Um Peltier para refrigerar uma CPU moderna? Overclock no Pentium G7400!

Fala pessoal, tudo bom?

O Pentium G7400 já é um velho conhecido nosso e apesar de suas humildes especificações, é possível melhorá-lo com overclock, ainda que essa não seja exatamente a vontade da Intel. E que tal fazer isso usando uma pastilha Peltier? É isso que iremos discutir nesse artigo! 😀

Apesar do nosso exemplar de G7400 ser bem acima da média, infelizmente, ele apresenta problemas com temperatura na casa dos ?50?°C, perdendo estabilidade acima dos 5,6 GHz, contudo, ele ainda escala com frio menos extremo, o que foi comprovado durante a onda fria de 2022, com temperatura ambiente abaixo dos 7?°C e é aí que entra o Peltier.

Para quem não conhece, o Peltier é aquela pastilha que move calor entre os seus lados ao se aplicar uma corrente elétrica, sendo usado em bebedouros, refrigeração de lasers, material orgânico e CPUs. Isso já foi bastante explorado por essas bandas, desde o projeto do meu TCC, sessões de overclock e até mesmo um invento para refrigerar memória.

Apesar dessa coisa ser bem legal por conta das suas dimensões reduzidas, baixo-custo e relativa praticidade, a baixa eficiência é sua maior limitação, perdendo de lavada para sistemas HVAC, com soluções como chillers ou single-stage normalmente sendo mais adequadas para CPUs e GPUs modernas.

Mas como o que temos em mãos é justamente uma pastilha peltier e no caso do G7400, uma CPU que não dissipa tanto calor assim, então, foi usada um elemento de 40mm x 40mm não identificado, já que ele já havia sido usado e o código tornou-se ilegível, mas a julgar pela potência consumida, deve ser uma TEC1-12715 com Qmax de 136W, que por estar trabalhando com 12V, esse valor deve cair para algo na casa dos 100W. Caso venham a se interessar, nesse outro post trago mais detalhes sobre a pastilha e como fazer o seu dimensionamento, ainda que de maneira aproximada.

Além disso, também entrou na brincadeira uma das cold-plates fabricadas para o TCC e uma grossa manta de neoprene com função de minimizar ao máximo a troca de calor com o ambiente e também proteger a placa-mãe da condensação.

Para lidar com o calor dissipador pela Pastilha+CPU, foi usado o loop custom da bancada, com um bloco Alphacool, que hoje já deve ser um clássico, dois radiadores de 240mm com fans San Ace 109R1212H1 enjambrados.

Configuração utilizada

CPU: Pentium G7400

MOBO: ASRock B760M PG Riptide

RAM: 2x16GB Kingston Fury Renegade 8000 CL38 (Hynix A-Die) – Obrigado Kingston!

GPU: Galax GTX 1650 Super – Obrigado Galax!

PSU: Antec Truepower Quattro 1200W

COOLER: Water Cooler Custom + Peltier

STORAGE: SSD Kingston 120 GB

EQUIPAMENTOS EXTRAS: ElmorLabs KTH-USB

Software utilizado: Windows 10 x64 Ghost Spectre, Benchmate 11.3.0

Objetivo dos testes

Descobrir o limite do overclock Pentium G7400 usando uma pastilha peltier, visando extrair desempenho máximo nos benchmarks para a competição e por tabela, verificar tanto o comportamento do CPU quanto desse sistema de refrigeração durante os testes.

Os detalhes de como foram conduzidos os testes e metodologia estão descritos no texto que acompanham os resultados.

Resultados

Quando a temperatura ambiente chegou perto dos 6?°C, essa CPU foi capaz de completar os benchmarks com frequências entre 5650 MHz e 5700 MHz, o que, de certo modo, foi possível de replicar com peltier, o que é excelente.

Além disso, foi possível esticar as memórias acima dos 7000 MT/s com CL28 e timings agressivos, o que pode ser considerado um resultado bastante satisfatório para uma placa-mãe 2DPC de baixo-custo com PCB de 6 camadas.

Com isso, foram obtidos bons resultados no 7-Zip, Geekbench 3 e y-cruncher, ainda que nesse último, a falta de AVX-512 desse exemplar não tenha contribuído muito.

Logo, foi possível concluir que o experimento foi um sucesso! Com a pequena pastilha utilizada sendo boa para atingir temperatura de cold-plate abaixo dos +5?°C em idle, contudo, ficando dependente da carga e da duração em load, o que pode ser visto nos gráficos abaixo:

Por exemplo, o 7-Zip, apesar de ser um benchmark multi-thread, não é dos mais pesados e nem dos mais longos, com a cold-plate atingindo um pico de pouco menos de 17 °C até o término do teste, já no y-cruncher temos um aumento muito mais rápido da temperatura, com pico de quase 30 °C.

A implicação disso é que a pastilha utilizada está no limite da sua capacidade com tensão de 12V, sendo necessário ou chegar nos 15V rotulados, ou partir para um peltier mais potente, caso a ideia seja rodar testes um pouco mais longos, como o HWBOT X265 ou mesmo o Cinebench R20.

Também é importante esclarecer que a temperatura da CPU é sempre maior que a do cold-plate, já que temos a resistência térmica do IHS, da solda e por se tratar de um chip moderno fabricado em um processo bastante denso, remover o calor do die torna-se algo um pouco mais complicado. De todo modo, o pico de temperatura máxima dos núcleos apresenta um delta de aproximadamente 40 °C em relação ao pico da cold-plate.

Conclusão

A ideia de usar peltier para refrigerar o Pentium G7400 foi um sucesso, ainda que não totalmente.

De positivo, foi possível atingir frequências acima dos 5650 MHz, comparável ao water cooler com temperatura ambiente de apenas + 6 °C, o que rendeu bons resultados no HWBOT em benchmarks como Geekbench 3, 7-Zip e y-cruncher, o que mostra que em alguns casos, ainda é possível usar peltier em benchmarks competitivos.

De negativo, a pastilha usada demonstrou estar no seu limite, não dando conta de segurar a temperatura em benchmarks mais longos, o que talvez possa ser resolvido usando um peltier mais potente ou aumentando a tensão de operação até os 15V rotulados, o que, por outro lado, exigirá mais do water cooler e será mais difícil manter o mesmo delta de temperatura entre os lados.

Mas esse não foi o primeiro e nem será o último artigo envolvendo esse Pentium G7400 e Peltier, já que ainda faltam rodar vários benchmarks mais longos, então, até a próxima! 🙂