Tunando um PC Compacto SFF com Impressão 3D e uma GPU High End – Passo a passo da montagem!

Os PCs compactos, também conhecidos como SFF, ou Small Form Factor, nunca estiveram tão em alta, com uma série de fabricantes, algumas antigas e outras novas, oferecendo gabinetes cada vez mais sofisticados, além de empresas como a NVIDIA estarem bancando um programa SFF Ready para suas GPUs! Dito isso, é bom lembrar que desde 2021 temos uma máquininha dessa para chamar de nossa, a qual foi sofrendo várias modificações ao longo do tempo!

Em sua última iteração, a RX 6700 XT entrou para o loop do Water Cooling custom com dissipadores caseiros na memória e VRM, além da frente do gabinete ter sofrido algumas modificações por conta de um dos pinos de fixação ter quebrado e os outros três também não estarem nos seus melhores dias, algo que me causava certo incomodo.

Apesar da RX 6700 XT ser bem guerreira, ela estava passando sufoco para lidar com uma TV 4K e a grande questão é que esse case comporta apenas placas de vídeo com comprimento de até 270mm e TDP máximo na casa dos 200W, algo limitado pelo radiador de 120mm e também por mim, já que usar duas turbinas de avião em push-pull não é uma alternativa viável.

Dito isso, um upgrade de GPU seria muito bem-vindo e com isso, encarei o desafio de montar a RX 6800 XT nessa caixa de sapatos e entrando naquela velha máxima do “jaque”, também optei por projetar e fabricar uma nova frente para o gabinete. Então, nesse artigo mostrarei como foi o upgrade de GPU, todas fases do desenvolvimento dessa nova frente, desde o projeto, prototipagem e versão final, além dos ajustes e testes de como ficaram as temperaturas e por fim, quais são os planos para o futuro!

Um não tão simples upgrade de GPU

O primeiro problema de todos é um bem óbvio: A RX 6800 XT Red Devil é um tijolo com 320mm x 135mm x 62mm, ou seja, o sistema de refrigeração original ou o gabinete tem que dar adeus, onde a primeira alternativa foi a escolhida!

Mas se a placa de vídeo é maior que o case, como vai colocar ela lá dentro? O ponto é que ela é gigante por conta do sistema de refrigeração, a PCB é um pouco menor do que os 270mm, portanto, cabe dentro do gabinete! A alternativa óbvia para refrigerar essa GPU é o Water Cooler, mas isso não deve ser tão fácil quanto parece, já que o bloco universal da 6700 XT não é diretamente compatível e mesmo que fosse, seria necessario algo para refrigerar as memórias e VRM e para piorar, o bloco full-cover custa quase que metade do valor da placa.

A inspiração para resolver esse problema veio diretamente do passado, com a EVGA GTX 1080 TI Hybrid, que usava um Water Cooler de loop selado para refrigerar a GPU e para as memórias, eles desenvolveram uma chapa de cobre que também fazia contato com a base do bloco, resolvendo a questão de maneira bastante engenhosa.

Diferente da eVGA, que optou por um ressalto na base do bloco para que ela pudesse fazer contato direto com a GPU, aqui foi utilizada uma chapa de cobre 1.5mm fazendo contato tanto com o die da GPU quanto com os chips de memória, com o bloco fazendo a dissipação por ela.

Essa solução primou pela simplicidade de não ter que modificar a base do bloco soldando um ressalto e também por não ter que cortar a chapa de 1.5mm, contudo, adiciona resistência térmica entre a GPU e a base do bloco, resultando em temperaturas um pouco mais altas, estimadas em algo como +2°C em relação ao contato direto com o die.

Por ser uma solução meio que pioneira, é sensato fazer um primeiro teste para confirmar se valeria a pena continuar o desenvolvimento, pois caso contrário, ainda estaria em tempo de rever os planos. Os “suportes” para o bloco foram reaproveitados do teste da RX 6800 XT de referência, por isso o visual de gambiarra, porém, funcional o suficiente!

Para esse primeiro teste, a GPU rodando com frequência padrão, undervolt aplicado em 980mV e consumo pouco abaixo de 190W, as temperaturas ficaram na casa dos 70°C, o que parece bom o suficiente! Como ainda não tinha dissipadores nos VRM, enjambrei duas fans soprando na placa, apenas por precaução.

Como o primeiro teste foi um sucesso, o próximo passo foi partir para a fabricação das bases para os dissipadores do VRM usando a mesma chapa de 1.5mm usada para a GPU. Vale lembrar que com a RX 6700 XT, também fabriquei dissipadores para memória e VRM, contudo, usando uma chapa de 0.8mm.

Apesar da diferença parecer pouca, ela representa um aumento de mais de 70% na espessura da chapa de 1.5mm em relação a de 0.8mm, o que deve contribuir significativamente na capacidade térmica dos dissipadores.

É claro que apenas as bases de cobre não serviriam como dissipadores, afinal, para fazer a troca de calor são necessárias aletas para que o ar circule entre elas e faça a troca térmica por convecção, portanto, é preciso soldar aletas nessas peças para que elas façam o seu trabalho.

A solução foi recorrer as sucatas, onde após muito procurar, acabei encontrando o dissipador da minha falecida Palit RTX 580, que obviamente era muito grande para servir a esse propósito e precisou ser desmontado, tendo a sua antiga base removida, heatpipes dessoldados e dissipador serrado no tamanho correto.

É bom lembrar que é necessário cautela ao se trabalhar com solda de heatpipes, já que com calor excessivo, pode-se perder sua eficácia ou mesmo danifica-los fisicamente com a expansão do fluído do seu interior. Outra coisa importante é não exceder os limites de condução de calor do heatpipe, pois caso contrário, o resultado final tende a ser bem ruim, alias, isso é o que explica dissipadores mais compactos com mais heatpipes apresentarem desempenho melhor que outros maiores ou com mais fans, só que com menos heatpipes.

Tomadas as devidas precauções, o processo de soldagem foi bastante simples, com solda de baixo ponto de fusão e uma morsa para prender o conjunto, bastando aplicar calor por tempo suficiente até a solda ficar com aspecto brilhante metálico.

O resultado final pode ser visto na galeria abaixo, em uma peça que acabou servindo perfeitamente no lugar e deve ser mais do que o suficiente para manter a temperatura desse VRM em níveis aceitáveis mesmo sem refrigeração ativa.

Apesar de querer ter fabricado uma peça tão robusta quanto essa primeira pro outro lado do VRM, infelizmente, não consegui achar nenhuma sucata que coubesse naquele espaço bem menor, então, acabou saindo uma peça simples e muito menos agradável aos olhos, que foi feita reciclando os dissipadores da 6700 XT, o que em teoria deve ser suficiente. Veremos como se saiu na prática.

Uma nova frente para o Sugo!

Como expus anteriormente, as abas de fixação da frente original do SG13 estavam fragilizadas e uma delas se quebrou na última mudança que havia feito na máquina. Fiz um remendo com araldite e outra aba feita no fundo de quintal, o grande problema é que apesar de funcional, o alinhamento já não era mais o mesmo do padrão e isso me incomodava. Dito isso, porque não aproveitar e fazer logo uma frente nova?

Apesar do design original ser legal, adquirir outra frente de “fabrica” é algo fora de cogitação apesar da fabricante até vender a peça de reposição, afinal, teria que pagar frete internacional e os extorsivos impostos de importação brasileiros incidindo sobre o valor total, então, a saida foi apelar para a impressão 3D!

Ao pesquisar internet a fora, me deparei com outras pessoas que também foram por esse caminho, ainda que por motivos distintos, onde acabei encontrando o modelo da moldura já pronto, o qual apenas modifiquei com alguns milimetros a mais de altura, o que seria o suficiente para acomodar a fan slim sem maiores problemas. Já a frente, foi um design próprio.

A vantagem desses modelos é que muito dificilmente será necessário remover a moldura do case, mitigando o maior problema da frente original, que é a fragilidade das abas de fixação.

Os designs abaixo são as versões finais para os modelos, que como mostrarei adiante, teve uma revisão anterior que apresentou uma série de problemas de design, por exemplo, no posicionamento e fixação das USBs, além de um corte da moldura, o que obrigou a fazer essa segunda revisão, o que no final foi até bom, pois também fiz ajustes na estética da peça.

As peças foram impressas em plástico ABS por conta de sua maior resistência a temperaturas elevadas, é bom lembrar que a exaustão do ar quente do radiador é feito pela frente, portanto, ela ficará boa parte do tempo exposta a altas temperaturas.

Um detalhe legal são os parafusos de cobre na frente, deram um toque sofisticado ao gabinete. 🙂

Agora, a versão final, com todas as falhas corrigidas no modelo, agora tudo encaixou perfeitamente! Um bônus para o filete de cobre de 2mm como acabamento na frente, o que junto aos parafusos, acabou valorizando em mais de 1000% o design do case! 🙂

E por fim, como ficou o case com a nova frente no lugar.

Laterais adequadas a nova realidade?

Um dos mods mais marcantes da versão anterior desse gabinete eram as ventoinhas de 120mm instaladas na lateral, o que com o passar do tempo acabou se mostrando algo um pouco exagerado e um pouco chato de lidar.

Com a nova frente, esse extra acabou destoando do design e por isso precisava de outra solução, de preferência mantendo pelo menos uma fan de intake internamente, algo impossível de se fazer com fans de 120mm, entretanto, perfeitamente possível com uma fan de 92mm.

Dito isso, para tapar o buraco das fans, optei por modelar uma peça seguindo a mesma padronagem da frente, as quais foram impressas em plástico ABS preto e parafusadas nas laterais no case.

BÔNUS – Ar quente na admissão do radiador? Uma tentativa de solução…

Uma das diferenças mais notáveis entre a 6700 XT e a 6800 XT é o tamanho do PCB e apesar da segunda ter servido dentro do Sugo, ela acabou criando um problema: O VRM acabou posicionado bem na reta da fan do radiador, que nesse case, acaba se saindo melhor com o intake para o lado de dentro, e o resultado disso é que ele esquenta bem o ar da admissão, o que resultou em temperaturas de GPU perto dos 78°C após um bom tempo jogando.

Existem algumas possíveis soluções para esse problema, uma abordagem seria fazer um duto para uma tomada de ar frio vindo ou da lateral, ou do teto, só que isso dependeria mais ainda de impressão 3D e dificilmente o primeiro protótipo ficaria como versão final, já que o espaço dentro do case é muito limitado e a chance de erros é grande.

Outra abordagem seria botar algum material isolante entre a GPU e o radiador, diminuindo a temperatura do ar por isola-lo da fonte de calor e foi exatamente esse caminho que acabei seguindo, com uma folha de neoprene estrategicamente posicionada.

Como mostrarei adiante, os resultados foram positivos para GPU e negativos para memórias e VRM, que registraram um leve aumento da temperatura, ainda que permanecendo em patamares seguros. Por ora, essa é a solução que ficou, em um futuro próximo pode ser que revisite isso e faça alterações. 😉

Enfim, pronto!

Depois de tantos passos e detalhes, o resultado final! Na galeria abaixo é possível ver como ficou o Sugo SG13 modificado. Apesar de pessoalmente considerar o design original dele interessante, a nova frente e laterais agregaram bastante ao visual do case, dando uma baita valorizada no geral. 🙂

Feita a apresentação do case, chegou a hora de ver o hardware que ai dentro! 😀

Hardware utilizado

CPU: AMD Ryzen 9 7900 (Obrigado AMD!)

MOBO: GIGABYTE B650I Aorus Ultra

RAM: 2x48GB Kingston Fury Renegade 6400CL32

GPU: Powercolor RX 6800 XT Red Devil

PSU: Thermalright TR-TGFX850

COOLER: Barrow LTPRP-04 + Barrow Dabel-60A 120 + Freezemod GPU Block + EK-Tube ZMT + 2x fans Noctua NF-A12x15-PWM + Noctua NF-A9x14 HS-PWM chromax.black.swap + ID.Cooling NO-8010-PWM

SSD: Kingston KC3000 2 TB (Obrigado Kingston!) + Netcore 2 TB (Obrigado Netcore!) + Hikvision E3000R 1 TB

Objetivo dos testes:

Verificar com os dissipadores customizados para RX 6800 XT se saem, além do próprio desempenho do loop de Water Cooler Custom no Silverstone Sugo SG13 com as novas modificações. Mais detalhes sobre os testes constam nos textos a seguir.

Resultados:

Ajustes:

A primeira coisa feita após a montagem e instalação do sistema, foi o ajuste da curva de rotação das fans, já que elas foram trocadas por diferentes modelos da Noctua. Foi utilizada uma controladora externa com um sensor de temperatura da água do loop para regular as duas Noctua NF-A12x15-PWM do radiador, a qual foi configurada para rotação de 30% com água em 38°C, começando a acelerar a rotação a partir dos 43°C, chegando ao máximo com 57°C.

Abaixo é possível ver como ficou o ajuste, lembrando que essa placa-mãe toma como base a leitura do Tctl para o ‘funcionamento’ das curva.

Além disso, foram feitas diversas otimizações com PBO, com TDP configurado para apenas 55W, FCLK em 2133 MHz, RAM @ 6000 MT/s CL30 UCLK 1:1 e ajustes finos em algumas tensões, por exemplo, o VDDSOC, que ficou estável com apenas 1.13V mesmo com os 96GB de RAM.

Já para a RX 6800 XT, foi feito undervolt usando o MPT, reduzindo a tensão padrão da GPU para apenas 950mV, SOC para 1012mV e memórias em 1306mV, o que ainda foi bom para atingir os 2300 MHz nos jogos, com desempenho virtualmente identico ao da placa em stock, só que consumindo menos de 200W em load!

Temperatura:

Para registrar da GPU, optei por um cenário realista, jogando Horizon: Forbidden West por meia hora enquanto monitorava com o HWiNFO, além de usar o ElmorLabs KTH-USB para registrar a temperatura ambiente, que foi de 29.4 ºC.

A frequência da GPU permaneceu surpreendentemente estável, oscilando entre 2270 e 2300 MHz, com consumo abaixo dos 190W, tudo graças a mágica do undervolt!

Das suas temperaturas, o pico para a GPU foi 73ºC, VRAM de 83ºC, Hot Spot de 85ºC, enquanto os VRMs ficaram próximos de 78ºC.

Enquanto que essas marcas passam longe daquelas que estamos acostumados a ver em sistemas refrigerados a água, é bom lembrar que estamos limitados a apenas um radiador de 120mm x 60mm tendo de lidar com uma dissipação total de cerca de 260W, tudo isso com apenas duas fans slim ajustadas para manter os níveis de ruído em patamares aceitáveis. Feitas essas considerações, essas temperaturas são similares as observadas com essa 6800 XT usando o cooler original sem undervolt e podem ser consideradas perfeitamente seguras.

Já a CPU, ela teve o TDP configurado para apenas 55W, o que sacrificou um pouco do desempenho multi-thread, contudo, isso acabou dando uma margem de até 15W em relação ao padrão. É bom lembrar que mesmo em um jogo como o HFW, que não é tão intensivo de CPU, o R9 7900 acaba por usar toda a margem do PPT padrão, com ganhos de desempenho irrisórios, justificando essa concessão do TDP. Com esse ajuste, a temperatura da CPU atingiu pico na casa dos 77 ^oC durante o jogo.

Por último e não menos importante, a temperatura da água alcançou máxima de 54 ^oC, o que apesar de um pouco elevado, ainda está abaixo do limite teórico de 60 ^oC, algo que pode acabar degradando determinados tipos de bomba e mangueiras feitas de materiais que não suportam temperaturas maiores do que isso, o que claramente não é o caso dos tubos EPDM usados aqui, mas pode ser o da bomba DDC integrada ao bloco da CPU.

Conclusão:

Fechando mais essa parte da novela do Sugo SG13, com alguma dose de trabalho e otimização, foi possível instalar uma GPU high-end dentro de uma caixa de sapato um case de 11.5L e conseguir resultados aceitáveis do ponto de vista do ruído e temperaturas, mesmo estando limitado por apenas um radiador relativamente pequeno.

Já sobre os dissipadores caseiros para a VRAM e VRM da placa de vídeo, se sairam muito bem e foram capazes de dar conta do recado com bastante folga, o que era de se esperar, já que estamos falando de um VRM bastante robusto em uma placa com undervolt pesado. A solução para a VRAM também acabou se mostrando funcional, não impactando muito na GPU.

Do ponto de vista estético, a nova frente e as laterais deram uma bela levantada no visual do SG13, em uma minuscula amostra do que a impressão 3D pode fazer por nós!

E é isso! Os próximos passos envolvem a instalação de uma controladora de fans mais sofisticada, talvez mais alguma mudanças no hardware e mais upgrades de impressão 3D, os quais detalharei em outra oportunidade. 🙂