道示意图_05.jpg

显卡是垂直挂着的,弯的条件就没有了,而且是直插 PCI-E 槽,不需要延长线,不会影响其他 PCI-E 设备。另外,由于显卡和 CPU 是左右并列的,热量又是自然上升的缘故,CPU 所喝到的显卡尾气要少于显卡在下、CPU在上的情况。综上,垂直风道在增加了散热效率的同时,还解决了显卡弯的问题,并减轻了显卡废热影响 CPU 的问题。这也是我选择垂直风道的原因。

8、我与MARK1
MARK1 是我根据近些年对风道的理解、实践得到的结果,并实体化。
机箱风道示意图_06.jpg

(1)MARK1 使用了垂直风道
(2)以两枚 20cm 风扇提供足够的向上风量,形成正压
(3)CPU 采用双风扇塔式直吹,将热量向上再向上
(4)显卡采用涡轮方式,将热量直接甩到机箱顶部
MARK1-29.jpg

显卡涡轮散热热量不影响CPU,CPU双风扇将热量甩出,热量还是自然向上的,故推断这种条件下无需再辅以顶部风扇(后续的实测结果验证了我的推测)。如果下次显卡是开放式散热的,我再加个顶部风扇吧。终于完成了,我特么居然用铝和钢“糊”了个机箱,想想也真是奇葩,哈哈。



欢迎各位将想法与我讨论!

PS:某个 9cm 风扇无敌的 SVIP 不要与我抬杠,老子谢谢你。

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gjp0975 + 10 S大的技术功底扎实啊!
xuxinhero + 2 + 2 + 2 支持原创!
krayli + 2 + 2 + 2 给25他大舅来点分

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 楼主| Skyfree 发表于 2021-5-27 11:04:44 | 显示全部楼层

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Sa_.JPG

完活儿,休息~
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小小牧童 发表于 2021-5-27 11:09:52 | 显示全部楼层

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RichFu 发表于 2021-5-27 11:11:08 来自手机 | 显示全部楼层

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S大,来啦,前排围观

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xeujn 发表于 2021-5-27 11:11:13 来自手机 | 显示全部楼层

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gjp0975 发表于 2021-5-27 11:11:18 来自手机 | 显示全部楼层

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好好了,又可以看s大的教程了

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寒冰ye 发表于 2021-5-27 11:11:22 | 显示全部楼层

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先抢个坐再说

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xtziqian1yan 发表于 2021-5-27 11:12:09 | 显示全部楼层

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先占座,慢慢看

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yinbinly 发表于 2021-5-27 11:13:37 | 显示全部楼层

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666 S大niubility

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shc 发表于 2021-5-27 11:13:57 来自手机 | 显示全部楼层

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你知道是谁了对吧?  详情 回复 发表于 2021-5-27 11:20

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krayli 发表于 2021-5-27 11:15:31 | 显示全部楼层

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这机器配置强悍  做工扎实  散热方面更是精益求精
问题来了,这台机器价几何

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你还是直接问地主吧  详情 回复 发表于 2021-5-27 11:20

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ymyoo 发表于 2021-5-27 11:17:43 来自手机 | 显示全部楼层

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风道设计不错

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谢谢夸奖  详情 回复 发表于 2021-5-27 11:29

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barryade 发表于 2021-5-27 11:18:07 | 显示全部楼层

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前置USB 啥的 没买一个吗?
还有中奖概率 这多少有点坑了!

点评

公司要求不装前置USB和音频,前面有提到的。活跃中奖概率50%但不限制回帖次数,多回几次总能刷到的。  详情 回复 发表于 2021-5-27 11:21

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magicgenius 发表于 2021-5-27 11:19:48 | 显示全部楼层

活跃 64635| 技术 123| 互助 139| 钻石 300

全部DIY啊?是哪位小姐姐呢?
635199225 发表于 2021-5-27 11:20:19 | 显示全部楼层

活跃 16818| 技术 6| 互助 8| 钻石 250

好长啊  先回复  再看

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 楼主| Skyfree 发表于 2021-5-27 11:20:33 | 显示全部楼层

活跃 268324| 技术 1454| 互助 1867| 钻石 31124

shc 发表于 2021-5-27 11:13
PS:某个 9cm 风扇无敌的 SVIP 不要与我抬杠,老子谢谢你。

你知道是谁了对吧?
novillage 发表于 2021-5-27 11:20:51 | 显示全部楼层

活跃 22727| 技术 0| 互助 0| 钻石 70

支持一下

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yongkun 发表于 2021-5-27 11:20:53 | 显示全部楼层

活跃 13705| 技术 0| 互助 0| 钻石 40

回帖奖励 +66 点活跃

先回复了。。

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 楼主| Skyfree 发表于 2021-5-27 11:20:55 | 显示全部楼层

活跃 268324| 技术 1454| 互助 1867| 钻石 31124

krayli 发表于 2021-5-27 11:15
这机器配置强悍  做工扎实  散热方面更是精益求精
问题来了,这台机器价几何

你还是直接问地主吧
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